Применение метода сбалансированной идентификации для заполнения пропусков в рядах наблюдений за потоками СО2 на сфагновом верховом болоте

В работе рассматривается применение метода сбалансированной идентификации для построения многофакторной функциональной зависимости нетто СО2-обмена (NEE) от факторов внешней среды и ее дальнейшего использования для заполнения пропусков в рядах наблюдений за потоками СО2 на верховом сфагновом болоте в Тверской области. Измерения потоков на болоте проводились с помощью метода турбулентных пульсаций в период с августа по ноябрь 2017 года. Из-за дождливых погодных условий и высокой повторяемости периодов с низкой турбулентностью на протяжении всего периода наблюдений доля пропусков в измерениях NEE на исследуемом болоте превысила 40%. Разработанная для заполнения пропусков модель описывает NEE верхового болота как разность экосистемного дыхания (RE) и валовой первичной продукции (GPP) и учитывает зависимость этих параметров от приходящей суммарной солнечной радиации (Q), температуры почвы (T), дефицита упругости водяного пара (VPD) и уровня болотных вод (WL). Используемый для этой цели метод сбалансированной идентификации основан на поиске оптимального соотношения между простотой модели и точностью повторения измерений — соотношения, доставляющего минимум оценке погрешности моделирования, полученной методом перекрестного оценивания. Полученные численные решения обладают минимально необходимой нелинейностью (кривизной), что обеспечивает хорошие интерполяционные и экстраполяционные свойства построенных моделей, необходимые для восполнения недостающих данных по потокам. На основе проведенного анализа временной изменчивости NEE и факторов внешней среды была выявлена статистически значимая зависимость GPP болота от Q, T и VPD, а RE — от T и WL. При этом погрешность применения предложенного метода для моделирования среднесуточных данных NEE составила менее 10%, а точность выполненных оценок NEE была выше, чем у модели REddyProc, учитывающей влияние на NEE меньшего числа внешних факторов. На основе восстановленных непрерывных рядов данных по NEE была проведена оценка масштабов внутрисуточной и межсуточной изменчивости NEE и получены интегральные оценки потоков СО2 исследуемого верхового болота для выбранного летне-осеннего периода. Было показано, что если в августе 2017 года на исследуемом болоте скорость фиксации СО2 растительным покровом существенно превышала величину экосистемного дыхания, то, начиная с сентября, на фоне снижения GPP исследуемое болото превратилось в устойчивый источник СО2 для атмосферы.

Ключевые слова: метод сбалансированной идентификации, метод турбулентных пульсаций, верховое болото, нетто-экосистемный обмен СО2, экосистемное дыхание, валовая первичная продукция
Цитата: Соколов А.В., Мамкин В.В., Авилов В.К., Тарасов Д.Л., Курбатова Ю.А., Ольчев А.В. Применение метода сбалансированной идентификации для заполнения пропусков в рядах наблюдений за потоками СО2 на сфагновом верховом болоте // Компьютерные исследования и моделирование, 2019, т. 11, № 1, с. 153-171
Citation in English: Sokolov A.V., Mamkin V.V., Avilov V.K., Tarasov D.L., Kurbatova Y.A., Olchev A.V. Application of a balanced identification method for gap-filling in CO2 flux data in a sphagnum peat bog // Computer Research and Modeling, 2019, vol. 11, no. 1, pp. 153-171
DOI: 10.20537/2076-7633-2019-11-1-153-171
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.
Информация о цитировании статьи по данным Crossref:
  • Egor A. Dyukarev, Evgeniy A. Godovnikov, Dmitriy V. Karpov, Sergey A. Kurakov, Elena D. Lapshina, Ilya V. Filippov, Nina V. Filippova, Evgeniy A. Zarov. Net Ecosystem Exchange, Gross Primary Production And Ecosystem Respiration In Ridge-Hollow Complex At Mukhrino Bog. // GEOGRAPHY, ENVIRONMENT, SUSTAINABILITY. 2019. — V. 12, no. 2. — P. 227. DOI: 10.24057/2071-9388-2018-77
Сведения о цитировании могут быть существенно неполными, так как они базируется только на информации, полученной от партнёров программы Crossref cited-by.

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук ВАК, группы специальностей: 01.01.00, 01.02.00.
 

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Журнал индексируется в Scopus