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团体标准 T/CMSA 0027 2022 ICS 07.060 CCS A 47 区域陆地碳汇评估技术指南 Technical guideline for regional land carbon sink assessment 2022 - 04 - 18 发布 2022 - 04 - 18 实施中国气象服务协会发布全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 I 目次前言 III 1 范围 . 4 2 规范性引用文件 . 4 3 术语和定义 . 4 4 基本原则 . 6 4.1 客观性 . 6 4.2 准确性 . 6 4.3 连续性 . 6 4.4 一致性 . 6 4.5 真实性 . 6 5 评估流程 . 6 5.1 确定评估的地理边界和时间边界 . 6 5.2 确定评估方法 . 6 5.3 数据收集、处理和补充观测 . 6 5.4 模型验证和评价 . 7 5.5 开展区域陆地碳汇评估 . 7 5.6 撰写区域陆地碳汇评估报告 . 7 6 区域陆地碳汇的评估方法 . 7 6.1 区域陆地碳汇评估指标 . 7 6.2 GPP的计算 7 6.3 Ra的计算 . 7 6.4 NPP的计算 7 6.5 Rh的计算 . 8 6.6 NEP的计算 8 7 数据收集和处理 . 8 7.1 区域陆地碳汇评估空间分辨率的确定 . 8 7.2 数据收集及处理 . 8 7.3 参数本地化和校准 . 9 7.4 模型验证和评价 . 9 附录 A（规范性）区域陆地碳汇评估报告编制大纲 10 附录 B（规范性） AVIM模型计算 GPP方案 . 11 附录 C（规范性） CEVSA模型计算 GPP方案 13 附录 D（规范性）自养呼吸的计算 15 附录 E（规范性）基于光能利用率模型计算 NPP 16 附录 F（资料性）中国森林林龄 -生物量方程 . 17 全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 II 附录 G（资料性）不同森林类型叶、茎、根和凋落物占总生物量的比例 19 附录 H（规范性）土壤异养呼吸的计算 21 附录 I（资料性）气象数据插值方法 23 附录 J（资料性）陆地生态系统过程模型相关参数参考表 24 附录 K（资料性）植物群落调查和土壤取样方法 27 附录 L（资料性）模型评价的统计参数及计算方法 29 附录 M（资料性）土壤含水量模拟方法 30 参考文献 . 32 全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 III 前言本文件按照 GB/T 1.1 2020标准化工作导则第 1部分标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国气象服务协会提出并归口。本文件起草单位中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、中国绿色碳汇基金会、福智生（北京）科技有限公司、北京碳金鸿科技有限公司、富景天策（北京）生态科技有限公司、北京万云科技开发有限公司、北京市气候中心、博宇科技股份有限公司。本文件主要起草人黄玫、顾峰雪、张勇、巩贺、郑立明、侯远青、王挺、高宏斌、丁谊、孟倩文、邢佩、杜吴鹏、陈立英、李双成、翟旭东。全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 4 区域陆地碳汇评估技术指南 1 范围本文件提供了区域陆地碳汇评估的基本原则、评估流程、评估的技术方法、数据来源与处理、模型验证和评价等方面的指导。本文件适用于省（自治区、直辖市）、市（地区、州、盟）、县（自治县、市）、乡（民族乡、镇）等行政单元，或者国家公园、自然保护区、森林公园、湿地公园、风景名胜区等兴趣区的区域陆地碳汇评估。 2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 32739 2016 土壤科学数据元数据 GB/T 33674 2017 气象数据集核心元数据 GB/T 36197 2018 土壤质量土壤采样技术指南 GB/T 41149 2021 基础地理信息数据质量要求与评定 QX/T 118 2020 气象观测资料质量控制地面 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 3.1 陆地生态系统 terrestrial ecosystem 地球陆地表面由生物及其环境通过能流、物流、信息流形成的功能整体。