基于空间化技术对中国近50年平均气温时空演变特征的研究

结合GIS空间化技术,对中国近50年平均气温数据进行定量化的分析,并分析其时空演变规律。采用空间化气候值 年际距平空间插值法生成中国1951—2001年分辨率为10 km×10 km的年、季平均气温空间化数据,通过对近50年空间化数据的分析,认为近50年中,年、季的全国平均气温都表现出显著增温趋势,冬季增幅最大,为0.313℃/10a,夏季增幅最小,为0.152℃/10a,年平均气温增幅为0.208℃/10a。1980年代中期以后增温趋势更加明显。从空间分布看,我国西南地区及西藏东南部和新疆西天山中段在不同季节都是主要的降温区域,而北方大部和西藏中西部地区在不同季节都表现为较强的增温趋势,我国东南地区在不同季节温度变化并不稳定,增温或降温的幅度都很小。暖冬事件在北方发生比较频繁,四川及云南部分地区较少,全国发生面积呈逐渐增大的趋势,增幅为国土面积的8.6%/10a。冷夏在新疆南部、西藏西北部和东南部以及江淮一带发生次数较多,辽宁南部、新疆沙漠地区、西藏中部、青海东部、四川大部分地区以及长江以南广大地区最少。全国发生冷夏的面积不断减小,50年平均减幅约为国土面积的5.8%/10a。     

西双版纳勐仑地区降雨特征及变化趋势分析

为分析我国内陆热带地区的降雨特征及变化规律,利用中国科学院西双版纳热带森林生态系统定位研究站（西双版纳,勐仑）12年（1992-2003年）的雨量观测资料,对勐仑地区的降雨特征及趋势进行了分析。结果表明,勐仑地区1992～2003年间多年平均降雨量为1555．1min,干、雨季分别占全年降雨量的15．8％和84．2％;降雨量在各月的分配为典型的单峰型曲线;昼、夜雨量相当,干季夜雨量略占优势,而降雨量较大的6、7月份则昼雨更占优势,6-8月的14-18时为全年降雨量的高值中心;年平均雨日为147d,雷暴日为96d;降雨强度分布的季节差异较大,干季以小强度降雨为主,而大雨基本集中在雨季,〈25 mm／d的中小型降雨占了全年总雨日的91％。从12年的变化趋势来看,年、干季和雨季的降雨量、雨日及夜雨量都呈现不同程度的上升趋势,而昼雨量趋于平稳;除干季外,年、雨季的雷暴日都有所下降。可以认为,西双版纳地区降雨既有热带季风气候的特征,也有其自身的特点,由此带来的森林水文生态效应值得探讨。     

全球森林固碳潜力巨大(英文)

森林是重要的陆地生态系统碳汇。1990–2007年间全球森林平均每年从大气中吸收固定2.4±0.4PgC,但对全球森林未来固碳量的评价多是基于气候因素的过程模型的模拟结果,很少有基于森林调查样地数据评价全球森林固碳潜力的研究。我们收集整理野外调查和已发表的成熟林生物量数据728条,建立全球成熟林生物量数据库。根据成熟林地上生物量碳储量空间插值,得到全球森林地上生物量碳容量,进而评估全球森林地上生物量的固碳潜力。结果显示:(1)全球成熟林地上生物量自赤道向两极整体呈递减趋势,但最大值出现在中纬度区;(2)气温和降水是影响成熟林地上生物量的重要因素;(3)全球森林地上生物量碳容量约为586.2±49.3PgC,其地上生物量固碳潜力为313.4PgC。因此,充分发挥现有森林的碳吸存能力,减少对现有森林碳库的干扰,是土地利用变化之外减缓温室气体排放的又一可选途径。     

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。     

碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用

碳在土壤中的储量和存储时间是陆地生态系统碳库中最大和最长的,而土地利用方式会影响到土壤碳储量及其循环周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成为一个碳汇。土壤储存碳的过程就是土壤有机碳动态平衡的变化,因此认识土壤有机碳的动态变化是揭示土壤碳循环过程及其调控机制的重要方面。首先介绍了碳的一种稳定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生态系统长期动态过程的重建(如C3/C4植被的历史格局)、土壤有机碳周转周期等方面的应用,探讨了同位素示踪技术在土壤有机碳来源、周转周期、土壤CO2通量的变化和组分区分、同位素富集等研究领域的应用,归纳了土壤碳循环研究中的基本问题,提出了未来土壤碳循环同位素示踪的主要研究方向。     

区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性

定量评估区域和不同类型生态系统的碳收支,可以为科学预测气候变化、服务于减缓和适应气候变化的区域碳管理提供科学依据,是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题.虽然区域碳收支的定量评估和认证还很难用当前的各种直接观测和评估方法来精确实现,但是,近年来这方面做了很多研究工作,也取得了一定进展.为此,本文综述了陆地生态系统碳...     

