浅析江河源区生态系统脆弱性研究的科学问题

长江、黄河源区位于青藏高原腹地,是我国气候变化的敏感区和脆弱区,面对全球气候变化以及我国冰冻圈萎缩的压力,明晰基于冰冻圈变化条件下江河源区生态系统脆弱性的科学问题,是长江、黄河流域生态安全保障及社会经济持续发展的客观要求。在分析江河源区范围、江河源区和我国冰冻圈的关系、目前生态系统脆弱性研究的基本特点的基础上,在全球气候变化和冰冻圈变化的复杂背景下,提出并阐述了江河源区生态系统脆弱性研究的5个重要科学问题：（1）脆弱性概念的延伸和拓展;（2）气候系统的非线性作用;（3）脆弱性评价的时空尺度;（4）脆弱性评价的临界阈值;（5）脆弱性评价的界面链接等。     

中国自然生态系统对气候变化的脆弱性评估

生态系统的脆弱性已经成为气候变化影响评估和适应性管理的关键问题。本文介绍和分析了生态系统的脆弱性、敏感性和阈值的概念,中国生态环境的敏感带和脆弱性,脆弱性评估和中国生态系统脆弱分布以及自然生态系统的可持续性和适应减缓对策。自然生态系统对气候变化脆弱性评估仍存在许多问题和不确定性,迫切需要在以下领域开展研究:自主开发新一代气候变化对生态系统影响综合评估模型(特别是双向耦合模型)、加强相关野外长期观测实验、开展适应性与可持续发展示范工程的研究等。     

沙漠化脆弱性的概念与评价

全球变暖背景下,气候变化和人类活动对沙漠化的影响成为可持续发展研究的热点问题.首先,本文基于对脆弱性概念发展的简要回顾,结合气候变化研究中的脆弱性,提出沙漠化脆弱性的概念和理论体系.其次,梳理国内外关于脆弱性评价的文献,依据沙漠化系统的特点阐释了沙漠化脆弱性评价体系、评价内容及评价方法.最后,列举沙漠化脆弱性研究中需要解决的问题,明确中国沙漠化脆弱性评价的未来特点和趋势.     

过去50年气候变化下中国潜在植被NPP的脆弱性评价

借助动态植被模型IBIS,首先模拟了过去50年（1961-2010年）气候变化下中国潜在植被NPP的动态变化,然后采用IPCC第五次评估报告选定的标准气候态时段（1986-2005年）平均气候状态作为“标准年气候”,并将该气候条件下的潜在植被NPP作为评价基准。通过与基准进行比较,计算每一年潜在植被NPP的波动情况,进而评价该年的气候条件是否使潜在植被“不适应”以及“不适应”的程度,最后根据过去50年的“不适应”次数和程度综合判断气候变化下潜在植被NPP的脆弱性。评价结果显示：在过去50年的气候变化下,天山以南的暖温带荒漠生态系统、北方温带草原生态系统以及青藏高原西部的高寒草原生态系统更容易受到气候变化的不利影响,NPP呈现出较高的脆弱性;而大部分以森林为主的生态系统则不容易受到气候变化的影响,NPP脆弱性较低,其中以常绿阔叶林和针叶林为主的生态系统NPP脆弱性更低。此外,天山以北的温带荒漠生态系统以及青藏高原中部和东部的高寒草原草甸生态系统NPP也呈现出较低的脆弱性。     

湿地脆弱性评价研究进展

湿地脆弱性评价是近年来湿地科学及可持续性科学领域的热点和前沿.湿地脆弱性评价研究经历了从湿地脆弱性特征定性评价,到湿地脆弱性定量评价,再到气候变化下湿地脆弱性评价的发展历程.首先,在对湿地脆弱性概念归纳总结的基础上,提出湿地脆弱性是在自然环境和人为压力下湿地退化的程度和可能性.其次,定性介绍了水土流失、水热分配不均、湿地退化等主要脆弱性特征表现;并以脆弱性评价的基本步骤为主线论述了模型法、特征法、综合指数法、EFI评价法、空间分析法等主要研究方法;同时,从不同角度概述了气候变化背景下的湿地脆弱性,总结了湿地水文景观分类法、生物完整性指标法、模型法、空间分析等评价方法.最后,指出湿地脆弱性研究中存在的概念不统一、评价标准不一致、评价指标范围较狭窄、动态研究偏少、定量评价的不确定性等主要问题,提出了完善评价体系、加强动态研究和国内对气候变化下湿地脆弱性的定量研究以及不确定性分析、脆弱性评价与决策管理衔接等湿地脆弱性未来研究的重点.     

