Моделирование стока воды в почве существенно влияет на оценку запасов углерода в наземных экосистемах

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) обнаружили, что выбор метода моделирования поверхностного и подземного стока воды может приводить к расхождениям до 20% в симуляциях углеродного цикла. Различия в методах моделирования стока вызывают существенные изменения в моделируемой влажности почвы, что, в свою очередь, влияет на её температуру. Исследование опубликовано в Journal of Advances in Modeling Earth Systems.

Влажность почвы — критически важный компонент климатической системы, влияющий на доступность воды для испарения и поглощения растениями. Это ключевой фактор для водного и энергетического баланса, который через процессы в почвах и растениях напрямую воздействует на углеродный цикл. Хотя влияние влажности почвы на углеродный цикл известно, взаимодействия между влажностью почвы, грунтовыми водами и стоком в моделях часто упрощаются или игнорируются. Неопределённость в гидрологических параметрах моделей приводит к широкому разбросу результатов, что может иметь серьёзные последствия для долгосрочных климатических прогнозов.

Учёные провели два моделирования с разными параметризациями формирования стока, используя макромасштабные гидрологические модели TOPMODEL и модель переменной инфильтрационной способности (CLM4VIC). Моделирование проводилось в рамках протокола проекта MsTMIP (NASA) с высоким пространственным разрешением за 110-летний период (1901–2010 гг.). «Изменения в моделируемой влажности и температуре почвы влияют на фотосинтез и продолжительность вегетационного периода, что в итоге меняет количество углекислого газа, "фиксируемого" растениями», — пояснил климатолог PNNL доктор Маои Хуан.

Для оценки результатов моделирования использовались шесть наборов данных, включая композитные данные о стоке (UNH/GRDC), данные об эвапотранспирации и продуктивности из сети FLUXNET, данные MODIS, индекс листовой поверхности (GIMMS3g), данные о запасах воды на суше (GRACE) и глобальные оценки индекса базового стока. В дальнейшем исследователи планируют интегрировать параметризацию стока в новую модель земной системы Министерства энергетики США (ACME) для улучшения моделирования гидрологических процессов.