陆地表层碳循环模型研究及其趋势

对国外陆地表层碳循环ＯＢＭ、ＴＥＭ、ＣＡＳＡ、ＣＡＲＡＩＢ、ＤＥＭＥＴＥＲ－１、ＩＭＡＧＥ２．０、ＳＩＢ２等模型进行了评述,同时也简要介绍了国内陆地表层碳循环模型的研究。通过对国内外研究现状的对比分析,我们可以看到国外陆地表层碳循环模型的发展特点：已经从静态模型转向动态模型,综合考虑了动力学特点,并且集成陆地表层碳循环的各个过程,与气候模型耦合研究陆地表层对全球变化的响应,建立生态生理模型和决定植被对气候反应的植物生态生理机制;研究陆地生态系统与大气之间的动态响应和相互作用,揭示其中的反馈机制;加强各种情景研究,同时包括人为的影响,尤其是土地利用和土地覆盖变化对陆地碳存储的影响,预测未来全球陆地表层的动态变化及其反馈;由于遥感数据已经成为全球变化研究重要的数据来源,遥感、地理信息系统技术在陆地表层碳循环研究中得到了重视和应用。这些正是我国陆地表层碳循环模型研究应注意和加强的方面。     

中国陆地表层系统分区——对黄秉维先生陆地表层系统理论的学习与实践

陆地表层系统科学是黄秉维先生在钱学森院士倡导建立"地球表层学"的基础上创建的。黄秉维先生精辟地论述了陆地表层系统的研究意义、范围、内容、方法与途径,并亲自撰写了研究计划,同时十分关心科研队伍的组建。黄先生明确指出要开展陆地表层系统分区研究。在黄先生的学术思想指导下,作者对中国陆地表层进行了分区实践。采用地理学的综合与专家评判相结合的方法将中国陆地表层系统划分为9个一级区,然后利用压力-状态-响应(PSR)评价模型和模糊聚类方法,对全国344个地区的46个指标进行模糊聚类,建立了二级分区,并对各区的综合状况作了定量评价。结果表明:地貌与气候区域分异是控制我国陆地表层系统综合状况的主导因素,而由人类活动所主导的社会经济因素是控制我国陆地表层系统综合状况的第二位因素。对9个一级区的陆地表层系统状况定量评价表明:华北区、东南区与华南区的陆地表层系统状况最好,东北区居中,内蒙区、陇陕晋区与西南区较差,西北区与青藏区最差。     

中国陆地表层系统分区初探

在简要阐述陆地系统科学在中国的发展过程和陆地表层系统分区研究重要意义的此基础上，论述了陆地表层系统分区研究的目与原则，并借鉴黄秉维所提倡的“自上而下”和“自下而上”相结合的研究思路和方法，首先以全国自然区划，生态地理区划，生产潜力分区，经济区划等4个全国性区划及温室气体倍增对未来自然地域分异界线及生产潜力分区的影响为基础，采用叠置与专家评判法中国陆地表层系统划分成9个一级区，然后采用压力－状态－响应（PSR）评价模型和模糊聚类方法，对全国344个地区的46个指标进行模糊聚类分区，进而对各区的陆地表层系统综合状况进行定量评价，结果表明：地貌与气候区域分异是控制我国陆地表层系统综合评况的主导因素，而由人类活动所主导的社会经济因素是控制我国陆地表层系统综合状况的第二位因素，对9个一级区的陆地表层系统状况定量评价表明：华北区、东南区与华南区的陆地表层系统状况最好，东北区居中、内蒙区、陇陕晋区与西南区较差；西北区与青藏区最差。     

陆地碳循环研究进展

近年发表的关于陆地碳循环的国内外论著反映出如下观点 :1陆地主要的碳库 -陆地生物圈、土壤圈和岩石圈的碳贮量分别为 560 Pg C、 1 40 0～ 1 50 0 Pg C(有机碳 )、 2 .0× 1 0 7Pg C(有机碳 ) ,其中岩石圈中化石燃料的贮量约为 50 0 0～ 1 0 0 0 0 Pg C;2大气 CO2“未知汇”的量大概在 0 .7～ 3.1 Pg C之间 ,“未知汇”可能存在于中纬度地区 ;3土地利用与土地覆被变化造成的 CO2 排放量估计值差异较大 ,可能在 0 .6～ 3.6Pg C之间 ;4陆地碳循环模型已从静态模型发展到动态模型 ,而且更加注重大气 CO2 浓度增加和 LUCC对碳循环的影响以及 C、 N、 P和 S等循环的耦合作用。     

