全球变化的中国气候-植被分类研究

区域潜在蒸散具有作为植被－气候相关分析与分类的综合气候指标的功能。根据区域潜在蒸散对气候－植被分类的热量与水分指标进行了初步探讨,并对中国气候－植被分类进行了初步的定量研究。根据该模式对中国陆地生态系统对全球变化的反应进行了探讨,结果表明我国自然植被在气温增加２℃或４ ℃、降水增加２０％ 时, 森林和草原的面积都有所减少,且随着温度的升高而减少,沙漠化趋势增强。特别是青藏高原地区对全球气候变化非常敏感,因而可以作为全球变化的先兆区或预警区,具有重要的监测和研究意义     

中国气候－植被关系初探

气候－植被分类必须强调气候因子的综合影响及其指标的区域性。一般的气候观测缺乏在生物学上具有重要与综合的作用或代表性,而区域潜在蒸散包括从所有表面的蒸发与植物蒸腾,并涉及到决定植被分布的两大要素：温度和降水。因此,区域潜在蒸散具有作为植被－气候相关分析与分类的综合气侯指标的功能。本文首次根据区域潜在蒸散对气侯－植被关系的热量与水分指标进行了初步探讨,提出了进行气候－植被关系的热量指标（ＴＩ）和区域湿润指标（ＲＭＩ）,并据此对中国气侯－植被关系进行了初步的定量研究。该研究对于了解气候－植被之间的相互关系,正确地评估和预测全球变化对人类及生物所赖以生存的生态环境的影响具有重要的理论和现实意义。     

中国气候-植被关系初探

气候—植被分类必须强调气候因子的综合影响及其指标的区域性。一般的气候观测缺乏在生物学上具有重要与综合的作用或代表性,而区域潜在蒸散包括从所有表面的蒸发与植物蒸腾,并涉及到决定植被分布的两大要素：温度和降水。因此,区域潜在蒸散具有作为植被—气候相关分析与分类的综合气候指标的功能。本文首次根据区域潜在蒸散对气候—植被关系的热量与水分指标进行了初步探讨,提出了进行气候—植被关系的热量指标(TI)和区域湿润指标(RMI),并据此对中国气候—植被关系进行了初步的定量研究。该研究对于了解气候—植被之间的相互关系,正确地评估和预测全球变化对人类及生物所赖以生存的生态环境的影响具有重要的理论和现实意义。     

植被对于气候的反馈作用

根据地球表面两个平衡方程：热量平衡方程和水量平衡方程初步探讨了植被对于气候的反馈作用。研究结果指出,植被对于全球气候变化有减缓作用,植被的存在将使一地的径流量减少,增加了保水能力,对于一地降水量无显著影响,而对于气候变化的作用是增温还是降温须视具体地点的情况而定。对于中纬度地区,当某一区域的径流量的变化与下垫面反射率的变化满足关系：Δｆ ＝ ５Δα×１０－ ４ｇ／（ｃｍ ２·ｍ ｉｎ）时,地表温度并不因为下垫面反射率或径流量的变化而变化。这一研究结果还表明在制定全球变化对陆地生态系统影响对策时必须因地制宜,以保证地球成为一个适于人类生存与持续发展的生命支持系统     

植被—气候关系研究概述

在对植被－气候关系研究历史回顾的基础上,简单介绍了６种研究全球变化的植被－气候分类系统,指出了ＣＯ２浓度倍增后,全球的气候变化与中国陆地植被所可能发展变化的趋势。     

