Эта публикация цитируется в 4 статьях

АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Применение метода сбалансированной идентификации для заполнения пропусков в рядах наблюдений за потоками СО$_2$ на сфагновом верховом болоте

А. В. Соколов^ab, В. В. Мамкин^c, В. К. Авилов^c, Д. Л. Тарасов^d, Ю. А. Курбатова^c, А. В. Ольчев<sup>dc

a</sup> Институт проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, Россия, 127051, г. Москва, Б. Каретный пер., д. 19, стр. 1
^b Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, Россия, 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 19
^c Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова, Российская академия наук, Россия, 109071, г. Москва, Ленинский просп., д. 33
^d Географический факультет, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Россия, 119991, г. Москва, ул. Ленинские горы, д. 1

Аннотация: В работе рассматривается применение метода сбалансированной идентификации для построения многофакторной функциональной зависимости нетто СО$_2$-обмена (NEE) от факторов внешней среды и ее дальнейшего использования для заполнения пропусков в рядах наблюдений за потоками СО$_2$ 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 СО$_2$ исследуемого верхового болота для выбранного летне-осеннего периода. Было показано, что если в августе 2017 года на исследуемом болоте скорость фиксации СО$_2$ растительным покровом существенно превышала величину экосистемного дыхания, то, начиная с сентября, на фоне снижения GPP исследуемое болото превратилось в устойчивый источник СО$_2$ для атмосферы.

Ключевые слова: метод сбалансированной идентификации, метод турбулентных пульсаций, верховое болото, нетто-экосистемный обмен СО$_2$, экосистемное дыхание, валовая первичная продукция.

УДК: 519.6

Поступила в редакцию: 06.09.2018
Исправленный вариант: 08.10.2018
Принята в печать: 29.10.2018

DOI: 10.20537/2076-7633-2019-11-1-153-171