全球变化背景下的植物物候模型研究进展与展望

植物物候学是研究自然界的植物(包括农作物)和环境条件(气候、水文、土壤等条件)的周期性变化之间相互关系的科学.植物物候不仅通过物种间的物候适应度差异影响生态系统结构和功能,还可以通过改变植被冠层与近地面大气之间的碳、水和能量交换影响局地天气和气候系统.因此,准确模拟植物物候期对于理解生态系统对气候变化的响应,以及模拟陆地生态系统碳、水和能量平衡具有重要的意义.全球变化背景下物候学研究取得蓬勃发展,但物候模型研究相对滞后.物候模型模拟结果的不准确,已成为全球陆面模式模拟陆地生态系统碳、水循环准确性的重要限制因素.基于新的实验手段,明确物候响应气候变化机制,构建基于过程的植物物候模型,已成为全球变化生态学领域重要的前沿问题.文章首先综述了不同环境因子对植物物候的影响,回顾了植物模型发展历史,指出了气候变化背景下的植物物候模型所面临的挑战,探讨了结合机器学习和贝叶斯等数学方法的物候模型优化思路,以提高物候模型在全球变化背景下物候模拟和预测的准确性.     

气候变化背景下1981～2010中国小麦物候变化时空分异

物候是气候变化可靠有力的指示物之一,作物物候变化及其影响机制研究对于应对气候变化和指导地区农业生产有重要意义.由于缺乏长时段连续观测数据,全国尺度的作物生长季内连续多个物候期的变化,尤其是物候期变化趋势的时空分异特征研究报道较少.本文基于全国4个小麦种植区内48个农业气象站1981～2010年的长序列物候观测记录,量化了小麦10个关键物候期和相应生长阶段长度的时空变化.结果表明,1981～2010年期间,在小麦生长季内气候显著变化背景下,小麦物候也发生了显著变化.在全国尺度,播种期、出苗期、三叶期和乳熟期平均推迟幅度分别为0.19、0.06、0.05和0.06d a~(-1);而分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和成熟期平均提前幅度依次为0.02、0.15、0.21、0.17、0.19和0.10d a~(-1);营养生长阶段长度和生长季长度分别平均缩短0.23和0.29d a~(-1),而生殖生长阶段长度平均延长0.06d a~(-1).不同种植区小麦物候期及生长阶段长度的变化趋势不尽相同.小麦生长季长度对生长季内气候因子变化敏感度的空间分异特征在春、冬小麦之间表现得尤为突出.春(冬)小麦生长季长度均随着生长季内平均温度上升而缩短(延长);所有种植区小麦生长季长度均随生长季内降水和日照时数增加而延长.其中,春小麦生长季长度对降水的敏感度小于冬小麦,但对日照时数的敏感度大于冬小麦.在进行农业生产管理时应因地制宜,充分考虑小麦物候变化及其对不同气候因子变化响应的空间分异特征.     

150ka来宝鸡黄土植物硅酸体组合季节性气候变化

利用现代表层土壤中植物硅酸体组合与气候参数的回归关系,研究了宝鸡黄土剖面约150Ka以来植被类型的演替及1月份、7月份、年均降水和温度的变化,探讨了季风气候在不同时期对该区影响强度的差别。     

碳捕获与气候变化的未来

碳捕集成封存（Carban Capture and Storage,简称CCS）是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。     

土壤,农业与全球气候变化

本文讨论土壤,农业与全球气候变化的相互关系及相互影响,包括土壤圈,农业生产活动对全球变化的影响,以及全球气候变化对农业产生的直接和间接影响,并对引起ＣＯ２浓度上升、气温增高和水文条件改变等对世界农业和中国农业的正、负面效应进行预测,评估。     

