影响青藏高原植被生理过程与大气C02浓度及气候变化的相互作用

利用一陆面过程模式,初步模拟研究了青藏高原夏季风盛行期植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用.结果表明,气候以及大气CO2浓度变化对青藏高原地区的植被生理过程有较明显的影响,高温、高湿和高CO2浓度将加强高原植被的光合作用和呼吸作用,有利于植被生长.高原植被也可通过生理过程,产生净C02吸收,降低大气C02含量,起到调整温室效应的作用,从而影响全球气候变化;当气温升高、大气C02增加时,这种作用更加有效.青藏高原地区大气C02浓度加倍,对高原地区气候的直接影响不明显.植被的存在也会影响区域气候变化,并可通过改变高原热源,进而影响高原及其周边地区气候变化.文中还归纳出了植被生理与气候相互作用的简单概念模型.     

青藏高原大气一植被相互作用的模拟试验Ⅰ.物理通量和参数

在原大气-植被相互作用模式AVIM的基础上作了改进,包括对植被生理过程,如(1)光合作用;(2)呼吸;(3)分配和(4)物候等新的描述方法.对青藏高原上30个站点进行模拟计算,给出了高原上地表辐射及水热物理通量以及地表拖曳系数和地面反照率的分布特征.模拟结果表明净辐射和感热通量由东南向西北增加,高原西北部地表反照率较高,东南部地表反照率较低.     

青藏高原大气—植被相互作用的模拟试验——Ⅰ.物理通量和参数

在原大气-植被相互作用模式AVIM的基础上作了改进，包括对值被生理过程，如（1）光合作用：（2）呼吸；（3）分配和（4）物候等新的描述方法。对青藏高原上30个站点进行模拟计算，给出了高压上地表辐射及水热物理通量以及地表拖曳系数和地面反照率的分布特征。模拟结果表明净辐射和感热通量由东南和西北增加，高原西北部地表反照率较高，东南部地表反照率较低。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光-光合作用响应曲线和CO2-光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO2浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析.单因子分析表明晴天状况下,冠层光合速率随CO2浓度升高而上升,当CO2浓度由330×10-6上升至660×10-6时,冠层光合日总量可增加19.7 %;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0 %,冠层光合日总量可增加6.7 %;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1 ℃,冠层光合日总量减少2.9 %.多因子综合数值分析表明在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO2变化响应更加敏感.本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础.     

全球大气CO2浓度变化特点简析

研究表明，全球CO2浓度变化有二大特点，一是北半球具有明显的季节变化，而南半球由于各纬度上的浓度变化很小，没有明显的季节变化。二是两个半球又有一个相同的特点，那就是都有较大的逐年增高的趋势，各地的平均年增长率在1．4至1．7ppmv/a之间。南北两半球相比，北半球的年平均浓度要高出4ppmv，年平均增长率也要略高一些。研究表明，大气CO2浓度的变化还具有10年左右的周期，而且与厄尔尼诺年的关系比较密切。     

改则地区气候变化对植被生理过程的影响及反馈效应的模拟研究

利用1997年10月1日至1998年9月30日设置在青藏高原西部改则的自动气象站观测资料作为强迫场,采用大气-植被相互作用模式(AVIM)对改则地区气候变化对植被生长过程的影响及反馈效应进行了模拟研究。结果表明,AVIM模式对青藏高原西部陆面过程具有一定模拟能力,能够较真实地模拟出地表特征量的变化特点。通过敏感性试验发现,青藏高原气候变化对植被生理生长过程有明显影响:降水增加有利于植被生长,尤其在雨季最为明显,其他季节无太大变化;气候变暖对植被生理过程的综合作用是植被净光合作用的变化,即春季增强,夏季减弱,秋季和冬季变化不大;暖湿化对高原植被生态系统的影响主要是春季和夏季植被活动增强,尤其春季最为明显。植被物理特性参数可以在相当大程度上改变陆面过程,进而导致高原热源发生变化,因此,为准确估计地表能量收支,对模式陆面参数进行深入研究是必要的。     

大气长波辐射计算中的温度订正和CO2浓度效应

本文对长波辐射平均面透射率的计算方法和温度效应作了一系列试验。试验表明,在计算中可以采用制表和插值节省计算时间,并保证计算精度。温度效应较明显,在计算大气长波辐射变温率时,应予以考虑。最后还对CO_2浓度变化所引起的变温效应进行了计算,得出了一些有意义的结果。     

郑州城区大气CO2浓度变化特征及影响因素分析

郑州城区大气CO2浓度日变化比较强烈,变化幅度在26.24 ～ 64.34 μmol·mol-1,全天最低值出现在15时前后,最高值则出现在夜间至清晨.从季节来看,夏、秋两季的日变化幅度比冬、春两季的大.其中,1月份平均浓度达到最高,为455.80 μmol·mol-1;7月份平均浓度则最低,为369.25 μmol·mol-1.影响郑州城区大气CO2浓度变化的原因是人为取暖活动及植被的季节变化,另外一些气象因素也对CO2浓度有一定的影响.     