区域尺度陆地生态系统碳增汇途径及其可行性分析

如何实现区域陆地生态系统碳增汇（carbon sequestration）、如何科学地评估/认证其碳汇效应,目前仍是一个颇具争议的科学问题。本文探讨了区域陆地生态系统碳增汇途径,并对现阶段中国陆地生态系统主要人为管理措施的碳汇效应进行了定性评价。从技术和经济可行性看,许多人为管理措施均具有较明显的碳汇效应;但在确定技术或经济投入规模时,应充分考虑特定人为管理措施下生态系统碳增汇的特征曲线,合理地控制投入,实现人为管理措施碳增汇效应最优化。此外,基于定性评价结果,本文分别针对森林、草地、农田和湿地生态系统提出了行之有效的碳汇管理措施。建议相关科学家围绕这些已较大面积推广的管理措施,深入研究其碳收支过程及其机理,尽快提出科学的、可验证的碳增汇认证方法,为科学地评估中国陆地生态系统碳汇功能提供理论依据。     

中国区域土壤水蚀碳量空间分布及其时间动态

本文利用三次全国土壤侵蚀遥感普查数据和第二次土壤普查土壤有机碳和无机碳密度数据,分析了我国土壤水蚀碳量的空间分布及其时间动态。研究结果表明：我国土壤水蚀碳量为74.61Tg C y^-1,其中有机碳量51.49Tg C y^-1,无机碳量23.12Tg C y^-1。在七大水土流失区中,水蚀有机碳量最多的是西南岩溶区,占总水蚀有机碳量的26.48%;水蚀无机碳量最多的是黄土高原区,占总水蚀无机碳量的67.62%。前者以中度水蚀为主,后者以极强度和强度水蚀为主。80年代中期至90年代中期,我国土壤水蚀碳量共减少了11.66Tg C y^-1,以有机碳迁移量减少为主,占总减少量的81.93%;90年代中期至21世纪初,土壤水蚀碳量依然呈下降趋势,共减少了1.65Tg C y^-1,其中,有机碳迁移量减少了1.514Tg C y^-1,无机碳迁移量减少了0.134Tg C y^-1。     

基于数字相机图像的长白山森林物候模拟

植被物候作为全球植被和陆面过程模型的重要参数,对其状态的准确描述在很大程度上决定着模型的模拟精度。温带森林作为北半球中高纬度地区主要植被类型及全球重要碳源,研究其物候期的变化将提高对区域碳通量的估算精度。本文以长白山阔叶红松林为研究对象,探讨了数字相机图像在物种尺度物候模拟及群落尺度物候模型改进方面的作用,结果如下：（1）物种尺度上,利用数字相机能获取两种植被（红松,蒙古栎）较为准确的物候期（与人工观测数据比较,绝对误差〈3d）;（2）群落尺度上,基于数字相机图像获取的冠层状态数据提高了基于气象数据的物候模型（GSI：growingseasonindex）的模拟精度（R2=0．9）,尤其是秋季物候模拟,为进一步分析群落物候的环境控制因子提供了有力手段。研究表明：数字相机不仅能够提供精确地基于物种尺度的物候数据,还可为遥感物候数据的校正提供参考,同时为生态模型中物候模块的改进及降低区域尺度碳通量模拟不确定性提供了新的思路。     

生态系统观测研究网络在地球系统科学 中的作用

地球系统科学是以地球系统为研究对象, 重点研究各圈层、各要素以及自然和人为现象 之间相互作用关系的科学, 是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。 地球系统科学概念的提出是为了解决全球性的资源和环境问题的需要, 是地球科学向综合集成 方向转变的重要阶段。目前在地球系统科学思想的指导下, 在全球规模上已经组织了一系列重要 国际联合研究计划, 企图组织全球的科学家协作推动地球科学的发展。地球系统科学发展离不开 对地球系统要素和圈层的物理、化学和生物过程的综合观测工作的支持。自20 世纪80 年代以 来, 一些国家、国际组织和国际合作项目都纷纷建立了国家、区域甚至全球尺度的观测、监测和信 息共享网络。国际长期生态研究网络(ILTER) 自20 世纪80 年代开始建设, 其目的是对生态过程 进行长期的监测, 研究各种生态因子的相互作用及生态过程, 从而揭示出生态系统和环境的长期 变化, 为生态系统评价及管理提供科学依据。 中国生态系统研究网络(CERN) 始建于1988 年, 在中国生态系统动态观测、科学研究和试验 示范方面发挥了重要作用, 2005 年在CERN 的基础上, 由国家科技部组织开始建立中国国家生 态系统观测研究网络(CNEN) , 目前已经遴选出了53 个台站, 开始对农田、森林、草地( 含荒漠) 和 水体( 湖泊和海湾) 的动态进行观测研究, 该网络必将成为全球地球观测系统(GEOSS) 的重要组 成部分, 在我国地球系统科学发展的历程中发挥重要作用。本文主要从发展地球系统科学角度, 讨论生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用。