区域土地利用变化对生态系统脆弱性影响评估——以广州市花都区为例

本文在分析生态系统脆弱性概念与评价方法基础上,以土地利用变化引起的生态系统服务价值改变为影响力指标,以社会经济发展程度表征社会经济适应能力指标,构建区域土地利用变化对生态系统脆弱性影响评价和和空间表达方法,将生态系统脆弱性研究拓展到人类(社会)—自然(生态、环境)耦合系统的综合分析与评价,以广州市花都区为例,从花都区、乡镇两个空间尺度上进行了评价。结果表明:(1)在1980～1990年、1990～2000年和2000～2005年三个时间段,耕地面积的变化对该区生态系统服务功能影响最为显著;(2)1990～2000年和2000～2005年间,研究区社会经济适应性指数保持为正,两期平均值分别为0.391和0.374;(3)从研究区1990～2000年和2000～2005年两期脆弱性空间分布来看,虽然适应能力的提高在一定程度上缓解了土地利用变化对生态系统的负向影响,但总体呈现脆弱趋势,且脆弱性严重的乡镇数在时间尺度上呈现增加趋势。     

区域土地生产潜力对全球气候变化的响应评价——以中国北方农牧交错带中段为例

由于气候变化的不确定性,尤其由于区域对气候变化响应评价工作直接关系到区域气候变化对策的制定和区域发展,进行针对气候变化的响应研究比气候变化的影响评价研究更具现实意义。气候变化对区域土地利用会产生一系列的影响,这种影响作用下的区域的反应-相应的变化、必要的适应性调整和适应能力-即是对气候变化的响应。以敏感度和适应能力度量的脆弱性作为衡量区域对气候变化响应的指标,增强了不同研究工作的比较性,正在日益为有关学者接受,并在全球开始研究工作。本文对应用脆弱性理论进行区域气候变化响应研究做了有益的探索。选择气候变化的时间、空间变化明显的中国北方农牧业交错带的中段作为研究案例,分别对农牧业土地生产潜力相对气候变化的敏感度和区域对气候变化的适应能力进行了定量和半定量的计算与评价,从这两个方面给出脆弱性的表述作为对研究区域土地生产潜力对全球气候变化的响应评价。     

气候变化、火干扰与生态系统碳循环

 随着全球变暖的日益显著,气候变化及其影响越来越受到广泛关注。火干扰作为森林生态系统碳循环的一个重要组成部分,其干扰过程是对碳的再分配过程,因而对区域乃至全球的碳循环产生重要影响。气候变化、火干扰与生态系统碳循环三者之间存在因果循环关系,正确认识气候变化与火干扰的复杂关系及双向反馈作用,以及火干扰在生态系统碳循环中的作用,这对制定科学合理的火干扰管理策略,提高生态系统管理水平,减少碳排放,促进碳增汇,减缓全球变化速率均有重要意义。从两个方面阐述了气候变化、火干扰与生态系统碳循环之间的交互作用关系：气候变化与火干扰相互影响关系及双向反馈作用,分别从气候变化对火干扰的影响及火干扰对气候变化的影响两个方面阐述了两者之间的相互影响关系;火干扰与森林生态系统碳循环的交互作用,分别从火干扰对森林生态系统碳循环的影响及模型方法在模拟火干扰对森林生态系统碳循环影响中的应用两个方面论述火干扰对森林生态系统碳循环的影响及其定量评价模型方法。目前火干扰直接碳排放的模型方法比较完善,而间接影响碳循环的模型方法并不成熟,许多方法局限于定性描述,因此,应进一步探讨集成实地测量、遥感观测和模型模拟的跨尺度火干扰对碳循环的影响研究,注重尺度的转换问题。最后,提出了气候变暖背景下火干扰管理的路径选择,以及对今后的研究方向进行了展望。     