景德镇地区大气CO2浓度变化特征

利用景德镇温室气体监测站CO_2观测数据,分析了景德镇地区2017年12月—2018年11月大气CO_2浓度变化特征,同时对其浓度进行了筛分,以剔除污染数据,使其更具区域代表性。研究表明:景德镇地区大气CO_2浓度昼降夜升,早上最高,傍晚最低;春季最高,秋季最低;春、夏季NNE、NE、ENE风向,秋季NE、ENE风向以及冬季W、WSW、SW、SSW、S风向上CO_2浓度较高。同时,春、夏和秋季大气CO_2浓度大致随风速的增加而不断降低,冬季风速对大气CO_2浓度无明显影响。筛分后数据显示景德镇地区年均大气CO_2浓度为422.1×10~(-6),浓度日均值年振幅73.96×10~(-6),夏半年CO_2浓度低于冬半年。     

青藏高原植被下垫面对东亚大气环流影响的数值试验

采用Ｊ．Ｗ．Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ（１）地表植被参数化方案，利用Ｐ－ａ原始方程５层模式（２），分析了青藏高原有植被和无植被两种不同下垫面情况下的大气响应，结果表明有植被下垫面通过增加向大气输送潜热通量，加强了高原上空的热低压，增强了高原北部的热成风，加强了高原南侧的季风环流，使青藏高原及我国东南地区的降水增多。     

植被退化对青藏高原冬夏季气候影响的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3,模拟分析了青藏高原地区植被退化对自身及周边地区气候产生的影响。结果表明：植被退化后,在退化区域冬夏季地表温度明显升高,最大增值2℃,而外围则温度降低,量值为-0.5℃～-1℃。夏季气温的变化趋势与地表温度类似,但量值较小,冬季退化区气温增加范围较大。夏季退化区湿度和降水增大,增加值分别达到0.6g/kg和35mm/month;退化区外围降水减少,外围西部及北部地区湿度减小,中心值为-0.4 g/kg。在冬季,湿度稍有减小,主要分布在西藏地区和青海、四川的交界处。     

2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应

气候是植被变化的主要驱动因子,研究全球增暖背景下中国区域植被变化及其对气候的响应对于国家开展重大生态恢复评估和未来植被保护政策制定具有重要意义。利用2000-2016年MODIS植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集,运用统计分析方法,从平均态、线性趋势、时间序列、相关性等方面系统分析了2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应。结果表明:中国区域NDVI在平均态上呈现从东南向西北递减的空间分布,受降水生长季的影响,东部地区植被指数明显较大;我国大部分地区NDVI呈现增加的趋势,其中湿润半湿润地区NDVI增长幅度为0.037·(10a)^-1,而在干旱半干旱地区变化较小[0.013·(10a)^-1]。NDVI的变化与气候驱动因素的相关性存在一定的区域差异,其中:NDVI与气温变化在东南沿海、东北东部以及青藏高原北部等地区呈现出显著正相关,而在青藏高原南部等地区呈现微弱的负相关;除青藏高原、塔里木盆地和东北北部等地区外,NDVI与降水量在全国大多数地区呈正相关。从全国平均来...     

青藏高原区域气候变化及其差异性研究

利用1961—2007年青藏高原66个气象台站气温和降水量资料,通过典型气候分区,系统研究了近47年来青藏高原气温、降水量等气候因子时空演变规律,揭示了青藏高原不同区域气候变化的差异性。研究表明:近47年来,青藏高原的气候呈现出显著增暖趋势,年平均气温以0.37℃/10a的速率上升,气候变暖在夜间要较日间明显。冬季较其他季节明显,2月气温由冷向暖的转变最为显著,8月最不显著,且在某些区域有变冷迹象;高原边缘地区气候变暖要明显于高原腹地,青海北部区特别是柴达木盆地是青藏高原气候变化的敏感区。降水量总体表现出增多态势,气候倾向率达9.1mm/10a,但区域性差异较为明显,藏东南川西区是青藏高原降水量增多最显著的地区;12月至次年5月即冬春季整个青藏高原降水量随着气候变暖而增多,7月和9月黄河上游区1987年后干旱化趋势明显。     