包括森林生态系统、湿地生态系统、农田生态系统、灌丛生态系统、草地生态系统和荒漠生态系统。 3.2 陆地生态系统碳汇 terrestrial ecosystem carbon sink 陆地生态系统在一定时间内通过光合作用所储存的大气二氧化碳（ CO2）总量，一般用净生态系统生产力 3.16进行测度。 3.3 区域陆地碳汇 regional land carbon sink 区域陆地生态系统碳汇区域内所有陆地生态系统碳汇的总和。 3.4 森林生态系统 forest ecosystem 以乔木为主体的绿色植物及其与环境相互作用，并产生能量流动和物质循环的综合系统，包括天然林生态系统和人工林生态系统。 3.5 湿地生态系统 wetland ecosystem 陆地和水域相互作用而形成的兼有水域和陆地生态系统特征的综合系统，包括天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动淡水，包括低潮时水深不超过 6 m的水域。 3.6 农田生态系统 cropland ecosystem 全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 5 以作物为中心，利用生物和非生物环境之间以及生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效生态机能，进行能量转化和物质循环，并按人类社会需要进行物质生产的综合系统。 3.7 灌丛生态系统 shrubland ecosystem 以灌木为主体的植物群落与环境相互作用，并产生能量转换和物质循环的综合系统。注灌木是没有明显主干、呈丛生状态且高度小于 6 m的树木。 3.8 草地生态系统 grassland ecosystem 以草本植物和食草动物为主体的生物群落与其环境共同构成的综合系统，包括人工草地生态系统和天然草地生态系统两大类。注在我国少量分布的山地苔原生态系统，植被种类以草本植物为主的，在计算时归为此类。 3.9 荒漠生态系统 desert ecosystem 由超强耐旱生物及其干旱环境所组成的综合系统。 3.10 总初级生产力 gross primary productivity GPP 在单位时间和单位面积上，绿色植物通过光合作用所固定的有机碳总量。 3.11 净初级生产力 net primary productivity NPP 单位时间内植物通过光合作用所吸收的碳除去植物自养呼吸的碳损耗所剩余的部分。 3.12 植物自养呼吸 plant autotrophic respiration Ra 植物以碳水化合物为底物，通过呼吸代谢途径，降解并产生能量和各种中间产物供给其生命活动的过程。 3.13 植物维持呼吸 plant maintenance respiration Rm 植物自养呼吸作用所产生的能量和中间产物中用于维持植物细胞存活的部分。 3.14 植物生长呼吸 plant growth respiration Rg 植物自养呼吸作用所产生的能量和中间产物用于合成植物生长所需要物质的部分。 3.15 土壤异养呼吸 soil heterotrophic respiration Rh 土壤中的微生物进行新陈代谢活动消耗土壤中的有机碳，产生 CO2的过程。 3.16 净生态系统生产力 net ecosystem productivity NEP 净初级生产力除去土壤异养呼吸的碳损耗所剩余的部分。 3.17 植被碳密度 vegetation carbon density 陆地生态系统中单位面积植被的碳含量。 3.18 土壤有机碳密度 soil organic carbon density 全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 6 陆地生态系统中单位面积土壤的有机碳含量。 3.19 陆地碳汇评估模型 assessment model of terrestrial ecosystem carbon sink 评估模型能够模拟陆地生态系统碳汇大小、空间分布及其动态变化的模型。 4 基本原则 4.1 客观性评估所用数据来源于国家或行业主管部门公开发布的数据；按照行业规范的数据质量控制和标准处理方法处理数据；评估模型具有权威性，并经大量观测调查数据校准和验证，适用于中国区域陆地碳汇评估。 4.2 准确性陆地碳汇评估模型模拟的 NEP或 NPP、植被碳密度和土壤有机碳密度能够准确反映评估区域内观测值的时间动态和空间格局。 