面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

未来地球计划是目前国际上关于全球环境变化前沿研究的综合科学计划,集国际科学理事会(ICSU)所领导的四大科学计划为一体,旨在将自然科学与社会科学结合在一起,并加强决策支持和研究交流,寻求地球系统可持续途径,全球环境变化研究与人类学、社会学合作构建综合集成平台,推进科学研究为社会经济可持续发展服务。本文剖析陆地表层格局特点,分析陆地表层格局的国内外关注焦点及其研究理念的转变与应用领域的拓展。分析表明:陆地表层是未来地球计划关注的重点之一,陆地表层要素与过程相互作用并在人类活动驱动下形成的格局,可作为未来地球计划进一步研究的区域基础框架。未来,陆地表层格局研究应力求方法论的突破,为自然地理学综合研究的发展提供支撑。     

陆地系统动力学研究的现状与动向

本文指出动力学已经发展到ｄｙｎａｍｉｃｓ阶段。陆地系统动力学将成为地理学尖端。当前陆地系统研究的重点为流域系统、城市与区域系统和气候－生物圈的相互作用。提出我国当前应抓陆地系统开发的资源环境稳定性，环境需求动力学分析、陆地系统一般动力学及其在全球系统中功能，以及计算地理学。针对陆地系统的巨性，指出对它的研究不仅需要物理主义的科学观，而且需要历史主义的科学观，在系统分析方面，不能囿于系统的物理完整性     

陆地生态系统氮状态对碳循环的限制作用研究进展

陆地生态系统碳循环和氮循环密切相关, 碳贮量与碳通量在很大程度上受氮循环的影响 和限制。由于氮循环的复杂性, 在以往的大多数碳循环研究中, 更多考虑水分、温度和大气CO2 浓 度等因子的影响, 考虑碳氮相互作用的研究较少。氮素可限制植物光合、有机质分解、同化产物的 分配以及生态系统对大气CO2 浓度升高的响应。根据目前有关碳氮模型的发展状况可将碳氮耦 合循环模型分为三大类: 一是静态模型, 它的土壤养分水平或者叶氮含量不变, 是常数, 这类模型 适合于在站点或氮素浓度变化不大的区域应用; 二是土壤氮限制模型, 能够保持稳定的生态系统 氮收支, 在NPP(Net Primary Productivity, 净初级生产力)的模拟中考虑土壤氮有效性的动态变化 的影响, 使模拟结果更为合理; 三是叶氮限制模型, 在NPP 的模拟中考虑叶片氮浓度的动态变化 的影响。这三类模型虽然都考虑了氮对碳循环的限制作用, 但在氮碳循环机理方面尚有不少欠 缺, 所以在研究中可能会带来很大的不确定性。在以后的研究中, 应通过加强碳氮相互作用的实 验研究, 增进对碳氮过程的深入了解, 进而建立综合动态的碳氮耦合模型, 以减少目前碳循环研 究中的不确定性。     

地理综合研究与陆地系统科学——祝黄秉维院士八十五寿辰

黄秉维先生始终坚持认为,“没有综合性地理研究,地理学便失其存在的依据”,“综合研究是发展自然地理学最主要的方向,同时也是带动部门自然地理学最有效的途径”.综合研究包括现代过程和历史形成这两个互相关联、互相补充的方面,为此60年代他提出自然地理研究的3个方向,实际上是地理学在自然环境层次上的综合。近年来,黄秉维先生提出的“陆地系统科学与区域可持续发展战略研究”,是在新形势下,他一贯主张的地理综合研究思想的继续与发展。他强调综合研究的重要性,指出只有跨学科研究才是综合研究;为了协调人地关系,仅仅有自然方面的综合是不够的,还需要进行社会经济方面的综合和自然与社会经济方面的跨学科研究。     

陆地生态系统碳循环及其机理研究的地球信息科学方法初探

针对陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环过程的驱动机制及未来情景等前沿科学问题,提出陆地碳循环研究的地球信息科学方法,采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合网络观测、生物过程的适应性实验研究以及河流碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径、与以土地利用/土地覆被变化和对地观测数据生态参量反演为基础的自上而下研究途径、经相互验证和尺度转换模型实现有机结合的研究方法,开展综合观测、调查、比对分析、模拟和评价研究,把握陆地生态系统碳循环的格局与过程规律,辨析自然和人为因素对陆地生态系统碳循环过程的影响,探讨全球气候变化条件下陆地生态系统碳循环过程的演变趋势。     