基于MODIS NDVI和气候信息的草原植被变化监测

对植被的动态监测可以从一定程度上反映气候变化趋势。该文利用2000—2005年MODIS NDVI数据对锡林郭勒盟典型草原植被变化进行动态监测,在此基础上,以降水量、水汽压、平均气温、最高气温、最低气温、日照时数作为气候指标,分析锡林郭勒盟典型草原和荒漠草原MODIS NDVI与同期及前期气候因子的相关性,探讨草原植被变化的气候驱动因子。结果表明:2000—2005年锡林郭勒盟植被改善面积大于退化面积,植被退化面积最大的区域为荒漠草原,占全盟面积的12.84%,植被改善面积最大的区域为典型草原,占全盟面积29.09%。4类草原改善趋势由强到弱的顺序为草甸草原、典型草原、沙地草原、荒漠草原。对于典型草原,其NDVI与最高气温关系最密切,其次为水汽压;对于荒漠草原,其NDVI与最高气温关系最为密切,其次为最低气温。此外,NDVI对气候因子的响应表现出明显的时滞效应。     

Evaluating the Dependence of Vegetation on Climate in an Improved Dynamic Global Vegetation Model

The capability of an improved Dynamic Global Vegetation Model (DGVM) in reproducing the impact of climate on the terrestrial ecosystem is evaluated. The new model incorporates the Community Land ModelDGVM (CLM3.0-DGVM) with a submodel for temperate and boreal shrubs, as well as other revisions such as the two-leaf scheme for photosynthesis and the definition of fractional coverage of plant functional types (PFTs). Results show that the revised model may correctly reproduce the global distribution of tempera...     

The Soil Moisture and Net Primary Production Affected by CO_2 and Climate Change Using a Coupled Model

In this paper, a coupled model was used to estimate the responses of soil moisture and net primary production of vegetation （NPP） to increasing atmospheric CO2 concentration and climate change. The analysis uses three experiments simulated by the second-generation Earth System Model （CanESM2） of the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis （CCCma）, which are part of the phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIP5）. The authors focus on the magnitude and evolution of responses in soil moisture and NPP using simulations modeled by CanESM, in which the individual effects of increasing CO2 concentration and climate change and their combined effect are separately accounted for. When considering only the single effect of climate change, the soil moisture and NPP have a linear trend of 0.03 kg m^-2 yr^-1 and-0.14 gC m^- 2 yr^-2, respec- tively. However, such a reduction in the global NPP results from the decrease of NPP at lower latitudes and in the Southern Hemisphere, although increased NPP has been shown in high northern latitudes. The largest negative trend is located in the Amazon basin at -1.79 gC m^-2 yr^-2. For the individual effect of increasing CO2 concentration, both soil moisture and NPP show increases, with an elevated linear trend of 0.02 kg m^-2 yr^-1 and 0.84 gC m^-2 yr^-2, respectively. Most regions show an increasing NPP, except Alaska. For the combined effect of increasing atmospheric CO2 and climate change, the increased soil moisture and NPP exhibit a linear trend of 0.04 kg m^2 yr^-1 and 0.83 gC m^2 yr^-2 at a global scale. In the Amazon basin, the higher reduction in soil moisture is illustrated by the model, with a linear trend of-0.39 kg m^-2 yr^-1, for the combined effect. Such a change in soil moisture is caused by a weakened Walker circulation simulated by this coupled model, compared with the single effect of increasing CO2 concentration （experiment M2）, and a consequence of the reduction in NPP is also shown in this area, with a linear trend of-     

青藏高原与中国其他地区气候突变时间的比较

基于1961～2006年中国地面观测气温和降水资料,对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较。结果发现,(1)地表气温:1961～2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势。年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖,但显著快速增暖的突变发生在90年代中期,该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚,与长江中下游和华南地区接近,不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同,但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚,中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异;(2)降水:1961～2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势,冬春降水量显著增加,而夏季降水有微弱的减少,秋季降水显著减少。降水突变的信号明显比温度突变的信号弱,年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生,降水突变方向(增或减)和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异。由上可见,青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象,尤其是冬春温度变化,这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致。     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

青藏高原植物返青期变化及其对气候变化的响应

基于连续的植被指数（NDVI）、气温和降水数据,提取了1982—2009年青藏高原典型台站邻近区域的植物返青期以及0℃和5℃旬均温始期的时序数据,分析了其时空变化特征,探讨了青藏高原冬、春季的气温、降水变化对植物返青期的影响。结果表明：1) 青藏高原典型台站邻近区域植物返青期多年平均值在东西向和南北向上存在显著差异;1982—2009年间,青藏高原典型台站邻近区域植物返青期整体呈提前趋势。2) 青藏高原典型台站0℃和5℃旬均温始期整体呈提前趋势,5℃旬均温始期提前趋势更为显著。3) 青藏高原植物返青期随着冬、春季气温升高和降水增加而提前。与降水相比,返青期与气温的相关程度更高。冬季气温比春季气温对植物返青期的影响更大。