4.3 连续性受气候变化、土地利用变化、人为干扰等因素的影响，区域陆地碳汇的年际间波动较大，宜进行动态评估。 4.4 一致性在不同时间对同一评估单元再次或多次评估时，宜采用相同评估方法、参数和数据标准。基于所有下一级行政单元（空间范围）的区域陆地碳汇评估方法、参数和数据来源与处理方法与基于上一级行政单元（空间范围）的碳汇评估方法、参数和数据来源与处理方法相同。不同区域相同植被功能型的参数取值一致。 4.5 真实性评估数据和评估技术方法公开透明，评估结果可验证、可核实、可报告。 5 评估流程 5.1 确定评估的地理边界和时间边界 5.1.1 地理边界根据评估目的，确定区域陆地碳汇评估的地理边界，评估区域可以是行政单元，如省、市、县、乡、村，也可以是功能相对完整的生态系统地域单元（如林场、森林公园、草场等），以及由不同生态系统类型组合而成的特定地域单元（如自然保护区、风景名胜区等）。 5.1.2 时间边界根据评估目的，确定评估的时间边界（起止年份）。 5.2 确定评估方法根据评估区域内的生态系统类型、分布、气候、土壤特征和数据积累情况，按照数据、资料的可获取性，按照第 6章选择相应的评估模型，并根据区域的空间范围大小，按 7.1确定评估的空间分辨率。 5.3 数据收集、处理和补充观测 5.3.1 参数率定和模型验证评价数据收集和处理全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 7 收集开展区域陆地碳汇评估模型参数率定、模型验证和评价所需要的相关文献数据、历史观测数据，开展必要的实地观测调查，进行参数本地化和模型验证评价。 5.3.2 模型驱动数据收集和处理区域陆地碳汇评估模型驱动数据包括遥感数据、土地利用、气候、土壤和大气 CO2浓度等数据，按照第 7章进行数据质量控制和标准化处理流程进行处理，并将数据插值到 7.1 要求的空间分辨率上。 5.4 模型验证和评价利用获取的植被碳密度、土壤有机碳密度、 NPP、 NEP观测数据按照 7.4进行模型验证和评价。 5.5 开展区域陆地碳汇评估利用处理后的驱动数据，运行区域陆地碳汇评估模型，开展指定区域陆地碳汇评估。 5.6 撰写区域陆地碳汇评估报告出具区域陆地碳汇评估报告，宜按照附录 A进行编制。 6 区域陆地碳汇的评估方法 6.1 区域陆地碳汇评估指标区域陆地碳汇是评估区域内所有陆地生态系统净生态系统生产力（ NEP, gC·m-2·yr-1）之和。评估指标包括总初级生产力（ GPP, gC·m-2·yr-1）、净初级生产力（ NPP, gC·m-2·yr-1、植物自养呼吸（ Ra, gC·m-2·yr-1）、土壤异养呼吸（ Rh, gC·m-2·yr-1）、生态系统总呼吸（ Re, gC·m-2·yr-1）和净生态系统生产力（ NEP, gC·m-2·yr-1），各指标之间的关系见公式（ 1）～公式（ 3）。 𝑁𝐸𝑃 𝑁𝑃𝑃 −𝑅ℎ ······································································ 1 𝑁𝑃𝑃 𝐺𝑃𝑃 −𝑅𝑎 ······································································ 2 𝑁𝐸𝑃 𝐺𝑃𝑃 −𝑅𝑎 −𝑅ℎ ································································· 3 NEP的计算包括了对 GPP、 NPP、 Ra和 Rh的计算，相应的计算方法见 6.2～ 6.5。 6.2 GPP 的计算宜使用附录 B和附录 C给出的中国自主研发的生态系统过程模型 AVIM和 CEVSA模型及其后续版本计算 GPP，这两个模型均采用 Farquhar 的光合作用方案。 6.3 Ra的计算植物自养呼吸（ Ra）分为植物维持呼吸 Rm和植物生长呼吸 Rg两部分。其中植物维持呼吸 Rm与器官生物量成正比 μ mol·m-2·s-1，以 CO2计，且随温度变化而改变；植物生长呼吸 Rg正比于器官生物量的增长速率。 Ra宜按照附录 D进行计算。 6.4 NPP 的计算 6.4.1 直接计算按照公式（ 2），利用 6.2和 6.3计算的 GPP减去 Ra，即得到 NPP。 6.4.2 基于光能利用率模型计算如果能够及时获取评估区域内、评估时段内符合 7.1要求分辨率的遥感数据，宜按照附录 E使用光能利用率模型计算 NPP。 