Eine Methode zur Skalierung der Vegetationsdynamik: Das Ökosystem-Demografie-Modell (Ed)

Das Problem der Skalierung war ein entscheidendes Hindernis für die Einbeziehung wichtiger Prozesse im feinen Maßstab in globale Ökosystemmodelle. Unser Wissen über physikalische und ökologische Prozesse im feinen Maßstab stammt aus einer Vielzahl von Messungen, die von Waldplot-Inventuren bis zur Fernerkundung reichen, durchgeführt bei räumlichen Auflösungen, die erheblich kleiner sind als der große Maßstab, auf dem globale Ökosystemmodelle definiert sind. In diesem Papier beschreiben wir ein neues individualbasiertes, terrestrisches Biosphärenmodell, das wir das Ökosystem-Demografie-Modell (ED) nennen. Anschließend führen wir eine allgemeine Methode zur Skalierung stochastischer individualbasierter Modelle der Ökosystemdynamik (Lückenmodelle) wie ED auf große Skalen ein. Die Methode berücksichtigt die feinkörnige räumliche Heterogenität innerhalb eines Ökosystems, die durch stochastische Störereignisse verursacht wird, die auf Skalen bis hinunter zu einzelnen Baumkronen-Lücken wirken. Durch angemessene Bedingung an das Auftreten dieser Ereignisse leiten wir eine größen- und alterstrukturierte (SAS) Näherung für den ersten Moment des stochastischen Ökosystemmodells ab. Mit dieser Näherung ist es möglich, Vorhersagen über die großen Interessenskalen aus einer Beschreibung der feinen physiologischen und population-dynamischen Prozesse zu machen, ohne das Schicksal jeder Pflanze einzeln zu simulieren. Wir verwenden die SAS-Näherung, um unser individualbasiertes Biosphärenmodell über Südamerika von 15° N bis 15° S zu implementieren, und zeigen, dass die SAS-Gleichungen über eine Reihe von Umweltbedingungen und resultierenden Ökosystemtypen hinweg genau sind. Anschließend vergleichen wir die Vorhersagen des Biosphärenmodells mit regionalen Daten und intensiven Daten an bestimmten Standorten. Die Analyse des Modells an diesen Standorten illustriert die Bedeutung der feinkörnigen Heterogenität für die Steuerung der großflächigen Ökosystemfunktionen und zeigt, wie Populationen- und Gemeinschaftsprozesse die Zusammensetzung und Struktur des Ökosystems, die Muster der oberirdischen Kohlenstoffakkumulation und die Nettoproduktion des Ökosystems beeinflussen.