陆地植被净初级生产力研究进展

 植被的净初级生产力(NPP)反映了植物每年通过光合作用所固定的碳总量，目前NPP研究是全球变化研究的重要内容之一。本文综述了近年来国内外在全球和区域陆地植被NPP的研究现状，对遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在NPP研究中的应用作了分析，并对国内外NPP研究的不足和发展趋势作了讨论。     

陆地生态系统碳循环研究进展

近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IGBP和IPCC中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式,介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。     

西藏高原地区陆地生态系统碳素循环平衡模拟

1IntroductionWith greatest concentration, carbon dioxide (CO2) is most sensitive to climate change among all the greenhouse gases. Since the Industrial Revolution, CO2 content emitted into the atmosphere has increased rapidly, due to the use of fossil fuels. According to estimations, CO2 concentration in the atmosphere has increased from 280 ppm in the early period of the Industrial Revolution (Melillo etal., 1995) to 368 ppm at present (Keeling and Whorf, 2000). It is universally accept…     

Simulation of terrestrial carbon cycle balance model in Tibet

Based on climate material, the simplified terrestrial carbon cycle balance (TCCB) model was established, which is semi-mechanism and semi-statistics. Through TCCB model, our estimate indicates that the southeastern part of the Tibetan Plateau has much higher carbon content, and we have calculated the litter carbon pool, NPP, carbon fluxes and described their spatial characteristics in this region. Based on the TCCB model simulation, NPP in Tibet is 1.73×108 tC/a, soil organic input rate is 0.66×108 tC/a, litter mineralization rate is 1.07×108 tC/a, vegetation litterfall rate is 1.73×108 tC/a, the litter carbon pool is 7.26×108 tC, and soil decomposition rate is 309.54×108 tC/a. The carbon budget was also analyzed based on the estimates of carbon pool and fluxes. The spatial distributions of carbon pools and carbon fluxes in different compartments of terrestrial ecosystem were depicted with map respectively in Tibet. The distribution of NPP, vegetation litterfall rate, litter, litter mineralization rate, soil organic input rate and the soil decomposition rate were abstracted with temperature, precipitation, fractional vegetation and land feature.     

中国陆地土壤有机碳库的估算

土壤是陆地生态系统的核心之一,土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分,在陆地碳循环研究中有着重要的作用,因而了解土壤碳循环是研究中国陆地生态系统碳循环的基础,确定土壤有机碳的储量、空间分布、对土壤碳循环的研究具有重要意义。根据中国和线次土壤普查得到的土壤各类型分布面积,采样数据、土壤有机质含量,运用ＧＩＳ技术,来估算土壤碳库。经过计算,中国陆地生态系统土壤有机碳总量为１００１．８×１０＾８ｔ,平均碳     

乡村地域系统人-地-业要素互馈机制研究

乡村振兴需要系统化的理论支持,人-地-业要素是乡村地域系统的核心,探索乡村地域系统结构及其人-地-业要素互馈如何塑造乡村发展动力不仅有现实迫切性,更有重要学术意义。论文运用逻辑分析法对乡村地域系统人-地-业要素互馈机制进行考察。结果表明：乡村地域系统可分为本底要素、直接要素与间接要素三大子系统,本底要素是乡村发展的“基础台”,直接要素是乡村发展主体,而间接要素是乡村发展的“调节器”;人-地-业互馈的科学内涵是通过相互作用来优化要素数量组合与空间匹配而塑造乡村发展动力,驱动乡村地域系统向优化状态迁移;人-地-业要素互馈机制框架中三者存在相互作用路径,是一个联动互馈环,有动态性、传播性与关联性特征;人-地-业要素互馈理论框架可为农业农村现代化、村庄规划、全域土地综合整治等乡村振兴工作提供理论支持;人-地-业要素互馈耦合调控实际上是塑造乡村发展动力的过程,应根据互馈路径在综合权衡基础上确定互馈调控强度与方向。     

农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈研究进展

地表过程对全球变化的响应和反馈是地球系统科学研究的核心课题之一,目前的研究多关注全球变化对地表过程的影响,而地表动态过程对地表生物物理过程及气候的反馈研究较少。系统认识地表物候动态对生物物理过程及气候的反馈对深化地球系统科学研究有着重要的意义。本文从农业物候动态的事实、农业物候动态在陆面过程模型中的参数化表达、农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈等方面进行综述,发现在气候变化和管理措施影响下,以种植期和灌浆期为代表的农业物候期发生了显著的规律性变化;耦合农业物候动态,改善了模型对地表动态过程、生物物理过程和大气过程的数字化表达;农业物候变化对地表净辐射、潜热、感热、反照率和气温、降水、环流等过程产生了影响,并表现出以地表能量分配为主的气候反馈机理。针对农业物候动态对地表生物物理过程及气候效应的时空重要性,需要继续开展以下方面的工作：① 加强全球变化对地表物候动态的影响及其反馈的综合研究;② 不同光谱波段地表反射率与农业物候动态的关系研究;③ 农业物候动态引起的作物生理学特征变化在地表生物物理过程中的贡献;④ 重视不同气候区物候动态对气候反馈效应的差异。     