6.4.3 利用森林生态系统的林龄 -生物量方程计算全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 8 如果能够获取评估区域内森林生态系统内树种、林龄等观测信息时，宜使用林龄 -生物量方程计算 NPP。该方法中，森林 NPP为连续两年森林植被生物量的净增长量 ∆𝐵与凋落物 𝑙𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟之和，按公式（ 4）计算 𝑁𝑃𝑃 ∆𝐵 𝑙𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟····································································· 4 式中 ∆𝐵 连续两年森林植被生物量的净增长量，森林生物量 𝐵的估算可通过森林样地数据拟合的林龄 -生物量方程得到，中国主要森林类型的林龄 -生物量方程见附录 F。 𝑙𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 一年的森林植被生物量的凋落物， 𝐿𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 ∑ （ 𝐵 ∗𝐿𝑖 ∗𝑀3𝑖1 ）， 𝐿𝑖𝑖 1、 2、 3分别代表叶、茎、根生物量占总生物量的比例， 𝑀代表凋落物占总生物量的比例。根据观测数据计算的中国主要森林类型的叶、茎、根、凋落物占总生物量的比例见附录 G。 6.5 Rh的计算计算方法见附录 H。 6.6 NEP 的计算根据公式（ 1）或公式（ 3）计算得到 NEP。 7 数据收集和处理 7.1 区域陆地碳汇评估空间分辨率的确定根据评估区域范围的大小和评估目标确定区域陆地碳汇评估的空间分辨率，一般宜 a 全国陆地碳汇评估使用 1 km～ 10 km； b 省级单元陆地碳汇评估使用 90 m～ 1 km； c 地市级和县级单元陆地碳汇评估使用 10 m～ 30 m； d 乡镇或森林公园、林场、园区等更小区域陆地碳汇评估使用 1 m～ 10 m。 7.2 数据收集及处理 7.2.1 气象数据太阳辐射、地表气温、降水、相对湿度、云量、风速、大气压等气象观测数据宜来自评估区域内的国家基本气象站、国家基准气候站及自动气象观测站，并按照 QX/T 118 2020对获取的观测数据缺测值和机器误差进行处理，得到评估所需要时间时段内的站点数据。然后利用样条函数插值法对评估区域内的气象观测数据进行内插，得到评估区域内所需分辨率的气象栅格数据，最终数据宜按照 GB/T 33674 2017存储。插值方法见附录 I。 7.2.2 土地利用 /土地覆盖数据评估区域内逐年的土地利用 /土地覆盖数据，可采用卫星产品的反演结果，其空间分辨率符合 7.1 的要求。土地利用 /土地覆盖可以使用表 J.1给出的分类，也可使用 GB/T 21010 2017进行分类。 7.2.3 土壤颗粒组成和土壤质地数据土壤颗粒组成数据主要包括粘粒、壤粒和砂粒的含量，土壤质地分类见表 J.2。依据评估区域内不同比例尺的土壤图和最新全国土壤普查数据，制作土壤质地数据，也可以根据需求在评估区域进行土壤采样，通过实验测定土壤颗粒组成的各个参数，采样过程宜满足 GB/T 36197 2018要求。通过软件将数据插值或重采样到符合 7.1要求的空间分辨率，按 GB/T 32739 2016进行存储。 7.2.4 大气 CO2浓度数据可以从评估区域内气象观测站点获得逐月大气 CO2浓度的数据，当评估区域内气象观测站点无大气 CO2浓度观测数据时，可从中国大气本底观测站，如青海瓦里关大气本底监测站获取大气 CO2浓度数据，全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 9 若评估时段早于中国的大气本底观测，可以从美国夏威夷 Mauna Loa 观测所（ https//scrippsco2.ucsd.edu/）获取 1958年以来逐月大气 CO2浓度数据。 7.2.5 遥感数据评估区域内逐年的归一化植被指数（ NDVI）数据，宜采用符合 7.1空间分辨率要求的卫星产品。所有空间数据的准确性宜满足 GB/T 41149 2021。 7.3 参数本地化和校准区域陆地评估模型所需参数见表 1。