气候变化与持久性有机污染物全球循环

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对人类赖以生存的地球环境已经产生了不可磨灭的影响.其中,气候变暖如何影响污染物传播引起了科学家的广泛关注.持久性有机污染物(POPs)是可以进行全球传输的污染物.揭示气候变暖对POPs全球循环的影响机制对于准确理解POPs循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义.本文综述了此领域近十年来的主要研究工作,总结了气候变暖对POPs排放、迁移、储存、降解和毒性的影响,简述了相关模型的特点和主要应用,并指出目前研究中存在的问题以及未来研究的主要方向.在气候变暖条件下,POPs全球循环的变化主要体现在以下几个方面:(1)全球变暖直接促进了POPs的二次排放,升温将导致POPs从土壤和海洋中挥发出来,而冰川融化、冻土退化则可以将POPs二次释放进入淡水生态系统;(2)全球极端气候(干旱和洪水)通过剧烈的地表侵蚀过程,将土壤所负载的POPs重新释放进入环境,进而改变了POPs的全球分布;(3)气候变暖条件下大气与海洋环流的变化将显著改变全球POPs的迁移路径;(4)气候变暖改变了海洋生物生产力,进而改变了海洋对POPs的储存能力;(5)部分地区水生及陆地食物链结构在气候变暖的情景下发生了明显变化,这种变化可以导致POPs在生态系统中毒性的放大;(6)尽管气候变暖在促使POPs再挥发的同时也加速着其降解的过程,但是总体上气候变暖增加了环境中POPs的总量;(7)各种模型的耦合应用对未来气候变暖情景下POPs环境行为的反馈与响应进行了预测,这些工作有助于政策和法律制定者在POPs控制措施中全面考虑气候变暖对POPs环境载荷的影响.在未来,气候变暖与全球变化的其他表现协同影响POPs的循环将是下一步的研究重点,POPs与碳循环、水循环互相关联耦合,其相互作用机制将是生态系统对气候变化适应性研究的一个新方向.     

欧洲历史上气候变化与鼠疫的关系

先前对气候变化与鼠疫关系的研究,主要是针对短期气候变化对鼠疫传播的实时影响.此外,科学家们对于气候变化如何影响鼠疫传播仍然存有分歧,主要原因是相关研究的时空跨度过小,影响了气候变化与鼠疫传播动态关系研究的全面性.通过整合前工业时期欧洲414年的鼠疫爆发记录和相应的欧洲大陆和国家的气候数据,采用普通最小二乘回归分析与小波一致性分析,本研究发现,在以下各个层面上,包括气候及大规模气候现象、欧洲大陆及国家尺度、年际及数年际尺度和线性及非线性统计方法,只有少量证据支持气候和大规模气候现象与鼠疫传播存在显著相关性.上述的"零结果"并不否定先前有关气候和大规模气候现象与鼠疫传播关系的研究结论,但本文认为,在解释历史上和预测当代全球气候变化背景下的鼠疫传播时,需要全面考虑研究本身的时空跨度、研究方法的稳健性和研究地区的地理背景等因素.     

晚新生代东亚气候变化：进展与问题

晚新生代东亚季风和干旱气候的形成和演化及其与青藏高原生长、全球气候变化的关系一直受到关注,但存在着不同看法．本文分析了近年来国内外在晚新生代东亚气候研究方面的新结果,讨论了亚洲季风和干旱气候阶段性和周期性演化的特征,在此基础上,分析了东亚气候变化与全球冰量／温度变化、高原隆升等的联系．我们的研究认为,青藏高原隆升驱动不能全面合理地解释晚新生代以来东亚气候演化过程,全球冰量和北半球温度变化在驱动东亚气候阶段性变化方面具有显著作用．此外,晚新生代大气CO2浓度变化对东亚气候大尺度演化的影响值得进一步重视,它可能是通过影响全球温度的波动和高纬／低纬的温度梯度,进而驱动热带辐合带（ITCZ）和季风气候带摆动,来影响东亚季风和干旱气候的演化的．在未来研究中,需要格外重视地质记录与数值模拟的结合．其中,古气候变化的高精度定量记录、区域异同及高原不同区域差别隆升的环境效应可能是突破点之一．     

黄陵树木年轮稳定C同位素与气候变化

采用消除大气CO_2影响后的油松树轮6~(13)C序列及附近气象站的气象记录,分析了树轮6~(13)C的气候响应。结果表明:黄陵地区高频6~(13)C的振荡与6月平均气温及5月、6月和7月3个月的降水总和密切相关,在一定程度上反映了东亚夏季风在这一地区的某些特点。     

气候变化的天文理论

地球气候变化在１０～１００ｋａ（千年）的时间尺度上表现出规则的周期性,它们主要受轨道日射变化控制,并能被很精确地计算到几百万年。根据Ｍｉｌａｎｋｏｖｉｔｃｈ创立的天文理论,轨道变化是通过改变日射的季节分布和纬度分布来影响气候的。黄赤夹角４１ｋａ的周期改变日射的纬度分布,而气候岁差以１９ｋａ和２３ｋａ的两个周期改变日射的季节分布。作为对轨道日射变化的响应,全球气候在１０～１００ｋａ的时间尺度上按照气     

