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基于随机森林模型的毛竹林CO2通量模拟及其影响因子

作者:陈亮; 周国模; 杜华强; 刘玉莉; 毛方杰; ...毛竹林涡度相关技术法通量塔co2通量随机森林模型环境因子安吉县

摘要:【目的】探究环境因子对毛竹林CO2通量的影响,为亚热带典型森林碳循环模拟提供技术和理论支撑。【方法】基于浙江省安吉县山川乡2011—2014年毛竹林通量塔观测数据,采用随机森林模型对毛竹林CO2通量进行模拟,以均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)和林氏调和系数(LCCC)3个指标评价模型精度,并通过计算环境因子重要性得分来分析环境因子对毛竹林CO2通量的影响。【结果】随机森林模型能以较高精度模拟毛竹林CO2通量,但由于2013年7和8月发生极端高温干旱,模型难以刻画这种短时、剧烈的干扰,最终导致测试阶段模型精度(R2=0.845 5,RMSE=0.437 7 mg·m-2s-1,LCCC=0.914 1)低于训练阶段模型精度(R2=0.961 5,RMSE=0.005 4 mg·m-2s-1,LCCC=0.980 1);十折交叉验证表明,随机森林模型拟合效果稳定,且模型内部参数设置合理,模型误差主要来自于输入数据;在月尺度上,环境因子对毛竹林CO2通量影响的重要性得分表现为光合有效辐射PAR(63.332)〉土壤5 cm深处温度TS(29.932)〉空气相对湿度RH(25.839)〉大气温度TA(25.581)〉空气CO2浓度C(CO2)(25.095)〉饱和水汽压差VPD(24.123)〉风速WS(23.504)〉生态系统有效能量AE(19.323)〉土壤热通量QS(18.502),PAR对毛竹林CO2通量变化影响最大,PAR、TS和VPD对毛竹林CO2通量的影响较显著(P〈0.05),这3个因子是影响月尺度上毛竹林CO2通量变化的主导因子。【结论】随机森林模型能以较高精度拟合毛竹林CO2通量;在相关环境因子中,光合有效辐射、土壤5 cm深处温度和饱合水汽压差对毛竹林CO2通量影响的贡献最显著,这3个因子对毛竹林CO2通量月尺度上的变化具有控制作用。

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