气候变化对陆地生态系统第一性生产力的影响研究综述

气候变化对陆地生态系统第一性生产力（ＮＰＰ）的影响是一个倍受关注的问题,目前从观测、实验和模拟等向个方面在不同层次上对这个问题进行了大量的研究,气候变化对生态系统ＮＰＰ的影响取决于气候各因子及其组合变化的方向,生态系统与当前气候之间的关系,另外还要受养分及其它因子的影响,目前大量存在的ＮＰＰ模型各有段缺点,模拟结果各异但有会聚的趋势,改进观测方法和理论,建立全球共享ＮＰＰ数据库、进行大规模生态系统层次的实验研究和发展生态系统动态模型（ＤＧＶＭ）是未来一段时期研究的重点。     

塔里木盆地盐化草甸植被净初级生产力对全球变化的响应

地带性植被净初级生产力(NPP)的形成除受自身的生物生态学特性制约外,主要决定于环境中热量和水分状况的分配及组合。随着全球变化与陆地生态系统研究的开展,以模型为主要手段预测植被生产力对气候变化响应的研究逐步深入,相继提出了一些利用气候指标或指数估算植被净初级生产力的模型,如Miami模型、Chikugo模型和北京模型等。但利用上述模型无法估算盐化草甸植被等非地带性植被的NPP,因为它们的形成不依赖于大气降水,而主要依靠地下水。由于土壤蒸发能综合反映土壤的水热状况,与NPP的形成关系密切。因此,作者利用以阿维扬诺夫公式计算所得的不同地下水埋深的潜水蒸发与实测的盐化草甸植被净初级生产力数据,拟合了     

川西米亚罗地区岷江冷杉林过去223年森林净初级生产力重建

利用BIOME-BGC模型和树木年轮数据模拟1954~2008年川西米亚罗岷江冷杉林森林净初级生产力(NPP)动态,并构建了相应的NPP线性重建模型(方差解释量为44.8%),最终重建了该地区岷江冷杉林过去223年(1788~2010年)NPP的波动历史。在1788~2010年区间,岷江冷杉林NPP波动于498.66~563.65gC/m~2/a之间,平均值和标准差分别为527.2gC/m~2/a和12.45gC/m~2/a。森林NPP主要上升时期有1788~1811年、1832~1844年、1890~1928年和1969~1993年,NPP主要的下降时期有1812~1831年、1845~1860年、1929~1968年和1994年至今。重建NPP序列与气象数据的相关和响应函数分析发现,夏季至秋季温度是限制森林生长的最为重要的气候要素,另外前一年秋季至初冬温度和春季至初夏的降雨对森林生长也有一定的控制性影响。树木年轮是一种指示森林NPP动态变化的可靠待用材料,可以检验和校正包括BIOME-BGC模型在内的各种生态系统过程模型。     

四川甘孜州2005年-2015年草地长势变化及其影响因素分析CSCD

甘孜州是四川省重要牧场之一,草地变化影响着当地的生态环境和经济发展。这里以植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)为指标评价甘孜州2005年-2015年草地的长势变化,采用综合自然植被净第一性生产力模型和残差分析法定量评估气候和人类活动因素对草地变化的相对贡献,在此基础上分析气候因子和高程与NPP的年际变化及空间分布规律上的相关性。结果表明:(1)研究区2005年-2015年NPP平均为286.6g C/m2,NPP变化具有波动性,草地整体上呈现缓慢退化的趋势;(2)气候、人类活动以及两者综合作用对草地变化的相对贡献率分别为26.5%、61.1%和12.4%,人类活动是草地退化的主要驱动力,气候和人类活动是草地恢复的主导因素;(3)年均温度、日照时数与NPP变化呈正相关,高程、降雨与NPP变化呈负相关,其中年降雨量对NPP年际变化的相对影响最大。     