气候变化情景下中国自然生态系统脆弱性研究

本研究以动态植被模型LPJ 为主要工具,以区域气候模式工具PRECIS 产生的A2、B2和A1B情景气候数据为输入,模拟了未来气候变化下中国自然生态系统的变化状况,应用脆弱性评价模型,评估中国自然生态系统响应未来气候变化的脆弱性。结果表明:未来气候变化情景下中国东部地区脆弱程度呈上升趋势,西部地区呈下降趋势,但总体上,中国自然生态系统的脆弱性格局没有大的变化,仍呈现西高东低、北高南低的特点。受气候变化影响严重的地区是东北和华北地区,而青藏高原区南部和西北干旱区受气候变化影响,脆弱程度明显减轻。气候变化情景下的近期气候变化对我国生态系统的影响不大,但中、远期气候变化对生态系统的负面影响较大,特别是在自然条件相对较好的东部地区,脆弱区面积增加较多。     

青藏高原草地生态系统碳收支研究进展

陆地生态系统碳收支仍然是当前全球气候变化研究的重要内容,青藏高原作为全球气候变化的敏感区,使青藏高原草地生态系统在区域碳收支平衡中占有主导地位,但研究方法等不同使得碳收支估算结果存在很大的不确定性。气候变暖在一定程度上提高了高寒草地生态系统的植被初级生产力和生物量,由此补偿了气候变暖导致的土壤有机碳分解释量,使青藏高原草地植被仍然发挥着碳汇的功能。而人类放牧活动对草地生态系统的影响较为复杂。因此,如何区分气候变化和人类活动对生态系统的影响机制,定量评价未来气候变化和人类活动影响下,青藏高原生态系统碳源/汇格局的可能变化,是一个非常重要的研究方向,也是一个极大的挑战。     

气候变化情景下中国自然生态系统脆弱性研究——一个基于生态地理区域的研究(英文)

Assessment of vulnerability for natural ecosystem to climate change is a hot topic in climate change and ecology, and will support adapting and mitigating climate change. In this study, LPJ model modified according to features of China's natural ecosystems was employed to simulate ecosystem dynamics under A2, B2 and A1B scenarios. Vulnerability of natural ecosystem to climate change was assessed according to the vulnerability assessment model. Based on eco-geographical regions, vulnerability of natural ecosystem to climate change was analyzed. Results suggest that vulnerability for China's natural ecosystems would strengthen in the east and weaken in the west, but the pattern of ecosystem vulnerability would not be altered by climate change, which rises from southeast to northeast gradually. Increase in ecosystem vulnerable degree would mainly concentrate in temperate humid/sub-humid region and warm temperate humid/sub-humid region. Decrease in ecosystem vulnerable degree may emerge in northwestern arid region and Qinghai-Tibet Plateau region. In the near-term scale, natural ecosystem in China would be slightly affected by climate change. However, in mid-term and long-term scales, there would be severely adverse effect, particularly in the east with better water and thermal condition.     

Vulnerability of natural ecosystem in China under regional climate scenarios：An analysis based on eco-geographical regions

Assessment of vulnerability for natural ecosystem to climate change is a hot topic in climate change and ecology,and will support adapting and mitigating climate change. In this study,LPJ model modified according to features of China's natural ecosystems was employed to simulate ecosystem dynamics under A2,B2 and A1B scenarios. Vulnerability of natural ecosystem to climate change was assessed according to the vulnerability assessment model. Based on eco-geographical regions,vulnerability of natural ecosystem to climate change was analyzed. Results suggest that vulnerability for China's natural ecosystems would strengthen in the east and weaken in the west,but the pattern of ecosystem vulnerability would not be altered by climate change,which rises from southeast to northeast gradually. Increase in ecosystem vulnerable degree would mainly concentrate in temperate humid/sub-humid region and warm temperate humid/sub-humid region. Decrease in ecosystem vulnerable degree may emerge in northwestern arid region and Qinghai-Tibet Plateau region. In the near-term scale,natural ecosystem in China would be slightly affected by climate change. However,in mid-term and long-term scales,there would be severely adverse effect,particularly in the east with better water and thermal condition.     

