The Canadian Terrestrial Ecosystem Model (CTEM)

Environnement Canada a commencé à élaborer le modèle canadien des écosystèmes terrestres (CTEM) au début des années 2000, en réponse à la nécessité d’intégrer au modèle de circulation générale canadien un volet sur le cycle de carbone de la surface terrestre. Le CTEM, qui en était à la version 2.0 (Melton et Arora, 2016)1 quand il a été intégré au modèle CLASSIC, est combiné à CLASS et calcule la photosynthèse et la conductance stomatique aux intervalles établis par CLASS (généralement entre 15 et 30 minutes). On calcule la dynamique du carbone et de la végétation une fois par jour après réception des données de CLASS sur l’humidité des sols, la température du sol et le rayonnement net.

Les principaux processus simulés par le CTEM sont : la photosynthèse et la conductance du couvert (Arora, 2003)2; la distribution dynamique des racines (Arora et Boer, 2003)3; la maintenance, la croissance et la respiration hétérotrophe (Melton et coll., 2015)4; le renouvellement des tissus, l’allocation des émissions de carbone et la phénologie (Arora et Boer, 2005a)5; les perturbations (incendies) (Arora et Boer, 2005b6; Arora et Melton, 20187); la concurrence entre les types fonctionnels végétaux pour l’occupation de l’espace (Arora et Boer, 20068; Melton et Arora, 20161) et les changements dans l’utilisation des terres (Arora et Boer, 20109). Diverses études ont utilisé des ensembles de données d’observation pour valider le CTEM, combiné à CLASS, à une échelle qui va des sites à l’ensemble de la planète (p. ex., Peng et coll., 201410; Melton et Arora, 201411; Melton et Arora, 20161).

General overview of processes simulated by CTEM

Le CTEM surveille cinq réservoirs de carbone représentant les feuilles, les racines et les tiges des plantes, ainsi que deux réservoirs détritiques pour la litière et le carbone présent dans les sols. Dans sa configuration par défaut, le CTEM simule neuf types fonctionnels végétaux (TFV) qui sont directement liés aux quatre TFV standards de CLASS.

CLASS PFT CTEM PFTs
Needleleaf tree (NdlTr) Needleleaf deciduous (NdlEvgTr) Needleleaf evergreen (NdlDcdTr)
Broadleaf tree (BdlTr) Broadleaf cold deciduous (BdlDCoTr) Broadleaf drought/dry deciduous (BdlDDrTr) Broadleaf evergreen (BdlEvgTr)
Grass C$_3$ (GrassC3) C$_4$(GrassC4)
Crop C$_3$ (CropC3) C$_4$ (CropC4)

  1. Melton, J. R. and Arora, V. K.: Competition between plant functional types in the Canadian Terrestrial Ecosystem Model (CTEM) v. 2.0, Geoscientific Model Development, 9(1), 323–361, 2016. ↩︎

  2. Arora, V. K.: Simulating energy and carbon fluxes over winter wheat using coupled land surface and terrestrial ecosystem models, Agric. For. Meteorol., 118(1-2), 21–47, 2003. ↩︎

  3. Arora, V. K. and Boer, G. J.: A Representation of Variable Root Distribution in Dynamic Vegetation Models, Earth Interact., 7(6), 1–19, 2003. ↩︎

  4. Melton, J. R., Shrestha, R. K. and Arora, V. K.: The influence of soils on heterotrophic respiration exerts a strong control on net ecosystem productivity in seasonally dry Amazonian forests, Biogeosciences, 12(4), 1151–1168, 2015. ↩︎

  5. Arora, V. K. and Boer, G. J.: A parameterization of leaf phenology for the terrestrial ecosystem component of climate models, Glob. Chang. Biol., 11(1), 39–59, 2005. ↩︎

  6. Arora, V. K. and Boer, G. J.: Fire as an interactive component of dynamic vegetation models, J. Geophys. Res., 110(G2), G02008, 2005. ↩︎

  7. Arora, V. K. and Melton, J. R.: Reduction in global area burned and wildfire emissions since 1930s enhances carbon uptake by land, Nat. Commun., 9(1), 1326, 2018. ↩︎

  8. Arora, V. K. and Boer, G. J.: Simulating Competition and Coexistence between Plant Functional Types in a Dynamic Vegetation Model, Earth Interact., 10(10), 1–30, 2006. ↩︎

  9. Arora, V. K. and Boer, G. J.: Uncertainties in the 20th century carbon budget associated with land use change, Glob. Chang. Biol., 16(12), 3327–3348, 2010. ↩︎

  10. Peng, Y., Arora, V. K., Kurz, W. A., Hember, R. A., Hawkins, B. J., Fyfe, J. C. and Werner, A. T.: Climate and atmospheric drivers of historical terrestrial carbon uptake in the province of British Columbia, Canada, Biogeosciences, 11(3), 635–649, 2014. ↩︎

  11. Melton, J. R. and Arora, V. K.: Sub-grid scale representation of vegetation in global land surface schemes: implications for estimation of the terrestrial carbon sink, Biogeosciences, 11(4), 1021–1036, 2014. ↩︎