21世纪北半球中高纬度净初级生产力(NPP)变化及其与气候因子之间的关系

基于CMIP5模式模拟的净初级生产力(NPP), 对21世纪初期(2016-2035年), 中期(2046-2065年)和末期(2080-2099年)三种排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)北半球中高纬度陆地NPP的时空变化进行了预估, 并结合气候因子分析了NPP的变化和气温、降水、辐射之间的关系. 结果表明: 相对于1986-2005年, 21世纪北半球中高纬度陆地NPP呈增加趋势, RCP8.5情景下NPP的增加比RCP2.6和RCP4.5情景下更为明显; 在季节变化上, 北半球中高纬度NPP也以增加为主, 且NPP在夏季, 尤其是6月增加最显著. NPP对气候变化的响应存在明显的区域差异性, 在中低排放情景下(RCP2.6、RCP4.5), 相对于1986-2005年, 21世纪北半球中高纬度地区温度显著影响的范围在逐渐缩小, 而辐射和降水显著影响的范围在扩大. 在高排放情景下(RCP8.5), 21世纪北半球中高纬度地区NPP的变化主要与温度有关.     

基于WRF模式数据和CASA模型的青海湖流域草地NPP估算研究

植被净初级生产力(NPP)是研究陆地碳循环过程的核心内容, 而高海拔区域由于气象观测数据的缺乏造成模型对其估算的不准确.在WRF模式气象数据和SPOT-VEGETATION遥感影像的基础上, 利用CASA模型对青海湖流域2000-2010年的草地NPP进行了估算, 经过实地样方数据和其他模型数据的验证后, 分析了青海湖流域近11 a来草地NPP的空间分布格局和时间变化特征.结果表明: 1)在气象观测资料缺乏的青海湖流域, WRF模式的气象数据能较好地应用到模型中, CASA模型对该区域草地NPP的模拟精度较高; 2)2000-2010年青海湖流域草地年均NPP为2.71×10¹²gC·a^-1, 单位面积草地NPP为145.71 gC·m^-2·a^-1; 空间分布上呈现出由东南向西北随着海拔升高逐渐下降的格局, 在海拔3 200~3 500 m的区域草地单位面积的NPP达到最大; 3)2000-2010年青海湖流域草地NPP年际变化明显, 近11 a呈现出明显的增加趋势, 增加区域主要分布在环湖地区; 年内季节变化显著, 夏季NPP占到全年的57.36%; 4)对NPP和气象站点太阳辐射、 气温、 降水数据进行相关性分析, 发现影响青海湖流域草地NPP变化的主要驱动力是气温.     

利用反向法评价气候变化下的水资源系统风险

目前多数研究直接将大气环流模式(GCM)获得的气候要素输入水文模型或者系统动力学模型评价气候变化所引起的风险,而忽视了一些重要统计要素的实际影响。针对目前研究存在的问题,利用随机模型产生大量模拟数据并输入到关于水资源系统的系统动力模型,通过评价指数和模拟数据间的统计关系建立"气候响应模型",最终利用多种大气环流模式来进行风险评价。通过A2气候变化情景下36种GCM对美国麻州Quabbin水库未来两个时段2036—2065年和2066—2095年由气候变化引起的风险进行评价。结果表明,在1950—1999年流域净流量年际方差100%～140%范围内,2036—2065年的风险为0.25～0.30,2066—2095年的风险为0.30～0.45。     

基于CASA模型的2005—2019年云南断陷盆地NPP时空变化研究

净初级生产力(NPP)是研究生态系统中物质和能量流动的基础,NPP的空间分布与区域植被生长状况、地形、气候等因素息息相关,其变化可以反映一个地区生态环境质量状况.岩溶断陷盆地是新生代断裂活动及溶蚀作用共同形成的山间盆地的一种类型,由于其地形复杂、气候反差大且土地抗干扰能力差,石漠化现象极为严重且治理难度大.断陷盆地主要分布在云南东部、四川攀枝花西昌及贵州西部,经过近年来石漠化治理、陡坡地生态治理等为代表的生态环境建设综合治理工作,生态文明建设成效显著,为了进一步探究NPP对生态环境变化的响应,研究了云南省断陷盆地所在县域NPP时空变化情况,利用MODIS影像数据和CASA模型估算了其2005、2010、2015、2019年的NPP值并利用GIS进行分析.结果显示:从时间尺度来看,2005—2019年间云南省断陷盆地NPP平均水平呈现先下降后上升再下降的趋势.从空间上来看,NPP平均值自东向西、自南向北递减.东部、南部地区如师宗县、丘北县、马关县等NPP平均值较高,而西、北部昆明西山区、昆明盘龙区、澄江县、呈贡县等NPP平均值较低,不同地区间差异较大.结合石漠化治理情况来看,石漠化面积变化显著的地区NPP变化也较大,NPP均值在石漠化变化率下降较大的地区有明显升高.NPP的动态变化,说明了云南省断陷盆地近年植被有所恢复、石漠化治理工程取得了一定成效,但仍不够稳定,生态治理仍将是一项长期工程.     