表 1 模型主要参数和初始状态变量参数 /初始变量及单位描述参数 /初始变量及单位描述 Lon 经度 YSAN / gN.m-2 土壤有效氮 Lat 纬度 CN 土壤氮碳比 VGTY 植被类型 INSWC / mm 初始土壤含水量 height 冠层高度 SAT / cm3.cm-3 饱和含水量（体积） VEGC / gC.m-2 植被碳 whc / cm3.cm-3 田间持水量（体积） LAImax / m2.m-2 最大叶面积指数 Wilt / cm3.cm-3 萎蔫系数 YSMC / gC.m-2 土壤有机碳 SLA / m2.gC-1 比叶面积表 1中的参数可来源于文献、评估区域内长期观测站点的历史积累数据，若文献数据和历史观测资料无法满足所有参数本地化需求时，宜开展实地的调查与观测，评估区域样地调查方法和内容见附录 K。 7.4 模型验证和评价 7.4.1 基于生态系统通量观测 NEP 的直接验证如果评估区域有碳通量观测站，则直接通过观测的 NEP数据对模型模拟的 NEP进行验证。通量观测数据处理的流程和方法见陆地生态系统通量观测的原理与方法和中国陆地生态系统碳通量观测技术及时空变化特征。 7.4.2 基于样方调查的 NPP、植被碳密度和土壤有机碳密度数据的间接验证在无通量观测数据进行直接验证的区域，可以用样方调查的 NPP、植被碳和土壤有机碳密度数据对模型的模拟结果进行验证。在评估区内，首先根据土地利用图确定区域的主要生态系统类型，在每一种生态系统类型内，选择代表性样地进行取样，分析获得评估区域内各样方的 NPP、植被碳密度和土壤有机碳密度数据，森林样地内要调查树种组成和林龄。样地调查方法和内容见附录 K。 7.4.3 模型准确性的评价模型的准确性通过模拟值与观测值的比较来评价，宜利用一些统计参数来评价模型的模拟效果，如使用决定系数（ R2）、系统性均方差 MSES、非系统性均方差 MSEU和 Nash-Sutcliffe效率系数（ NS）等。这些参数的计算见附录 L。全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 10 附录 A （规范性）区域陆地碳汇评估报告编制大纲评估报告内容编制要素主要包括但不限于前言、评估区域概况、评估方法、数据来源和处理、准确性评价、区域陆地碳汇量和空间格局、结论和附录。编制大纲示例见图 A.1。图 A.1 区域陆地碳汇评估报告大纲参考样例区域陆地碳汇评估报告大纲一、前言介绍评估背景、目的意义、任务来源等； 1.1 评估背景 1.2 目的意义 1.3 任务来源二、评估区域概况介绍评估区域地理范围、气候、土壤、植被等基本情况； 2.1 地理位置 2.2 地形地貌 2.3 气候与水文 2.4 植被类型 2.5 土壤类型 2.6 土地覆盖三、评估方法说明评估方法选择的标准、依据及使用范围，详细介绍碳汇评估的方法； 3.1 评估方法选择依据 3.2 评估方法四、数据来源说明评估数据、参数的来源、采集方式及采集过程，数据处理原则、方法及其过程； 4.1 观测数据获取方法 4.2 模型输入数据来源与数据处理五、准确性评价按照正文 7.3 推荐的指标，基于区域地面观测数据对不同生态系统进行评估结果准确性评价，如 5.1 森林生态系统模型模拟准确性评价 5.2 草地生态系统型模拟准确性评价 5.3 六、区域陆地碳汇量及空间格局对区域陆地碳汇的空间格局和各统计结果进行详细分析； 6.1 区域陆地碳汇量 6.2 区域陆地碳汇空间格局七、结论介绍区域陆地碳汇评估结论； 7.1 评估区域情况 7.2 评估准确性说明八、附录包括校准后的模型参数表。全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 11 附录 B （规范性） AVIM 模型计算 GPP 方案 Farquhar的光合作用方案考虑了光合作用的生物化学过程对环境变化的响应，叶片的光合速率 A （ μmol·m-2·s-1，以 CO2计）由叶绿素光合酶浓度限制下的羧化效率 Wc和光通量限制下的羧化效率 Wj二者中的小值决定，即 𝐴 min𝑊c,𝑊j ·································································· B.1 𝑊c {𝑉c max C4𝑉 c max𝐶i −Γ∗ [𝐶i 𝐾c1𝑂𝑖 𝐾o⁄ ] C3⁄ ··································· B.2 𝑊j { 𝛼 4 𝑃𝐴𝑅𝐶i−Γ∗ 𝐶i2Γ∗ C4 𝛼1𝑃𝐴𝑅 C3 ··································· B.3 公式 B.2和公式 B.3中 𝑉c max Rubisco的最大羧化效率，是温度（ T）、土壤水分（ Ws）（计算方法见附录 M）和叶中含氮量（ N）的函数，按照公式 B.4计算，单位为微摩尔每平方米秒（ μmol·m-2·s-1，以 CO2计），模型中暂不考虑羧化效率对叶中氮浓度的响应； 𝐶𝑖、 𝑂𝑖 分别是叶子内部 CO2和 O2的分压，单位为帕（ Pa）； Γ∗ CO2的补偿点，单位为帕（ Pa）； 𝐾c、 𝐾o 分别是对 CO2和 O2相应的 Michaelis-Menten常数； 𝛼、 𝛼1 光量子固定 CO2或释放 O2的量子效率； 𝑃𝐴𝑅 光合有效辐射，单位为瓦每平方米（ W·m-2）。