塔里木河流域12kaBP以来沙漠演化与气候变化研究

通过对塔里木河流域 1 2kaBP以来地层沉积相特征研究和气候环境代用指标的测试分析 ,从时空的角度讨论了该流域沙漠演化过程、发育模式与气候变迁的关系 .认为从 1 2kaBP以来随着全球气温的回升 ,在 1 2～ 1 0kaBP期间 ,气候温凉偏干旱、泛洪堆积明显、风沙活动弱 ;1 0～ 8kaBP期间 ,气候干冷、风沙活动强烈 ,是沙漠大规模扩展时期 ;8～ 3kaBP期间的全新世高温期 ,气候干燥炎热 ,塔里木河流域周围和山区冰雪融水增多 ,河流水量增加 ,河流泛洪沉积十分活跃 ,但流沙规模的缩小、沙丘固定仅限制在河湖沿岸和沙丘低洼地区 ;从 3kaBP至今 ,在新冰期作用下 ,加上人类不合理的经济活动导致流域环境恶化、风沙活动盛行、沙尘暴频繁 .地层沉积相的古气候证据提示 :1 2kaBP以来该流域在全球气候波动的影响下叠加了内陆干旱盆地的环境效应 ,是总体干燥气候条件下 ,具有暖干与冷干交替变化规律 .     

延怀盆地晚更新世中晚期湖泊发育与气候变化

延怀盆地晚更新世发育湖相沉积。根据 4个中晚期湖相层剖面的孢粉分析鉴定结果 ,结合区内晚更新世湖相层的年代测定及湖泊发育的分期 ,恢复了发育于 55～ 2 6和 2 0～ 8kaB .P .时间段内的第 2 ,3期湖泊发育期间的古气候环境。延怀盆地晚更新世中晚期湖泊沉积反映了潮湿气候的特征     

甲烷:气候变化关键角色

正甲烷作为一种温室气体的效力是二氧化碳的23至25倍。科学家们担心,随着北极冰架逐渐缩减,甲烷气体将以前所未有的规模释放,这将大幅增加全球气候变化的速度。甲烷是大气中的重要微量气体,它既能产生温室效应,又能参与大气中的光化学反应,从而直接或间接引起全球气候变化。它是仅次于二氧化     

全球气候变化的成因初探

温室效应不是气候变化的唯一因素,温室气体的主体不是二氧化碳而是水汽.当水汽凝聚为云,就会遮蔽阳光,起到降温作用.太阳辐射量变化不足以解释气候变化的振幅,关键在于存在太阳能量积累和释放的多种效应,其中“海底藏冷效应”和“海洋锅炉效应”最为显著.太阳能在地球各圈层的不同分配也是地表气候变化的原因之一,其中“地磁层漏能效应”和“臭氧洞漏能效应”最为显著.气候变化周期是天文周期微力激发的结果,其能量来自太阳能量的长期积累.目前处于1500～1800年气候周期的变暖高峰,200年气候周期的变冷初期,60年气候周期的变冷阶段.本文通过历史资料反复核对,证实太阳黑子延长极小期、太阳黑子周期长度大于11年时期、潮汐极大期、低温有明显的对应关系,已经查出重复出现两个连续周期,除太阳活动变化外,强潮汐是其形成的原因.全球气候有准60年、200年、18000年等周期,这些周期与潮汐周期有很好的对应关系.特别是179～200年周期,在太阳黑子活动、潮汐变化和冷暖变化中都有明显的表现,形成对应的周期规律.分析结果显示,气候冷暖变化的原因不只限于大气层本身,而确有可用于气候预测的星体运行的变化信息.规律表明,2007年开始的太阳黑子延长极小期和潮汐极大期使我国可能进入严重低温冻害时期,并将在2020年达到高潮,必须做好预防准备.     

绿色低碳发展应对气候变化

<正>我国政府6月30日向联合国气候变化框架公约秘书处提交《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》,阐明了中国强化应对气候变化的行动目标与相应的政策措施。这不仅将积极推动国际气候谈判,促进合理的国际气候制度的建立,也将有力推动我国经济社会发展的绿色低碳转型,推进生态文明建设和可持续发展。从国情出发,我国尤其需要低碳发展。我国的能源结构中,煤炭的比例显著高于世界平均水平。数据表明:我国空气的PM2.5构成中,源于     

气候变化对生态环境的影响

从气候特点、地形特征、生态环境变化等方面,对凉城县50年气象资料进行分析。结果表明:温度呈递增状态,降水呈递减状态,大风逐年呈递减状态。由于气候的变化和人类活动的影响下使生态环境遭到极大的破坏,所以改善生态环境,对凉城县气候的影响起到了积极的作用。     