气候自然变异在气候变化对水资源影响 评价中的贡献分析——Ⅰ.基准期的模型与方法

基于气候变化影响的水资源评价对水资源规划和管理具有重要意义,随着全球气候变化影响的加剧,这一研究显得越来越紧迫。在目前的气候变化研究中,很少考虑气候自然波动的影响(气候自然变异),常将所有的变化单独归因于气候变化的影响,这在气候变化的影响评价中可能导致错误的理解与判断。气候自然变异分析由于缺乏超长系列的数据资料而长期被人为避开。针对这一问题,本研究提出模型方法体系,通过历史基准期的长系列模拟来分析气候自然变异的影响。选取常用的1961~1990年水文系列作为基准期,提出一种基于拉丁超立方体抽样技术的季节分段抽样模拟方法,实现对气候自然变异的模拟。应用水文模型TOPMODEL对基准期的径流系列进行模拟,基于不确定性分析GLUE方法对基准期内水文模型参数不确定性进行分析,并探讨了气候自然变异的影响。研究结果表明,在气候变化影响评价中,气候自然变异的影响不可忽略,应在气候变化的影响中加以区分和界定。     

气候自然变异在气候变化对水资源影响 评价中的贡献分析——Ⅱ.未来期应用分析

基于模型率定期(基准期)气候自然变异的模拟方法及气候自然变异引起的径流变化的可能情况分析,此部分研究未来期(2021~2051年,2061~2091年)气候变化下径流变化情况及气候自然变异的影响。基于CSIRO、NCAR、MPI三种气候模式及A1B、A2、B1三种排放方式共7种未来气候情景,应用和基准期相同的水文模型和研究流域,引入基准期模型率定出的参数,考虑气候自然变异的影响,对未来气候变化对水资源的影响进行分析。为消除气候模式本身的系统误差,采用δ差值方法得到各模式各排放情景下的未来气候情景。该项研究主要说明如何在气候变化的影响评价中将气候自然变异的贡献分离出来,从而实现更客观的气候变化的影响评价。研究结果表明,气候变异的影响在整个气候变化进程中的贡献随时间的推移将有所不同。未来2021~2051年期间,气候自然变异的影响相对较大;未来2061~2091年期间,由温室气体引起的气候变化的影响占主导。     

中国陆地生态系统近 2 0年碳空间动态的初步研究(英文)

陆地生态系统的净生产力 (NEP)是生态系统净初级生产力 (NPP)和异氧呼吸 (Rh)之差。在全球尺度上 ,反映NPP和Rh之差的NEP直接揭示陆地生态系统与大气系统之间的二氧化碳交换 ,即碳平衡 ,因此 ,意义重大。文章简短回顾了关于中国陆地生态系统碳平衡的研究状况。由于植物根部呼吸很难从土壤表面总二氧化碳 (CO2 )通量中分开 ,因此直接从野外测量土壤异氧呼吸几乎是不可能的。虽然由于像诸如火灾、森林砍伐、土地利用变化及气候和大气变化等干扰因素 ,全球陆地生态系统很大程度上处于非平衡态 ,利用生态系统在平衡态时NPP等于Rh这一事实 ,我们估算了全球和中国森林生态系统的土壤异氧呼吸。利用遥感和地面的NPP观测数据 ,我们也估算了中国森林生态系统逐月的净生产力 (1982— 1998)。NPP的估算主要采用NOAA卫星AVHRR 8km的NDVI数据 ,结合地面气候数据完成。土壤呼吸是通过地面观测数据与温度和降水的关系得到的。在此基础上我们得到了中国陆地生态系统在过去近 2 0年中碳的动态变化 ,并给出了初步结果。     