注 C3、 C4分别对应碳三、碳四植物。 𝑉c max 𝑉cmax25𝑓𝑁∙𝑓𝑊s∙𝑓𝑇 ·················································· B.4 𝑓𝑇 𝑄100.1𝑇c−25 ·································································· B.5 𝑓𝑊s 1−𝑒−𝑏|𝑤−𝑤𝑖|−1 ·························································· B.6 𝑓𝑁 1 ········································································· B.7 公式（ B.4）～公式（ B.7）中 𝑉cmax25 𝑉c max在 25 ℃ 时的取值，单位为微摩尔每平方米秒（ μmol·m-2·s-1，以 CO2计）； 𝑄10 敏感性参数，取值 2.0； 𝑇c 叶温，单位为凯尔文（ K）； 𝑏 实验拟合参数； 𝑤 土壤含水量，单位为立方厘米每立方厘米（ cm3·cm-3）； 𝑤𝑖 土壤萎蔫系数，单位为立方厘米每立方厘米（ cm3·cm-3）。大气中 CO2进入叶气孔进行光合作用是一个扩散过程，因而有 B.8所示关系式，光合速率和气孔导度的关系见公式 B.9。由公式（ B.8）、公式（ B.9）和公式（ B.1）就可以同时解出光合速率和气孔导度。 𝐴 𝐶a −𝐶i𝑔−𝑔b 1.65𝑃s⁄ ····················································· B.8 g m 𝐴𝐶 a ℎs 𝑏 ···································································· B.9 公式（ B.8）和（ B.9）中 𝐶a 大气 CO2的分压，单位为帕（ Pa）； 𝐶i 叶子内部 CO2的分压，单位为帕（ Pa）； 𝑃s 地面气压，单位为帕（ Pa）； 𝑔、 𝑔b 分别是气孔导度及其最小值，单位为米每秒（ m·s-1）； ℎs 叶片周围的相对湿度；全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 12 m、 b 实验常数。光合速率从叶片扩大到冠层， GPP计算见公式（ B.10）。 𝐺𝑃𝑃 1−e𝐾∙𝐿𝐴𝐼𝐾 𝐴 ································································· B.10 式中 𝐾 冠层消光系数； 𝐿𝐴𝐼 叶面积指数。全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 13 附录 C （规范性） CEVSA 模型计算 GPP 方案 CEVSA模型在 Farquhar方程的基础上，综合考虑光合作用、气孔导度、呼吸作用、氮吸收和蒸发蒸腾量等生理生态过程来决定 GPP。光合作用速率决定于叶肉组织光合酶对 CO2的利用效率和 CO2向叶肉组织的扩散速率。由生物化学过程决定的光合速率 Ab 可表达为公式（ C.1）。 𝐴𝑏 min{𝑊c,𝑊j,𝑊p}1−0.5𝑃o 𝜏𝑃c⁄ −𝑅d ············································ C.1 式中 𝑊c 由光合酶，即二磷酸核酮糖 -羧化酶 -氧化酶 Rubisco活性所决定，与叶片氮含量直接相关，按照公式（ C.2）计算； 𝑊j 取决于光合反应过程中的电子传递速度，决定于叶片吸收的光合有效辐射，按照公式（ C.3）计算； 𝑊p 决定于光合反应过程对磷酸丙糖（ Triose phosphate）的利用效率，决定于叶片对光合产物的利用和输出能力，按照公式（ C.4）计算； 𝑃o、 𝑃c 分别是叶肉组织中 O2和 CO2的分压，单位是帕（ Pa），决定于大气 CO2分压和叶片气孔传导度； 𝜏 Rubisco 对 CO2浓度的特定反应参数，单位是焦耳每摩尔（ J·mol-1），在模型中 𝜏是温度的函数； 𝑅d 白昼非光合呼吸速率， 𝑅d是 𝑉cmax的函数，按照公式（ C.5）计算。 