气候变化对地表水环境的影响研究与展望

全球气候变暖引起水资源量和时空上的分布变化,进一步将影响着地表水环境,改变着河流湖泊的水质和环境情势.大多数关于气候变化对水的影响研究主要集中在气候变化对水量的影响方面,对水环境影响方面的定量研究相对较少.基于目前关于气候变化和水环境国内外现有的研究成果,本文主要讨论了气候变化(温度和极端水文事件)对河道、湖泊等水体水质的带来的可能影响,总结了目前的一些研究和采用的方法主要包括经验统计和模型模拟.在此基础上,提出了气候变化和水环境影响研究方面的展望.     

Budyko框架下黄河流域蒸散发时空变化影响因素研究

蒸散发是水循环过程中的重要环节,研究蒸散发时空变化影响因素,有利于认识区域水资源的时空分异规律。黄河流域地处干旱半干旱地区,水资源短缺且时空分布不均,水问题突出。在黄河流域分析蒸散发对变化环境的响应,揭示气候变化、植被季节性和物候变化的水文水资源效应,对地区水资源可持续发展和规划管理等具有重要的理论意义和现实意义。基于多元自适应回归样条(MARS)非参数模型,采用黄河流域内30个子流域的全球监测与模型研究组(GIMMS)制作的第三代归一化植被指数(NDVI_3g)数据集、气象数据、土壤数据、土地利用/覆盖数据以及地形地貌数据,在Budyko框架下分析了水热耦合控制参数■与环境变量因子的关联性,探讨了变化环境对流域蒸散发的影响机制。结果表明：(1)流域水平衡关系的空间变异与流域水热耦合季节性、地形地貌空间变异性、降水的季节性特征(平均暴雨深度和降水变异系数)显著相关。(2)年际尺度上：流域水热的不同步性是影响流域水平衡年际分异最重要的气候季节性指数,水热的不同步性增大,流域的蒸散比减小,产流增加;降水越集中、年内变异程度越高、降水的季节性越明显,流域蒸散比越小;植被的...     

土地利用结构与生态过程

本文从土地利用与土壤水分、土地利用与土壤养分、土地利用与水土流失3个方面系统讨论了土地利用结构与生态过程研究的现状和特征,指出:1)土地利用结构对土壤水分的影响涉及生态系统、坡面、小流域和区域等系列尺度,土地利用的分布及景观特点影响土壤水分的时空变异;2)土地利用对土壤养分的影响表现在土地利用的镶嵌格局影响土壤养分的分布和迁移,土地利用的变化可以引起土壤养分的变化;3)土地利用与水土流失关系密切,土地利用的改变能够减少或增加径流和土壤侵蚀.尺度不同,土地利用与水土流失的机制也不尽相同.土地利用结构与生态过程的研究,还需要注重大尺度和多尺度上的综合研究.     

全球变化与区域可持续发展耦合模型及调控对策

全球气候变化和土地利用/覆盖变化已经导致许多地区水资源短缺、生态系统服务退化和巨灾风险增加等一系列生态环境问题。如何有效地应对气候变化风险,促进全球和区域的可持续发展,是当前全球变化研究中的一个重要论题。国家重点基础研究发展计划项目"全球变化与区域可持续发展耦合模型及调控对策(2014CB954300)"以可持续性科学为主要依据,以有序人类活动理念为指导思想,以实地观测、模型模拟和情景分析为主要手段,揭示气候变化和人类活动的定量关系,评估气候变化条件下人类活动对区域生态系统服务和人类福祉的影响,建立气候变化—有序人类活动—区域可持续发展耦合模型,提出景观及区域尺度上人类适应全球变化的综合策略。该研究项目将有助于发展和完善景观可持续性科学,促进我国半干旱地区主动适应全球气候变化的土地系统设计的理论和实践。     

中国土地利用/覆盖变化及其气候效应的研究综述

人类活动引起的土地利用/覆盖变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)是重要的外强迫之一,但是LUCC对全球及区域气候影响的研究仍然薄弱,至今无法对LUCC的气候效应问题做出系统的评估。研究针对人类活动比较剧烈的中国区域问题,首先回顾了近几十年来中国LUCC的特征,接着从观测和数值模拟2个方面系统地讨论了过去LUCC的研究成果,主要针对LUCC通过生物地球物理过程影响区域气候的工作,总结和归纳了LUCC对中国区域气候的影响问题,进而探讨了LUCC在未来气候变化中可能扮演的角色、亟待解决的问题,以及国内外在这方面的研究动态和未来发展方向。     