气候年际变率对全球植被平均分布的影响

采用改进后的通用陆面模式的动态植被模式(CLM-DGVM)研究当前气候条件下气候年际变率对全球潜在植被平均分布的影响。设计两组区域数值实验,一组使用基于NCEP再分析资料衍生的1960-1999年多年气象数据循环驱动,对照实验使用这40a的气候平均态或单年气象资料驱动(即没有气候年际变率),分别考察有无气候年际变化对热带、温带和寒带的潜在植被分布平衡态的影响。在此基础上以1950-1999年上述数据及对应的气候平均态为驱动做两组全球实验。结果表明气候年际变率导致全球植被总覆盖度下降,其中树和灌木减少而草增加;全球平均覆盖度的变化按常绿树、草、灌木、落叶树顺序递减,而相对变化(即格点覆盖度差异的绝对值的全球平均值与气候平均态下植物覆盖度的比值)按灌木、草、落叶树、常绿树顺序递减。在温度、降水、风速、比湿、光照、气压等6种气候因子中降水年际变率对于植被平均分布影响最显著。受降水影响,当年降水小于1200mm时植被总覆盖度的差异随其变率增加而下降,其它时候影响不明显。年降水小于1500mm时树减少,幅度随其年际变率变大而增加。常绿树无论降水多寡均减少,而落叶树在年降水大于1500mm时随其变率变大而增加。草在年降水小于1500mm、变率为中等时差异最大,降水较大时其年际变化对草的影响不大。温度年际变率对落叶树分布影响不大而使常绿树减少,尤其是在寒带,其幅度大致随变率增加而变大。草主要在温度高于-10℃增加而灌木在温度低于0℃增加。植被总体覆盖度在温度高于0℃时受影响普遍降低,降低的区域对应于温度年际变率较大的区域。以上结果说明用气候模式或生物地理模式预测未来植物分布时要同时考虑气候平均态和气候变率两方面的变化。     

植被－气候关系研究概述

在对植被－气候关系研究历史回顾的基础上,简单介绍了６种研究全球变化的植被－气候分类系统,指出了ＣＯ２浓度倍增后,全球的气候变化与中国陆地植被所可能发展变化的趋势。     

中国潜在植被生产力的分布与模拟

利用中国植被净第一性生产力ＮＰＰ（ｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）的散点测量数据及中国一般气象站气候记录资料,并根据附近气象站数据进行地理位置相关插值,采用Ｐｅｎｍａｎ方法计算潜在蒸散,用Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ的土壤水分处理方法,计算了ＮＰＰ测定位点的水分平衡。结果表明ＮＰＰ与生长季实际蒸散、总蒸散、潜在蒸散显著相关,与干燥度成负相关。从生长季的实际蒸散、干燥度指标两参数出发,建立了ＷＢＩＮＰＰ模型：ＮＰＰ＝２．５５·ＧＡＥ·ｅ－４．２０９２２－１．９６６５ＡＩ。该模型考虑了植被生产力形成机制,与ＮＰＰ实测值相关性高达０．８４２,高于国际上著名ＮＰＰ模型Ｍｉａｍｉ模型、ＴｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅＭｅｍｏｒｉａｌ模型和Ｃｈｉｋｕｇｏ模型（相关系数为０．６５５～０．７３２）。最后利用ＥＩＳ软件对全国潜在ＮＰＰ分布格局进行了分析,从东南到西北逐渐减少,最大值出现在海南和台湾,大于２２ｔ·ｈｍ－２·ａ－１,长江中下游地区１２～１６ｔ·ｈｍ－２·ａ－１,华北平原为８～１２ｔ·ｈｍ－２·ａ－１,东北地区为４～８ｔ·ｈｍ－２·ａ－１;草原地区为２ｔ·ｈｍ－２·ａ－１左右,干旱荒漠小于２ｔ·ｈｍ－２·ａ－１。     

植被变化对气候的反馈机制及调节效应

植被通过光合作用固定大气中的CO₂来减缓温室效应，同时植被也通过改变地表能量收支影响温室效应。在过去的气候-植被研究中，大多关注气候变化对植被的影响，而植被对气候反馈的研究相对较少。植被通过调节地表能量收支、水通量等重要地气过程影响局地、区域乃至全球气候，在气候变化中的作用十分重要。因此，需要厘清植被对气候的反馈效应机制及其结果，并识别其地域差异。从生物地球物理和生物地球化学过程两方面分析植被与气候之间的作用机制，对全球及关键区域内植被变化对局地、区域乃至全球的气候反馈效应进行了系统总结：（1）生物地球物理反馈的区域特征明显，生物地球化学反馈则表现在全球尺度上，二者相互作用但难以统一；（2）植被破坏带来的气候影响在气温效应方面与生态系统的类型及地理分布相关：热带森林破坏带来增温效应，北方森林破坏带来降温效应，温带森林破坏则会通过增加森林反照率抵消丢失的固碳降温效应，气温效应表现不明显；（3）当前研究对关键过程机制考虑不够完善，不同研究方法的结果差异较大，且缺乏高质量观测数据的验证；同时考虑生物地球物理和生物地球化学的净气候反馈研究尚无法支撑植树造林对气候变化单一减缓作用的常规理解。本文可为科学评估植树造林对气候变化作用的方向与强度提供理论依据。     