风蚀对中国北方脆弱生态系统碳循环的影响

风蚀是中国北方脆弱生态系统土壤质量退化和沙漠化的关键因素。文章基于土壤剖面普查和土壤侵蚀遥感调查数据,计算出风蚀土壤有机碳的侵蚀量和空间分布,并与风蚀区的净第一性生产力(NPP)比较。结果发现土壤风蚀区的一个显著特征是表层土壤有机质含量较小,并且随着土壤风蚀强度的增加,相应的表层土壤平均有机质含量和NPP基本上逐渐减小,而相应的土壤有机碳的侵蚀量却明显增大。在中国北方严重风蚀的脆弱生态区,土壤有机碳的侵蚀量超过了NPP,风蚀影响了生态系统的正常碳循环。     

基于遥感技术的生态系统服务价值动态评估模型研究

以甘肃省草地生态系统为例,利用多学科的知识综合发展了一个针对生态系统服务价值评估的动态模型,提出了一种适宜于地区性评估技术的单位价值计算方法,并构建以生物量比值系数以及货币变化指数为调节因子的动态监测模型结构.选择建立在植被机理基础上的CASA模型,模拟植被所吸收的光合有效辐射、植被层对入射光合有效辐射等,利用遥感技术反演了甘肃省年际植被净初级生产力NPP,并进行了验证.根据建立的动态模型分别评估了1999年和2002年甘肃省草地生态系统服务价值.结果表明:1985年甘肃省草地生态系统服务价值为283.6×10⁸元,1999年为1 403.7×10⁸元,2002达到1 308.6×10⁸元,全省草地生态系统服务价值呈现逐步增加的趋势.生态系统服务价值存在地域性特征并随时间而变化,目前的生态系统服务价值评估研究存在着众多不确定因素,进一步加快定量化研究深度,同时寻找有效的验证方法将是未来生态学乃至其它相关学科研究的重要主题之一.     

2000-2014年人类活动对贵州省植被净初级生产力的影响

利用MODIS实际净初级生产力数据与CASA模型估算得到的潜在净初级生产力,建立贵州省2000-2014年人类活动相对贡献指数(RCI),并依据各县喀斯特地貌面积和等级比例探究其年际变化及空间分布特征,再通过相关分析辨析选定的人类活动因子对其的影响。结果表明:(1)贵州省RCI均小于-0.5,人类活动促进了植被净初级生产力的增加,以2007年为转折点,影响程度先增强后减弱;(2)贵州省东北部、中部及西部地区的RCI多大于0,人类活动对生态环境有负面干扰作用;东南部及北部边缘地带的RCI多小于-1,人类活动的正面影响较强;(3)贵州省中部、北部大部分地区的RCI缓慢下降,人类活动对植被的正面影响增强;东南部部分区域的RCI由负转正,人类活动负面干扰作用增强;西南边界地区的RCI呈上升趋势却仍为负值,人类干预程度呈减弱趋势;(4)贵州省农业活动在人类活动的负面影响中有重要作用;城镇化与经济发展对生态环境既有正面影响,也有不可避免的负面干扰。     

海洋沉积物中的动物多样性及其生态系统功能

海洋沉积物中的动物群是海洋生态系统中的重要组成部分,其多样性对地球生命支持系统至关重要。从海洋沉积物生境、沉积物中的动物类群、个体大小、食性、生态系统功能等方面探讨了海洋沉积物中的动物多样性现状,讨论了沉积物动物多样性在生态系统过程中的重要作用。海洋沉积物环境多种多样,为沉积物动物多样性提供了基础。在海洋沉积物中,动物的类群繁多、物种多样性极高,不仅形态差别很大,食性丰富多样,而且分化出多种多样的功能群。海洋沉积物动物群参与全球物质的循环和污染物的代谢、转化、迁移,在生态系统能流过程及沉积物移动和稳定性方面也起着重要的作用。最后,提出了研究和保护海洋沉积物动物多样性的若干建议。     

