3.1. 测试用于估算GPP和ET的资源约束框架 (Testing the Resource-Constrained Framework for GPP and ET Estimates)
如图2所示,观测数据验证了RCF的基本假设:GPP与APAR呈强线性关系,与降水呈饱和关系;ET与降水的关系强烈受能量条件调制。GPP和ET仅在能量和水分条件同时最优时达到空间最大值。
模型率定与验证结果如图3所示。在流域尺度,GPP模拟的NSE为0.69,ET为0.81。在独立的通量站验证中,GPP的NSE为0.65,ET的NSE为0.55,表明RCF能稳健地模拟GPP和ET。率定出的参数为:GPP_max = 3800 g C m⁻² a⁻¹, ω{2,GPP} = 0.24; ET_max = 1707 mm a⁻¹, ω{2,ET} = 0.72。观测数据与模拟的能量-水分响应曲面吻合良好。
3.2. 使用RCF方法量化GPP和ET的全球格局 (Quantifying Global Patterns of GPP and ET Using the RCF Approach)
如图4所示,RCF估算的全球GPP和ET空间格局显示:GPP高值集中在亚马逊、中非、东南亚等热带雨林区,低值在干旱半干旱区及高纬度地区;ET的空间分布与GPP部分重叠但并非完全一致。全球均值GPP为1141 ±83 g C m⁻² a⁻¹,ET为530 ±7 mm a⁻¹,对应年陆地碳吸收为142.4 ±4.9 Pg C a⁻¹。
如Table 1所列,不同生物群系的GPP和ET差异显著:从苔原到热带雨林,平均GPP从262增至3029 g C m⁻² a⁻¹,平均ET从233增至1503 mm a⁻¹。森林生态系统(温带、热带)的水分利用效率(WUE, GPP/ET)高于非森林生态系统(灌丛、草地)。
如图5所示,不同生物群系中GPP与ET的散点图表明,在全球尺度上,当ET < 500 mm a⁻¹时,GPP随ET近似指数增长,在更高ET水平时接近线性关系,且森林生态系统具有更高的WUE。
3.3. 识别GPP和ET的生态系统能量与水分约束 (Identifying Ecosystem Energy and Water Constraints on GPP and ET)
如图6所示,基于RCF对全球陆地GPP响应机制的分类显示:约40%的地区为水分响应型,36%为能量响应型,24%为协同响应型。例如,澳大利亚、北美和东亚的GPP对水分可用性响应强烈;而南亚、南美和西亚的GPP则主要受能量约束。ET的响应格局与GPP既有相似也有差异:ET在全球范围内更受能量可用性约束(41%能量响应型),例如在欧洲、东亚和西亚的高纬度地区;而澳大利亚和非洲的ET则表现出极强的水分响应性。这些差异反映了GPP和ET在生物物理控制上的根本不同。