Eine vertikal diskretisierte Kronenbeschreibung für ORCHIDEE (SVN r2290) und die Modifikationen der Energie-, Wasser- und Kohlenstoffflüsse

Zusammenfassung. Da 70 % der globalen Wälder bewirtschaftet werden und Wälder den globalen Kohlenstoffkreislauf sowie den Energieaustausch mit der darüber liegenden Atmosphäre beeinflussen, hat die Forstwirtschaft das Potenzial, den Klimawandel zu mildern. Dennoch berücksichtigen keines der in Erdsystemmodellen verwendeten Landoberflächenmodelle und damit keine der heutigen Vorhersagen über das zukünftige Klima die Wechselwirkungen zwischen Klima und Forstwirtschaft. Wir haben diese Lücke in der Modellierungsfähigkeit geschlossen, indem wir eine Version des ORCHIDEE-Landoberflächenmodells entwickelt und parametrisiert haben, um die biogeochemischen und biophysikalischen Effekte der Forstwirtschaft zu simulieren. Die bedeutendsten Änderungen zwischen dem neuen Branch namens ORCHIDEE-CAN (SVN r2290) und der Stammversion von ORCHIDEE (SVN r2243) sind die allometriebasierte Zuweisung von Kohlenstoff an Blätter, Wurzeln, Holz, Früchte und Reservetöpfe; die Transmittanz, Absorbanz und Reflektanz von Strahlung innerhalb des Kronenraums; und die vertikale Diskretisierung der Berechnungen zum Energiehaushalt. Darüber hinaus wurden konzeptionelle Änderungen eingeführt, um eine bessere Prozessdarstellung der Wechselwirkung von Strahlung mit Schnee, der hydraulischen Architektur von Pflanzen, der Darstellung der Forstwirtschaft und einer numerischen Lösung für das Fotosynthese-Formular von Farquhar, von Caemmerer und Berry zu erreichen. Aus Gründen der Konsistenz wurden diese Änderungen umfassend im gesamten Code verknüpft. Die Parametrisierung wurde überarbeitet, nachdem 12 neue Parametersätze eingeführt wurden, die spezifische Baumarten oder -gattungen repräsentieren, anstatt eine Gruppe oft weit entfernt verwandter oder sogar nicht verwandter Arten, wie es bei weit verbreiteten pflanzenfunktionalen Typen der Fall ist. Die Leistung des neuen Modells wurde mit dem Stamm verglichen und an unabhängigen raumlyrischen Daten für die Basalfläche, die Baumhöhe, die Kronenstruktur, die Brutto-Primärproduktion (GPP), die Albedo und die Evapotranspiration über Europa validiert. Für alle getesteten Variablen übertraf ORCHIDEE-CAN den Stamm hinsichtlich seiner Fähigkeit, großräumige räumliche Muster sowie deren zwischenjährliche Variabilität über Europa zu reproduzieren. Je nach Datenstrom hatte ORCHIDEE-CAN eine 67- bis 92-prozentige Chance, die räumliche und zeitliche Variabilität der Validierungsdaten zu reproduzieren.