Οι ροές ενέργειας και άνθρακα επιφανειακών στρωμάτων είναι ευάλωτες στην αναπαράσταση δομικών και λειτουργικών προφίλ θόλου
Η επίγεια πρόσληψη άνθρακα αντιπροσωπεύει επί του παρόντος περίπου το ένα τρίτο της ετήσιας παγκόσμιας απορρόφησης άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, οι μελλοντικές προβλέψεις του επίγειου κύκλου του άνθρακα είναι αβέβαιες λόγω των πολύπλοκων, μη γραμμικών αλληλεπιδράσεων στο κλιματικό σύστημα της γης. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ισχύς δέσμευσης άνθρακα ποικίλλει ανάλογα με τα διαφορετικά οικοσυστήματα και το μέγεθός του ρυθμίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα των φωτοσυνθετικών φύλλων μέσα στους θόλους των φυτών.
Αν και διάφορες οικοφυσιολογικές επεξεργασίες έχουν εφαρμοστεί σε διαφορετικά μοντέλα επιφάνειας γης, η ποσότητα των φύλλων των φυτών αντιπροσωπεύεται ομόφωνα από μια αδιάστατη ποσότητα που ονομάζεται Δείκτης Φύλλων Επιφάνειας (LAI), μια αναλογία μεταξύ της συνολικής πράσινης επιφάνειας φύλλων και της επιφάνειας του εδάφους. Προηγούμενες εργασίες για την αποψίλωση των δασών του Αμαζονίου τόνισαν τις επιπτώσεις από τις αλλαγές LAI στις αποκρίσεις του οικοσυστήματος μέσω της μετατόπισης της ενεργειακής κατανομής από τη διαθέσιμη ενέργεια σε αισθητές και λανθάνουσες ροές θερμότητας και συνεπώς επηρεάζοντας την ανάπτυξη του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος και τα τοπικά και περιφερειακά πρότυπα κυκλοφορίας. Ως αποτέλεσμα, ένα πιο ρεαλιστικό σύνολο δεδομένων LAI επιφανειακής βλάστησης υψηλής ανάλυσης, όπως αυτά που είναι διαθέσιμα από δορυφορικές παρατηρήσεις, αναμένεται να βελτιώσει την παγκόσμια επίγεια προσομοίωση άνθρακα.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης παρουσιάζονται στους Chang et al. (2018) επιβεβαίωσε αυτή την υπόθεση. Στη μελέτη τους, η ακρίβεια των ροών ενέργειας και άνθρακα που προσομοιώθηκαν με τη χρήση διαφορετικών συνόλων δεδομένων LAI αξιολογήθηκε με μετρήσεις πεδίου έξι ετών που περιελάμβαναν φυλλοβόλα δάση, αειθαλή δάση και λιβάδια. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι τα ριζικά μέσα τετραγωνικά σφάλματα για τις προσομοιωμένες ροές υδρατμών και άνθρακα μειώνονται κατά 10% και 15%, αντίστοιχα, απλώς βελτιώνοντας την αξιοπιστία του συνόλου δεδομένων LAI που βασίζεται στο μοντέλο. Η μελέτη τους έδειξε ότι η αβεβαιότητα στο σύνολο δεδομένων βλάστησης όχι μόνο θα αύξανε τα σφάλματα στην επίγεια προσομοίωση αλλά θα οδηγούσε επίσης τα αριθμητικά μοντέλα στην παρερμηνεία των διεργασιών της επιφάνειας της γης ακόμη και με τη σωστή φυσική του μοντέλου.
Εκτός από την αξιοπιστία της εποχιακής δυναμικής του LAI, οι Chang et al. (2018) τόνισε τη σημασία της αναπαράστασης της δομής του θόλου, δηλαδή τον τρόπο με τον οποίο το LAI κατανέμεται μέσα στους θόλους βλάστησης. Βρήκαν ότι η συμπερίληψη του ρεαλιστικού προφίλ αρχιτεκτονικής θόλου βελτιώνει τις προσομοιώσεις βαθμωτών ροής, οι οποίες υποστηρίζουν τη χρήση αναπαράστασης πολλαπλών στρωμάτων θόλου στην προσομοίωση επιφάνειας γης. Τα αποτελέσματά τους πρότειναν επίσης ότι η χρήση πιο προηγμένων οικοφυσιολογικών σχημάτων μεταφοράς και στροβιλισμού μπορεί γενικά να μειώσει τα σφάλματα που εμφανίζονται στην προσομοίωση ροών ενέργειας και άνθρακα. Επομένως, η χρήση ενός μοντέλου επιφάνειας γης που αντιπροσωπεύει εύλογα τις δομικές και λειτουργικές αποκρίσεις του οικοσυστήματος στις συνθήκες μικροκλίματος που καθοδηγούνται από ένα ρεαλιστικό σύνολο δεδομένων LAI μπορεί να αντιπροσωπεύει σωστά την ανταλλαγή επιφανειακών στρωμάτων όπως καθοδηγείται από τους τρέχοντες και μελλοντικούς παράγοντες του κλίματος.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης παρουσιάζονται στους Chang et al. (2018) διεξήχθησαν από ένα διαβατικό μοντέλο γης κλειστής επιφάνειας τρίτης τάξης που ονομάζεται ACASA που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis. Η τυπική έκδοση του ACASA έχει 20 κατακόρυφα στρώματα θόλου που αντιπροσωπεύουν τις ρεαλιστικές τυρβώδεις ροές ορμής, θερμότητας, υγρασίας και διοξειδίου του άνθρακα πάνω και εντός του προσομοιωμένου θόλου σε μισάωρα έως ωριαία χρονικά βήματα. ο αριθμός των επιπέδων μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί (Εικόνα 1).
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Ευαισθησία προφίλ θόλου στις προσομοιώσεις επιφανειακών στρωμάτων που αξιολογούνται από ένα μοντέλο επιφανείας γης υψηλότερης τάξης κλεισίματος πολλαπλών στρωμάτων, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Agricultural and Forest Meteorology . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Kuang-Yu Chang, Kyaw Tha Paw U και Shu-Hua Chen από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis.