浑善达克沙地的光释光年代序列与全新世气候变化

浑善达克沙地具有对气候变化响应敏感和生态环境脆弱的特点,是研究环境变化的理想地区．相对于黄土而言,沙质沉积是近源、在沉积期堆积速率快,有可能记录了某些时间段千年时间尺度的干旱事件．应用光释光测年技术,对浑善达克沙地东北．西南断面上具代表性的10个沙丘和沙／黄土剖面进行了年代测试,获得了35个样品的光释光年龄;结合野外地层观察分析和粒度、磁化率等测试,得到了浑善达克沙地全新世干旱事件和相对湿润期的气候变化记录：在距今9．9～8．2ka期问,沙地发育厚层粗砂层,沙丘处于活动状态,气候干燥,植被覆盖度低;在距今8．0～2．7ka期间,沙地发育有多层浅灰一灰黑色砂质土壤,沙丘总体上处于固定．半固定状态（也含有短时段的沙丘活化的干旱事件）,指示气候较之前明显湿润,植被相对茂密;2．3ka以来,沙地沉积物以粗砂堆积为主,沙丘又重新活化,气候总体上为干旱．通过对沙丘沉积记录和沉积产状的分析,发现浑善达克沙地在全新世早期、8．2ka前后以及小冰期时期,气候较为干旱,植被盖度小,沙丘活化;在“隋唐暖期”和“中世纪温暖期”,气候较湿润,植被发育良好,沙丘固定．具有绝对释光年龄控制的沙丘沉积记录表明,全新世浑善达克沙地多次千年时间尺度的气候事件可能是全球气候变化的区域响应．     

18～19世纪之交华北平原的气候变化与粮价异常

历史时期的粮价波动是气候变化对经济系统影响的突出表现之一,也是调节粮食安全及社会稳定的重要环节.基于从"清代粮价资料库"与《清代道光至宣统间粮价表》中提取的1736～1850年保定府小麦价格数据,分析了18～19世纪之交华北平原气候转折与粮价变化的对应关系,结果表明:(1)粮价阶段性变化与气候转折存在显著对应关系.在1781～1820年的气候转折阶段,平均粮价升高,去趋势粮价变率和异常脉冲幅度显著增加.(2)极端高粮价年与干旱事件的对应关系存在显著的阶段性. 1781～1810年的5次极端高粮价年与干旱事件存在明显对应关系, 1811～1820年的多次极端干旱事件是粮价异常脉冲的直接原因.(3)气候变化通过影响社会稳定性在1811～1820年粮价巨幅异常脉冲中起到了重要作用, 1813年爆发的天理教起义加剧了粮价异常脉冲,显示除"降水-粮食产量-粮价波动"的路径之外,气候变化还可能通过"降水-粮食产量-粮价波动-饥荒-动乱-粮价波动"的路径对粮价产生更重大的影响.以上认识有助于深化对历史时期气候变化与人类社会相互作用机制和过程的认识.     

中原邙山黄土及最近200 ka构造运动与气候变化

位于黄土高原隆升区与华北平原沉降区过渡带上的中原邙山黄土 ,是风尘源区就在黄河下游冲积扇扇顶部位的近源砂黄土 ,它记录了最近 2 0 0ka构造与气候耦合效应的信息 .在风尘堆积过程中 ,于倒数第二冰期末 ,约 0 .1 5MaBP ,发生了以沉积速率突然加快为标志的环境突变事件 ,黄河贯通三门峡东流给风尘沉积带来了丰富的物源 ,形成厚 1 5 .7m的S1古土壤和 77.3m的L1黄土 .邙山黄土 古土壤序列不仅详细地记录了东亚季风在这一特定地区的气候响应 ,而且清楚地反映了构造作用下黄河干流切穿三门峡东流入海引起的环境效应 .     

海洋表面盐度与海洋环流和气候变化的关系

依据Argo的海洋盐度观测及降水、蒸发、海面高度等数据分析了全球海洋表层盐度的平均态和低频变化特征及其与海洋环流和气候变化的关系,并结合前人成果对海洋盐度的研究进行了回顾和展望.蒸发减降水在最低阶上决定了海洋表层盐度的分布,海洋环流动力过程在大部分海域调整了海洋表层盐度的空间结构,并影响了海洋表层盐度的低频变率.全球变暖的情况下,海洋表层盐度表现为盐度高的地方会变得更高、盐度低的地方会变得更低,表征为整个水循环系统的加强.在最近20年全球变暖停滞期,海表盐度变化与全球变暖的趋势不同,更多地体现了对气候系统的年代际及多年代际振荡的响应,此阶段对应着Walker环流加强;西太平洋和东南印度洋海表盐度的反向变化揭示了跨海盆尺度海洋动力过程的重要性,海洋Rossby波和印尼贯穿流的共同作用使得东南印度洋海表盐度显著降低;在东南太平洋和北大西洋更多地体现了全球变暖下的海表盐度单调升高或降低的响应.期待未来的盐度卫星能够提供更高时空分辨率的盐度数据,这将和Argo观测一起,拓展我们在中尺度动力学、区域海洋学以及气候变化等方面的认知.