Influences of agricultural phenology dynamic on land surface biophysical process and climate feedback

Response and feedback of land surface process to climate change is one of the research priorities in the field of geoscience. The current study paid more attention to the impacts of global change on land surface process, but the feedback of land surface process to climate change has been poorly understood. It is becoming more and more meaningful under the framework of Earth system science to understand systematically the relationships between agricultural phenology dynamic and biophysical process, as well as the feedback on climate. In this paper, we summarized the research progress in this field, including the fact of agricultural phenology change, parameterization of phenology dynamic in land surface progress model, the influence of agricultural phenology dynamic on biophysical process, as well as its feedback on climate. The results showed that the agriculture phenophase, represented by the key phenological phases such as sowing, flowering and maturity, had shifted significantly due to the impacts of climate change and agronomic management. The digital expressions of land surface dynamic process, as well as the biophysical process and atmospheric process, were improved by coupling phenology dynamic in land surface model. The agricultural phenology dynamic had influenced net radiation, latent heat, sensible heat, albedo, temperature, precipitation, circulation, playing an important role in the surface energy partitioning and climate feedback. Considering the importance of agricultural phenology dynamic in land surface biophysical process and climate feedback, the following research priorities should be stressed: (1) the interactions between climate change and land surface phenology dynamic; (2) the relations between agricultural phenology dynamic and land surface reflectivity at different spectrums; (3) the contributions of crop physiology characteristic changes to land surface biophysical process; (4) the regional differences of climate feedbacks from phenology dynamic in different climate zones. This review is helpful to accelerate understanding of the role of agricultural phenology dynamic in land surface process and climate feedback.     

土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望

土壤碳库动态及其驱动机制是陆地生态系统碳循环与全球变化研究的热点问题之一。随着各国对《京都议定书》的重视,农业土壤碳库变化及其源汇效应研究不断加强,但以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳,较少考虑无机碳的作用和地位,干旱区土壤无机碳储量巨大,其在区域碳循环过程中的贡献日益显著,这使得干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。国内外关于农业土壤有机碳动态的研究主要围绕农业土壤有机碳储量、固碳潜力等问题展开,研究区多为湿润、半湿润地区;国际上对农业土壤无机碳动态的研究主要集中在干旱区土地管理措施对土壤发生性碳酸盐碳的形成与转化方面,研究方法以稳定同位素技术为主,但目前关于中国干旱区农业土壤无机碳动态的研究还较为薄弱。因此,应加强干旱区绿洲土壤碳循环研究,深入分析干旱区绿洲土壤碳的源/汇效应;探讨土壤无机碳动态变化的机理。     

Urban carbon footprint and carbon cycle pressure: The case study of Nanjing简

Urban carbon footprint reflects the impact and pressure of human activities on ur- ban environment. Based on city level, this paper estimated carbon emissions and carbon footprint of Nanjing city, analyzed urban carbon footprint intensity and carbon cycle pressure and discussed the influencing factors of carbon footprint through LMDI decomposition model. The main conclusions are as follows： （1） The total carbon emissions of Nanjing increased rapidly since 2000, in which the carbon emission from the use of fossil energy was the largest Meanwhile, carbon sinks of Nanjing presented a declining trend since 2000, which caused the decrease of carbon compensation rate and the increase of urban carbon cycle pressure. （2） The total carbon footprint of Nanjing increased rapidly since 2000, and the carbon deficit was more than ten times of total land areas of Nanjing in 2009, which means Nanjing confronted high carbon cycle pressure. （3） Generally, carbon footprint intensity of Nanjing was on de- crease and the carbon footprint productivity was on increase. This indicated that energy utilization rate and carbon efficiency of Nanjing was improved since 2000, and the policy for energy conservation and emission reduction taken by Nanjing＇s government received better effects. （4） Economic development, population and industrial structure are promoting factors for the increase of carbon footprint of Nanjing, while the industrial carbon footprint intensity was inhibitory factor. （5） Several countermeasures should be taken to decrease urban carbon footprint and alleviate carbon cycle pressure, such as： improvement of the energy efficiency, industrial structure reconstruction, afforestation and environmental protection and land use control. Generally, transition to low-carbon economy is essential for Chinese cities to realize sustainable development in the future.