生态水文科学研究的现状与展望

生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域 ,其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理 ,探索各种植被的生态水文作用过程。近年来 ,生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域 ,同时 ,生态水文学的研究十分注重尺度效应 ,把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所 ,开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究 ,是生态水文学研究最具活力的方向 ,其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型 ,并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。     

全球变化的生态系统适应性

全球变化的适应性研究已经成为全球变化研究的重点,亦是制定全球变化适应对策的关键。基于全球变化的定义,从生态系统对全球变化适应的4个方面：①对大气CO2浓度变化的适应性;②对气候变化的适应性;③对CO2浓度与气候变化协同作用的适应性;④对人为干扰的适应性,综述了当前的研究成果,进而提出了未来关于全球变化的生态系统适应性研究需要重视的方面,尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。     

2000—2020年祁连山冻土区植被水分利用效率变化特征及其对干旱的响应

冻土是冰冻圈要素的重要组成部分,是气候变化最敏感的区域之一,冻土环境变化引起水热条件差异是引发植被生态系统能量交换、水循环和碳循环的重要因素。水分利用效率(WUE)是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对冻土退化的调整和适应策略。本研究基于MODIS的植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)产品,估算并分析了2000—2020年祁连山多年冻土与季节冻土区植被GPP/ET/WUE空间变化特征,并结合自适应帕尔默干旱指数(scPDSI),研究了多年冻土区与季节冻土区植被WUE对干旱的响应。结果表明：2000—2020年祁连山地区植被WUE、GPP和ET的平均值分别为0.56 gC·m^-2·mm^-1,307.79 gC·m^-2和443.02 mm,三者空间分布特征均为东南高、西北低;WUE高于0.8 gC·m^-2·mm^-1的植被主要分布在季节冻土区,WUE低于0.4 gC·m^-2·mm^-1的植被主要分布在多年冻土区。近...     

生态水文科学古人的现状与展望

生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域，其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理，探索各种植被的生态水文作用过程。近年来，生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域，同时，生态水文学的研究十分注重尺度效应，把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所，开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究，是生态水文学研究最具活力的方向，其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型，并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。     

中国草地碳收支研究与展望

如何提高生物圈固定大气CO2的能力是减缓气候变化的重要主题.中国草地面积约400×106hm2,占世界草地面积的12.5%,在吸收和固定大气CO2中具有重要作用.文章就气候变化和人类活动对草地碳收支的影响以及区域和国家尺度草地碳收支变化的研究进展进行了评述,提出未来中国草地碳收支研究应重点关注3个方面: 气候变化和人为干预对草地碳收支影响的驱动机制; 中国草地碳收支变化的时空特征与固碳潜力; 草地生态系统碳收支模型的开发.     

土地利用变化对全球气候影响的研究进展与方法初探

综合分析了土地利用与土地覆盖变化（LUCC）对全球气候影响研究的重要科学问题和国内外研究现状,在此基础上,考虑各学科的相互交叉、渗透和耦合等特点,提出并初步设计了土地利用变化对全球气候影响研究的星地一体化LUCC—气候—生态系统耦合研究技术方法体系,并就土地利用变化对全球气候影响的LUCC演变规律及动力学机制、LUCC...     

陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究

陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心，也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题，是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势，陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上，提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路，阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。     

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

全球变化下土壤功能演变的响应和反馈

土壤过程是陆地生态系统过程的重要组成部分,对全球变化有响应和反馈作用。概述了国内外全球变化下的土壤功能演变过程的研究进展。样带的生态学对比结合长期试验的联网研究成为区域尺度的重要研究方法,同时广泛应用稳定性碳氮同位素分析和区域模型方法,对土壤碳氮循环的人文和自然元素综合驱动进行定量研究。未来对全球变化下土壤过程的研究重点是集成社会经济和生物物理过程的研究,加强土地利用变化驱动的定量描述,综合研究土壤碳氮循环和水循环交互作用,建立区域尺度的土壤碳氮循环模型,预测全球变化下土壤功能的演变和反馈,提出调控策略和措施。     