𝑊c 𝑉cmax𝑃c [𝑃c 𝐾c1𝑃o 𝐾o⁄ ]⁄ ··················································· C.2 𝑊j 𝐽𝑃c [4𝑃c 𝑃o 𝜏⁄ ]⁄ ···························································· C.3 𝑊p 3𝑈 0.5𝑊min𝑃o 𝜏𝑃c⁄ ························································ C.4 𝑅d 0.015𝑉cmax ··································································· C.5 公式（ C.2）～公式（ C.5）中 𝑉cmax 由 Rubisco决定的最大的羧化速率，可以根据植被类型取特定常数，也可以将公式（ C.1）代入方程（ C.3）计算得到，见公式（ C.6）； 𝐾c CO2相应的 Michaelis-Menten常数，单位是焦耳每摩尔（ J·mol-1）； 𝐾O O2相应的 Michaelis-Menten常数，单位是焦耳每摩尔（ J·mol-1）； 𝐽 电子传输速率，单位是微摩尔每平方米秒（ μmol·m-2·s-1），辐射 I驱动电子传输速率 J，计算见公式（ C.7）； 𝑈 丙糖磷酸的利用率，单位是微摩尔每平方米秒（ μmol·m-2·s-1），计算见公式（ C.8）； 𝑊min 𝑊c和 𝑊j两者中的小者。 𝑉cmax 𝐴b 𝑅d[𝑃c 𝐾c1𝑃o 𝐾o⁄ ] 𝑃c −0.5𝑃o 𝜏⁄ ⁄ ································· C.6 式中， AbAmax，是最大光饱和光合速率，模型中植物的氮含量决定了植物的最大光合速率，根据经验方程，将每一层叶片的最大光合速率与氮含量（ N）联系在一起， 𝐴max 190𝑁 360𝑁⁄ 。 𝐽 𝛼𝐼 [1𝛼2𝐼2 𝐽max2⁄ 0.5]⁄ ························································· C.7 式中 𝛼 光子转化电子的效率，单位是摩尔每摩尔（ mol·mol-1）； 𝐼 光子辐射 , 单位是微摩尔每平方米秒（ μmol·m-2·s-1），； 𝐽max 光饱和的电子传输速率，与 𝑉cmax线性相关， 𝐽max 29.11.64𝑉cmax。 U 5.7910−7 0.0569𝐽max ······················································ C.8 温度主要通过对电子传递和次发生反应过程来影响光合作用。每种植物都是在一定的温度范围内才能进行光合作用，并且有其最高、最低和最适的温度范围。温度对光合作用的影响，在模型中可以通过 Vcmax和 Jmax等生理参数来表达。温度对 𝑉cmax和 𝐽max的影响用经验公式（ C.9）和公式（ C.10）表达。全国团体标准信息平台 T/CMSA 0027 2022 14 𝑉cmax𝑇 𝑉c′[10.051𝑇 −25−2.4810−4𝑇 −252 −8.0910−5𝑇−253] ········ C.9 𝐽max𝑇 𝐽max′ [10.041𝑇 −25−1.5410−3𝑇−252 −9.4210−5𝑇−253] ····· C.10 公式（ C.9）～公式（ C.10）中 T 摄氏温度值，单位为摄氏度（ ℃ ）； Vc’、 maxJ 在 25 ℃ 时测得的 Jmax和 Vcmax， 25 ℃ 是试验测定植物光合速率的参考温度。大气 CO2向叶肉组织的扩散速率取决于叶片气孔传导度，它所决定的光合速率 Ad计算见公式（ C.11） 𝐴d 𝑔s𝑃a −𝑃c 160⁄ ···························································· C.11 式中 gs 植物叶片的气孔导度数值，单位是毫摩尔每平方米秒（ mmol·m-2·s-1），计算见公式（ C.12）； Pa、 Pc 分别是叶片表面和细胞内的 CO2分压数值。采用修正的 Ball-Berry模型来模拟气孔导度的变化，模型中也考虑了土壤干旱对气孔导度得影响。 𝑔s 𝑔0𝑇𝑔1𝑇𝐴𝑅h 𝑃a⁄ 𝑘g𝑤s ················································ C.12 式中 go 在光补偿点下光合速率