原文出自 Forests 期刊

Li, H.; Lu, X.; Wei, Z.; Zhu, S.; Wei, N.; Zhang, S.; Yuan, H.; Shangguan, W.; Liu, S.; Zhang, S.; Huang, J.; Dai, Y. New Representation of Plant Hydraulics Improves the Estimates of Transpiration in Land Surface Model. Forests 2021, 12, 722.https://doi.org/10.3390/f12060722

作者介绍

戴永久 院士

2004—2008 年任北京师范大学地理学与遥感科学学院院长。现兼任 Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES-AGU) 期刊副主编、中国气象学会数值预报专业委员会委员、城市气象专业委员会委员、中国工业与应用数学学会气候与环境数学专业委员会副主任委员、中山大学学术委员会委员。戴院士长期致力于陆面过程机理与模式研究、陆面模式与气象/地球系统模式耦合及其应用。创建了三个陆面模式 (IAP94, CLM, CoLM)；建立了与模式相匹配的完备的全球陆面数据集；建成了集模式、数据集、参数优化、资料同化和高性能计算为一体的陆面模拟系统。

文章引言

蒸腾作用占全球陆地—大气水交换的 30% 以上，但具有高度的不确定性。植物水力学在传统的地表模拟中被忽略，但近年来发现植物水力学在蒸腾模拟中发挥着重要作用。本文评估了从公共土地模型 (Common Land Model, CoLM) 中开发并实施的植物水力方案 (Plant Hydraulic Schemes, PHS) 的性能，并且将其与 CoLM 中土壤水分应力方案 (Soil Moisture Stress, SMS) 进行比较。研究表明，PHS 方案在蒸腾受土壤水分限制的半干旱和干旱地区的蒸腾偏倚得分高于 SMS。由于气候变化等原因，在陆地地表模型中耦合 PHS 方案是必要的。

研究过程与结果

作者在文中提出 CoLM-PHS 模型，基于土壤—植物—大气连续体 (Soil–Plant–Atmosphere Continuum, SPAC) 的概念计算蒸腾，新的数值方案在同一次迭代中求解气孔导度、植物水势和水分胁迫。PHS 在 3 次嵌套迭代中求解；在植物生理模块中采用新的数值格式可节省 86% 的计算成本。PHS 地区植物和土壤水势的变化受植物栓塞、液压再分配和气孔水分响应三个水力过程的控制。当植物水势因干旱而下降时，植物的栓塞过程代表了水力传导性的降低。通过在 PHS 中引入了代表气孔对水分胁迫响应的蒸腾衰减函数和水力导度的易损曲线，描述了 SMS 中缺少的植物栓塞过程。水分运移过程描述了水分通过根系的垂直输送过程，通常在雨季水分向下运移，在旱季水分向上抬升。在 SMS 中，根系各层的吸水性仅取决于根系各层的无因次比例。在 PHS 中，根系吸水量由每一层土壤与根系之间的水势差决定，从而可以表征液压再分配过程。气孔响应过程参数化了气孔导度对干旱的响应。利用叶片水势作为一个物理变量，定量研究了水分胁迫对植物气孔导度的影响。植物水分胁迫是通过一个水分胁迫因子来描述的，它限制了植物光合作用和蒸腾作用的水分响应。在 SMS 中，水分胁迫因子由土壤水势经验决定，而在 PHS 中，水分胁迫因子取决于叶片水势，而叶片水势直接表示与气孔导度降低的关系。

研究总结

本文使用 CoLM PHS 和 SMS 对 FLUXNET 数据进行了模型蒸腾评估，干旱地区 PHS 的偏倚得分显著高于 SMS，表明干旱地区 PHS 的改善最为显著。未来陆地表面模式的发展，尤其是干旱地区需要将 PHS 纳入改进水循环模式；然而在湿润地区中，PHS 敏感性远低于观测值。为了更好地模拟蒸腾和降水之间的紧急关系，陆地表面模型的进一步发展可以考虑改进植物水分胁迫、土壤水文过程或冠层高蒸汽压差估算的参数化。

Forests 期刊介绍

主编：Timothy A. Martin, University of Florida, USA

Cate Macinnis-Ng, University of Auckland, New Zealand

主要发表林业及相关领域的最新科研成果。期刊目前已经被 Scopus、SCIE、Ei Compendex 等多个学术数据库收录，在 JCR 分区中位于 Q1 (Forestry)；在中国科学院 SCI 期刊分区中位于 Q2 (Forestry，2022年12月数据)。

2022 Impact Factor：2.9

2022 CiteScore：4.5

Time to First Decision：19 Days

Time to Publication：40 Days