陆地生态系统与气候相互作用的研究进展

陆地生态系统与气候系统通过地面与大气之间能量平衡、水汽交换和生物地球化学循环相互作用,影响大气中温室气体浓度和气溶胶,继而影响气候变化。较系统分析总结了当代国际上陆地生态系统与气候相互作用的最新研究进展。首先介绍了陆地生态系统与气候相互作用的机制与过程,总结了陆地生态系统与气候相互作用研究的三个发展阶段,以及当代相互作用的过程模拟研究中三类主要的全球生态系统模型,即生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型。并介绍了气候对生态系统变化的响应,即两种主要的反馈机制。最后,对未来的研究方向和重点作了分析。     

土地利用对岩溶作用碳汇的影响研究综述

耦合水生光合作用的岩溶作用碳汇新模式的提出使得碳酸盐岩的风化过程成为寻找“陆地剩余碳汇”(residual land sink) 的新方向。传统意义上,碳酸盐岩风化在全球碳循环模型中被认为是未快速响应地表环境变化的地质过程,然而最新一系列研究表明人类土地利用显著改变了这一地质循环过程。文章总结了岩溶作用碳汇对不同土地利用/覆被变化的具体响应,并对其机理进行了系统分析。发现土地利用与覆被变化影响岩溶作用碳循环过程主要源自土壤CO2浓度和径流量变化以及外源酸（硝酸和硫酸）的介入。证据显示在土地利用对岩溶作用碳汇的调控中土壤CO2浓度与径流量是复杂且相互制约的两个机制,人类活动产生的外源酸干扰在不同层面上的影响也不同。由于地表水生生态系统所产生的内源有机碳（AOC）的巨大稳碳能力(水生碳泵效应)在以往的研究中并没有与碳酸盐岩风化过程相联系,因而其对土地利用变化的响应过程和机理是岩溶碳循环研究的最新方向。基于土地利用调控碳酸盐岩风化过程的复杂性和多样性特点,综合考虑岩溶作用产生的DIC(溶解无机碳)与AOC在不同土地利用情况下的相互关系以及定量分析各环境因素的具体效应成为了合理制定人为土地利用调控策略的必要前提,也是岩溶作用碳汇研究的未来发展方向。      

全球气候变化对森林生态系统影响的研究(述评)

由于大气中二氧化碳等温室气体浓度的急剧增加,全球气候正呈现变暖多雨的趋势。全球气候变化对森林生态系统影响的研究是现代森林生态学的一个重要发展方向。本文综述了全球气候变化对森林生态系统影响研究的目的、内容和主要方法。全球气候变化将不同程度地影响森林生态系统分布、组成、结构、功能和生产力,同时也将影响生物多样性。森林生态系统的长期定位监测、实验生态学和生态系统的计算机建模是开展全球气候变化对森林生态系统影响研究的主要方法。最后简要探讨了全球气候变化对我国森林生态系统影响研究的现状及存在的问题。     

全球变化与人类活动的相互作用--我国下阶段全球变化研究工作的重点

全球环境变化与可持续发展是当今人类社会面临的两大重要挑战。IGBPⅡ在探索地球系统变化规律的同时,力图将全球变化与可持续发展更紧密地结合,为人类社会的可持续发展提供科学背景和依据。根据国际全球变化研究发展的动向与我国的具体情况,今后我国全球变化与人类活动相互作用研究的重点应放在那些兼备显著区域特色和国际影响力的重大科学问题上。其中值得着重解决的10个科学问题包括：水循环与水问题、人类活动与区域碳循环过程、季风亚洲的人类活动与气候集成、土地利用/土地覆盖变化与陆地生态系统变化、人类活动与大气气溶胶、边缘海及海陆过渡带与人类活动、全球变化的影响与适应性、过去环境变化与中华文明、建设全面小康社会与温室气体减排国际谈判的科学支持、全球变化与人类活动相互作用研究基础信息平台建设。     

全球变化下地表反照率研究进展

地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力,决定着地表与大气之间辐射能量的分配过程,是影响地球气候系统的关键变量。在全球变化日益突出的今天,地表反照率与全球变化的相互影响机制已经成为地球科学研究领域的热点问题之一。地表反照率的细微变化,会影响到地气系统的能量收支平衡,进而引起区域以至全球气候变化。详细介绍地表反照率影响...     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型（DTVGM-CASACNP）及应用元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化（LUCC）及CO₂浓度升高对径流的影响。研究结果表明: DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO₂浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。