Vulnerability of natural ecosystem in China under regional climate scenarios:An analysis based on eco-geographical regions简

Assessment of vulnerability for natural ecosystem to climate change is a hot topic in climate change and ecology, and will support adapting and mitigating climate change. In this study, LPJ model modified according to features of China＇s natural ecosystems was em- ployed to simulate ecosystem dynamics under A2, B2 and A1B scenarios. Vulnerability of natural ecosystem to climate change was assessed according to the vulnerability assessment model. Based on eco-geographical regions, vulnerability of natural ecosystem to climate change was analyzed. Results suggest that vulnerability for China＇s natural ecosystems would strengthen in the east and weaken in the west, but the pattern of ecosystem vulner- ability would not be altered by climate change, which rises from southeast to northeast gradually. Increase in ecosystem vulnerable degree would mainly concentrate in temperate humid/sub-humid region and warm temperate humid/sub-humid region. Decrease in eco- system vulnerable degree may emerge in northwestern arid region and Qinghai-Tibet Plateau region. In the near-term scale, natural ecosystem in China would be slightly affected by cli- mate change. However, in mid-term and long-term scales, there would be severely adverse effect, particularly in the east with better water and thermal condition.     

评估滨海湿地应对海平面上升的脆弱性的研究范式

滨海湿地是海陆交界的生态过渡带,也是对气候变化极为敏感的、脆弱的生态系统,海平面上升对全球滨海湿地构成了严重威胁。为了精确预测未来海平面加速上升背景下滨海湿地的变化趋势,有必要深入开展滨海湿地应对海平面上升的脆弱性评估研究。概述了评估滨海湿地应对海平面上升的脆弱性的研究范式,评估过程包括4个步骤:确定滨海湿地的高程资本;分析滨海湿地高程相对海平面上升的变化趋势;揭示控制高程变化的地表和地下过程;使用前3个步骤中的数据校准和验证模型,预测未来滨海湿地对海平面上升的响应。相关研究将为应对气候变化的滨海湿地适应性管理提供决策支持。     

中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题

陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。     

全球环境变化对我国区域发展的可能影响评述

随着环境问题的日益突出,全球环境变化的区域响应已成为我国全球变化研究的优先领域和热点问题之一。国内外学者就全球问题与区域问题的结合达成共识:全球性问题的研究需要由区域工作来完成;区域性研究必须体现全球性问题。本文介绍了全球变化对区域发展影响评价的基本方法,特别是IPCC评价报告中采用的区域脆弱性、敏感性评价方法;概述了我国未来50年环境变化的可能情景;从自然生态系统变化、水资源短缺、沙漠化、农业生产等方面评述了全球环境变化对我国区域发展可能影响研究的进展和成果,最后指出了全球变化区域响应研究存在的问题,并对其发展方向作了展望。     

中国陆地生态系统的碳储量及其空间格局(英文)

地球系统的碳库变化和碳循环过程机制是气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策的科学基础,受到科技界和国际社会的广泛关注。从20世纪80年代中后期开始,中国学者就开展了陆地生态系统碳循环研究工作,并且在许多研究领域都取得了可喜的进展。本文在回顾中国的陆地生态系统碳循环研究发展历程基础上,重点评述陆地生态系统的碳储量及其空间格局方面的研究成果,评价有关研究的不确定性以及亟待解决的重要科学问题。分析表明,中国的陆地生态系统碳循环研究经过了陆地生态系统碳循环的前期研究、区域尺度生态系统碳循环综合研究、生态系统碳循环过程对环境变化适应性实验研究,以及生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理研究4个主要发展阶段。大多的研究表明,中国陆地生态系统碳储量及其空间格局是温度和降水控制的。全国土壤、森林和草地植被储存约为97.95 —118.93 Pg C;自20世纪70年代中期以来,我国的植树造林和林业管理、草地保护、农作制度改革和保护性耕作等措施发挥了重要的固碳功能,但是各种方法评估的结果仍然存在较大不确定性。今后的研究重点工作是建立天地空一体化碳储量和碳汇动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国区域生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。