碳氮生物地球化学基础与模型

课程编码：180083070602P2005H 英文名称：Carbon and Nitrogen Biogeochemistry and Modeling Approaches 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业核心课 主讲教师：郑循华等

人类社会经济可持续发展问题的解决，势必依托于对地球气候、环境、生态等复杂系统过程的深入研究和深刻认知。但是，仅依靠在实验室内开展物理、化学、生物实验和在野外开展调查和田间试验这两类传统方法，还难以解决这类复杂问题。因此，还必须同时引入并应用第三类研究方法，即基于复杂系统过程模型开展数值模拟的虚拟科学实验。“碳氮生物地球化学基础与模型”课程的开设，正是为了满足未来气候、环境、生态等地球系统复杂过程研究对第三类方法的广泛需求。该课程设计为面向大气科学、环境科学、农业科学、林业科学、草业科学、地球科学、生态学等学科及其交叉领域的硕士或博士研究生基础课程，旨在让学生们掌握碳氮元素耦合循环过程及其与生物和环境相互作用的生物地球化学理论基础，学习如何基于这些基础理论构建模拟碳氮循环的生物地球化学过程模型，了解如何将碳氮生物地球化学过程模型应用于解决实际问题。课程由理论讲授和实习实践两个部分构成，让学生既学习基础理论知识，又理论联系实际地学到建模方法，以及依托模型模拟手段开展复杂系统过程模拟研究的基本技能。

普通物理，普通化学，高等数学，生态学，土壤学，气象学，普通生物学，微生物学，水文学，地理学

第一章 绪论 3学时 郑循华
第1节 课程教学计划安排与要求
第2节 生物地球化学简史
第3节 碳氮循环与气候环境变化及可持续发展
第二章 人类健康与生物地球化学 3学时 郑循华
第1节 元素生物地球化学异常与克山病
第2节 生物地球化学建模与克山病研究
第3节 从克山病研究到生物地球化学基本概念
第三章 生命元素及其丰度（量） 3学时 郑循华
第1节 宇宙元素起源与地球元素丰度
第2节 地球生命元素的生物地球化学演化
第3节 现实中的地球生命元素丰度效应
第四章 生命元素耦合（群）与能量传递 3学时 郑循华
第1节 元素耦合的化学机制
第2节 元素耦合与解耦的基本过程
第3节 碳氮等生命元素的耦合/解耦与能量传递
第五章 生命元素的生物地球化学循环（流） 3学时 郑循华
第1节 元素循环与源汇概念
第2节 碳氮循环基本过程
第3节 其他生命元素循环
第六章 生物地球化学场（场） 3学时 郑循华
第1节 地球物种灭绝事件及其原因
第2节 地球生命元素迁移的主要驱动力
第3节 生物地球化学场与生命元素行为
第七章 生物地球化学过程模型的构建原理 3学时 郑循华
第1节 过程模型与经验模型
第2节 生态系统动力学模型
第3节 量群流场概念与生物地球化学过程建模理念
第八章 运行生物地球化学过程模型的驱动要素输入 3学时 郑循华
第1节 气象与大气环境要素
第2节 土壤与生物要素
第3节 人类活动要素
第九章 模拟生物地球化学场变量的原理与方法 3学时 郑循华
第1节 水热平衡与温湿度
第2节 土壤酸碱度与氧化还原电位
第3节 植物生长与土壤碳氮底物浓度梯度
第十章 模拟生态系统碳氮转化迁移过程的原理与方法 3学时 郑循华
第1节 土壤碳氮转化的微生物调控机制
第2节 有机碳转化与含碳温室气体生消排放过程
第3节 氮转化与含氮温室气体及氮污染物的生消排放过程
第4节 模型参数优化及目标变量同化方法
第十一章 生物地球化学过程模型应用（模型实习） 20学时 李勇
第1节 DNDC输入输出及模拟结果解读与分析（课堂辅导）
第2节 模型实习研究方案设计（课堂辅导）
第3节 理论课学习和DNDC模型实习辅导（课堂答疑）
第4节 模型实习研究报告写作（课堂辅导）
第5节 闭卷考试与模型实习口头报告

郑循华，首席教授，国科大岗位教授，中科院大气物理研究所研究员；李勇，主讲教师，中科院大气物理研究所研究员