Jonas Ardö
Professor
Modelling the terrestrial carbon cycle – drivers, benchmarks, and model-data fusion
Författare
Summary, in Swedish
Det terrestra ekosystemet absorberar cirka en tredjedel av de antropogena utsläppen varje år, vilket är en avgörande ekosystemtjänst som minskar ökningstakten av atmosfärisk koldioxid och bidrar till att mildra klimatförändringen. Observerade koncentrationer av atmosfäriskt koldioxid uppvisar en stor årlig variabilitet som främst anses vara orsakad av det terrestra ekosystemets respons på klimatförändringar och antropogen aktivitet. En bättre förståelse för det terrestra ekosystemets funktion ger därför inblick i den globala koldioxidcykeln och klimatförändringen.
Ekosystemmodeller tillämpar kunskap om ekologiska processer (e.g. fotosyntes, respiration, kolallokering och andra växtfysiologiska och mikrobiella processer) för att simulera nettoprimärproduktion, ackumulering av biomassa, dött organiskt material och markkol i markbundna ekosystem världen över. Dessa modeller används i stor utsträckning för att undersöka möjligheter och ge ökad förståelse för de komplexa interaktionerna mellan biom och flöden av kol, näringsämnen och vatten genom ekosystem över tiden som svar på klimatförändringar och störningar. Ekosystemmodeller möjliggör också att projicera utvecklingen av kolcykeln under olika scenarier av framtida potentiell koldioxidkoncentration. Nuvarande studier har dock visat på stor osäkerhet vid förutsägelser av tidigare och nuvarande markbunden koldynamik och även stor osäkerhet i framtida prognoser. Dessa osäkerheter, som härrör från modellstruktur, parametrar och indata, begränsar vår förmåga att korrekt bedöma ekosystemmodellernas prestanda samt vår förståelse av ekosystemens svar på miljöförändringar.
Denna avhandling avser att utreda osäkerheter i modellering av markbunden koldynamik, vilket hjälper till med förbättring av modeller. En modern ekosystemmodell, LPJ-GUESS, har använts som modelleringsplattform för denna studie. Osäkerhet orsakad av klimatdata vid modellbaserade uppskattningar av markbunden primärproduktion analyseras och kvantifieras för olika ekosystem. Olika klimatvariabler identifieras som de främsta bidragsgivarna till den totala klimatinducerade osäkerheten. Denna avhandling utvärderar också lämpligheten hos nuvarande klimatdataset med avseende på specifikt forskningssyfte och studieområde. Dessutom tillämpas en matrismetod som omorganiserar ekosystemmodellernas ekvationssystem till en matrisekvation och bibehåller alla ursprungliga mekanismer och processer relaterade till kolcykeln. Matrismetoden tillämpas för att identifiera vilka ekologiska processer som bidrar mest till avvikelser mellan modellresultat och data med hänseende till markbaserade flöden och lagring av kol.
Att identifiera och minska osäkerheten vid uppskattningar av den markbundna kolcykeln via ett modelleringsförfarande gör att vi bättre kan förstå, kvantifiera och förutspå effekterna av klimatförändringar och antropogen aktivitet på det markbundna ekosystemet, men det är också av ökande relevans i samband med klimatpolitik.
Ekosystemmodeller tillämpar kunskap om ekologiska processer (e.g. fotosyntes, respiration, kolallokering och andra växtfysiologiska och mikrobiella processer) för att simulera nettoprimärproduktion, ackumulering av biomassa, dött organiskt material och markkol i markbundna ekosystem världen över. Dessa modeller används i stor utsträckning för att undersöka möjligheter och ge ökad förståelse för de komplexa interaktionerna mellan biom och flöden av kol, näringsämnen och vatten genom ekosystem över tiden som svar på klimatförändringar och störningar. Ekosystemmodeller möjliggör också att projicera utvecklingen av kolcykeln under olika scenarier av framtida potentiell koldioxidkoncentration. Nuvarande studier har dock visat på stor osäkerhet vid förutsägelser av tidigare och nuvarande markbunden koldynamik och även stor osäkerhet i framtida prognoser. Dessa osäkerheter, som härrör från modellstruktur, parametrar och indata, begränsar vår förmåga att korrekt bedöma ekosystemmodellernas prestanda samt vår förståelse av ekosystemens svar på miljöförändringar.
Denna avhandling avser att utreda osäkerheter i modellering av markbunden koldynamik, vilket hjälper till med förbättring av modeller. En modern ekosystemmodell, LPJ-GUESS, har använts som modelleringsplattform för denna studie. Osäkerhet orsakad av klimatdata vid modellbaserade uppskattningar av markbunden primärproduktion analyseras och kvantifieras för olika ekosystem. Olika klimatvariabler identifieras som de främsta bidragsgivarna till den totala klimatinducerade osäkerheten. Denna avhandling utvärderar också lämpligheten hos nuvarande klimatdataset med avseende på specifikt forskningssyfte och studieområde. Dessutom tillämpas en matrismetod som omorganiserar ekosystemmodellernas ekvationssystem till en matrisekvation och bibehåller alla ursprungliga mekanismer och processer relaterade till kolcykeln. Matrismetoden tillämpas för att identifiera vilka ekologiska processer som bidrar mest till avvikelser mellan modellresultat och data med hänseende till markbaserade flöden och lagring av kol.
Att identifiera och minska osäkerheten vid uppskattningar av den markbundna kolcykeln via ett modelleringsförfarande gör att vi bättre kan förstå, kvantifiera och förutspå effekterna av klimatförändringar och antropogen aktivitet på det markbundna ekosystemet, men det är också av ökande relevans i samband med klimatpolitik.
Avdelning/ar
- Institutionen för naturgeografi och ekosystemvetenskap
- BECC: Biodiversity and Ecosystem services in a Changing Climate
Publiceringsår
2018-09
Språk
Engelska
Fulltext
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Lund University, Faculty of Science, Department of Physical Geography and Ecosystem Science
Ämne
- Natural Sciences
Nyckelord
- Global carbon cycle
- Ecosystem modeling
- Uncertainty
- LPJ-GUESS
- Traceability Framework
- Model-data fusion
- Climate data
Status
Published
Handledare
- Veiko Lehsten
- Lars Eklundh
- Jonas Ardö
- Anders Ahlström
- Rasmus Fensholt
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 9789185793983
- ISBN: 9789185793976
Försvarsdatum
19 oktober 2018
Försvarstid
13:00
Försvarsplats
Auditorium Pangea, Geocentrum II, Sölvegatan 12, Lund
Opponent
- Stephen Sitch (Professor)