Evaluation and improvement of the E3SM land model for simulating energy and carbon fluxes in an Amazonian peatland

Abstract

Las turberas tropicales son una de las mayores fuentes naturales de metano atmosférico (CH4) y desempeñan un papel importante en los balances de carbono regionales y mundiales. Sin embargo, persisten grandes incertidumbres en cuanto a su influencia en las variaciones climáticas. El Modelo del Suelo (ELM) del Modelo Energético Exascale del Sistema Terrestre (E3SM) es un modelo científico en curso que ha desarrollado nuevas representaciones de la hidrología y la biogeoquímica del suelo e incluye un nuevo módulo de CH4 basado en grupos funcionales microbianos. Este modelo se ha probado en turberas de bosques boreales, pero aún no se ha evaluado para simular el intercambio de energía y carbono en turberas tropicales. Aquí, evaluamos el desempeño del ELM en la simulación de flujos de energía, dióxido de carbono (CO2) y CH4 de una turbera de pantano de palmeras amazónicas en Iquitos, Perú. Las simulaciones del ELM utilizando los valores por defecto de los parámetros dieron como resultado un pobre rendimiento de la dinámica estacional del carbono. Se mejoraron varios algoritmos en función de las características específicas del lugar y se optimizaron los parámetros clave mediante un enfoque bayesiano objetivo asistido por sustitutos. Los algoritmos modificados incluían la curva de retención de agua del suelo, una función escalar de cobertura de agua para los procesos de CH4 y una función de relación carbono-nitrógeno de las hojas que variaba estacionalmente. El modelo revisado específico para los trópicos simuló mejor los patrones diurnos y estacionales de los flujos de energía y carbono de la turbera palustre. Los análisis de sensibilidad global indicaron que los fuertes controles sobre los flujos de energía y carbono se atribuían principalmente a los parámetros asociados a las actividades de la vegetación, como la distribución del carbono vegetal, la regulación estomática, la capacidad fotosintética y la fenología foliar. La importancia relativa de los parámetros dependió de los procesos biogeoquímicos y varió significativamente entre las estaciones húmedas y secas. Este estudio de modelización permitió avanzar en la comprensión de los controles bióticos sobre el intercambio de energía y carbono en las turberas pantanosas de palmeras de la Amazonia e identificó las lagunas de conocimiento que deben abordarse para una mejor predicción de los procesos y balances del ciclo del carbono en las turberas tropicales.