鄱阳湖水质污染对湿地生态系统生态功能的影响

湿她内部生物、物理、化学组份之间的相互作用过程,推动湿地的形成和发育,是其生态结构和生态功能的物质基础。水是鄱阳湖湖泊及其湿地的主体要素之一,各种形式的水是参与湿地生态过程的主体成分．贯穿融于生态形成和系统运作的生物、物理、化学过程的每一个环节,湖泊水质的变化直接影响着湿地的生态过程,影响水域生态系统、湖滩草洲生态系统、农牧与生态系统食物链和食物网的质量．所以水质变化及污染是湿地生态功能衰退研究的核心内容之一。     

ENSO年代际变化对全球陆地生态系统碳通量的影响

使用动态植被陆面模式AVIM2,以NCEP (National Centers for Environmental Prediction)再分析气象资料作为大气强迫场,模拟了1953-2004年全球陆地生态系统净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP) 的空间分布及时间变化特征。结果得到,1953-2004年陆地生态系统NPP和NEP全球总量52 a的C平均值分别为65 Pg/a和1.2 Pg/a,NPP呈明显的上升趋势,而NEP的上升趋势不明显。虽然NPP和NEP的年代际增长趋势不同,但是在20世纪70年代中期,NPP和NEP的年代际变化都出现了一个明显的突变,突变点后的增长趋势都没有之前的增长趋势高。这是由于太平洋的年代际振荡(PDO)冷暖位相影响了厄尔尼诺与南方涛动（El Nin~o Southern Oscillation,ENSO)的年代际变化,对NPP和NEP的年代际变化也产生了重要的影响。1976年以前PDO处于冷位相年,增加了ENSO冷位相的强度和频率,使热带地区的气候偏凉爽湿润,从而利于NPP和NEP趋势增长,而1976年以后PDO进入暖位相年,El Nin~o发生频繁,赤道地区多为干热的气候异常,会降低NPP和NEP的增长趋势。     

海洋生物地球化学模式研究进展

海洋生物地球化学模式是定量认识物质的海洋生物地球化学循环、理解其控制机制以及预测体系变动的重要手段。20世纪90年代以来,该研究领域的进展主要体现在海洋生物地球化学循环的物理输送和生态动力学过程以及年际、年代际变动的模拟3个方面。物理过程模拟方面的进展,集中在寡营养海区上层海水营养盐的供应机制问题上,在经典的上升流、垂直扩散之外,提出涡旋可能构成一种重要的物理输入过程。而生态动力学过程的模拟方面,90年代前期考虑食物网基本结构,由浮游植物、浮游动物和细菌三大类群构成生物状态变量,氮和磷营养盐以及颗粒碎屑构成其他状态变量;90年代后期,开始引入铁和硅的限制问题,考虑不同浮游植物和浮游动物群落结构的影响,特别是浮游植物粒级结构变化的预测可能是未来该领域力图解决的一个技术问题。年际变化的模拟,多围绕ENSO事件对初级生产的影响及其机制问题展开;年代际和地质年代尺度的体系变动问题仍存在争论,相对缺乏有效的数值模拟研究。该研究领域未来应加强生物—化学过程的函数表达、物理模式、中尺度过程、边界交换以及资料获取技术等方面的研究,以应对目前面临的诸多问题与挑战。     

海洋生态预报的复杂性与研究方法的讨论

海洋生态动态预报预测研究已经成为海洋科学乃至地球系统科学领域中的热点问题。比较深入地分析了海洋生态预报的复杂性、不确定性和实况监测资料严重不足等问题,为促进海洋生态预报研究的快速发展,借鉴中期数值天气预报的一些有效方法,提出以下建议：①加深理解海洋生态系统的非线性动力学特征,深入开展随机-动力耦合的海洋生态系统模型研究;②加强海洋生态集合（ensemble）预报和综合预报方法研究;③大力促进卫星遥感信息的海洋生态应用研究,加强资料同化研究和反问题研究方法的应用,努力发掘各种信息资料的预报应用。