Verwendung von Optimalitätsprinzipien zur Kopplung der terrestrischen Kohlenstoff- und Wasserzyklen in hydrologischen Modellen

Die Hydrologie wurde durch die Etablierung empirischer Beziehungen zwischen der Bewegung von Wasser durch Landschaften und der Anwendung des Gesetzes der Massenerhaltung in Einzugsgebieten geleitet. Dies hat zu Modellen mit komplexen Kalibrierungsrahmen geführt, die oft die physikalischen und biochemischen wasserbezogenen Prozesse übersehen, die Pflanzen mit hydrologischen Zyklen verbinden. Studien haben gezeigt, dass einige der empirischen Beziehungen in Einzugsgebieten möglicherweise auch eine potenzielle Koevolution des Ökosystems mit dem Klima widerspiegeln, die die Einzugsgebiete dazu treibt, ihre Angebots- und Nachfragelimits zu optimieren. Dies stimmt mit den in der Vegetationsmodellierung verwendeten öko-evolutionären Optimalitätsprinzipien überein, die auf der Hypothese basieren, dass die Leitfähigkeit des Kronendachs sich an Umweltvariationen anpasst, indem sie die Kosten der Kohlenstoffassimilation und die Aufrechterhaltung der Transpirationsraten balanciert. Hier haben wir sinnvolle Schnittstellen zwischen einfachen Modellen und Ansätzen entwickelt, die auf der Verwendung von Optimalitätsprinzipien in der Vegetationsmodellierung und Hydrologie basieren. Unser Werk basiert auf der Anwendung des P-Modells zur Schätzung der Brutto-Primärproduktivität und Transpiration und der Verwendung eines Massenausgleichsansatzes, um den Speicher im Wurzelbereich zu quantifizieren. Diese Integrationen bieten nicht nur ein nuancierteres Verständnis hydrologischer Prozesse, sondern bahnen auch den Weg für genauere und physikalisch informierte Modelle in der Hydrologie. Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Verwendung öko-evolutionärer Prinzipien als ein einheitliches Rahmenwerk in der hydrologischen Forschung und bieten neue Einblicke für das Verständnis und die Vorhersage der Wasserbewegung in Einzugsgebieten unter variierenden klimatischen und ökologischen Bedingungen.