黄土高原与安塞县植被变化及其气候响应特征

利用1982～2003年黄土高原和安塞县归一化植被指数(NDVI)及安塞县气候资料,分析了黄土高原不同尺度范围植被的时间变异特征及其对安塞县气候变化的可能影响.结果表明:(1)22年间黄土高原植被NDVI以年均7.0×10-4增加,且春秋植被NDVI增加显著,表明黄土高原植被覆盖状况明显改善.(2)安塞县植被NDVI并未呈现显著增加趋势,且植被NDVI比黄土高原整体水平低22.93%,使得安塞县气候对黄土高原植被变化有显著的响应变化.(3)当黄土高原年际和春季植被NDVI每增加0.01,安塞县最高和最低气温分别增加0.42℃和0.26℃;生长季植被决定了黄土高原整体植被的分布,当其植被NDVI每增加0.01时,安塞县年均相对湿度增加1.14%,蒸发量和风速分别下降49.70 mm和0.06 m*s-1.可见黄土高原植被恢复对其所含县域尺度区域的气候有明显影响.     

中国喀斯特植被分类系统

我国喀斯特地貌分布广泛,是全球喀斯特集中分布区面积最大且岩溶发育最强烈的典型区域。喀斯特植被物种组成独特,生物多样性丰富,群落结构复杂,植被类型极其丰富。该文对已发表的喀斯特植被类型和近期的调查资料进行系统整理,依据《中国植被志》的分类原则,在群系尺度上编制了中国喀斯特植被分类系统,包括3个植被型组、13个植被型和554个群系。探讨了喀斯特植被的分类系统与原有分类系统的衔接,并依据相关资料,对喀斯特生境专性群系进行了识别和判定,以期为喀斯特区域的石漠化治理、植被修复提供科学参考。     

中国木荷及木荷林的地理分布与气候的关系

在广泛收集木荷（ＳｃｈｉｍａｓｕｐｅｒｂａＧａｒｄｎ．ｅｔＣｈａｍｐ．）及木荷林地理分布资料的基础上,利用目前国际上比较流行的研究植被－气候相互关系的指标和方法,包括Ｋｉｒａ的水热指标,Ｐｅｎｍａｎ的公式,Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ的指标和气候分类,Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ的生命地带分类系统指标,以及单一气象因子年平均气温、年降水量等,分析研究了木荷及木荷林在中国的分布与气候的关系,讨论了木荷分布上限、下限以及北界的Ｋｉｒａ热量指标状况,并利用Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ生命地带分类系统指标预测了未来气候变化条件下中国木荷及木荷林分布区的可能变化     

4个常用的气候-植被分类模型对中国植被分布模拟的比较研究

 应用KAPPA一致性检验方法,比较研究了4个常用的气候植被分类模型：Penman模型、Holdridge生命地带系统、Kira模型和Thornthwaite模型对中国植被分布模拟的一致性和适用性。结果表明：这4个常用的气候 植被分类模型对中国植被区划一级分类的植被地理分布模拟效果较好。其中,Holdridge生命地带系统的KAPPA值达到0.57,模拟效果优于其它三者。但对特定地区,如青藏高原的植被地理分布,所有模型均需改进或引入新的影响因子才能较好地模拟二级植被区划的植被地理分布。1)Penman模型对温带草原和青藏高原的植被地理分布模拟的KAPPA值超过0.50,是4个模型中对青藏高原植被地理分布模拟效果最好的。2)Thornthwaite模型对热带雨林、季雨林植被地理分布模拟的KAPPA值达到0.40,可以弥补Holdridge生命地带系统对热带植被地理分布模拟精度的不足。3) Holdridge生命地带系统对中国植被地理分布模拟的效果最佳,但对西部季雨林、雨林区域(52)、西部草原亚区域(63)、青藏高原温性荒漠地带(86)和温性草原地带(84)的模拟程度不理想。4)Kira模型对亚热带常绿阔叶林植被地理分布的模拟效果可与Holdridge生命地带系统相媲美;对低海拔和湿润、湿润地区植被地理分布的模拟效果尚可,但在温带荒漠区与青藏高原区植被地理分布的模拟效果与实际相差较远。     

植被气候变化与我国的植被分区

气候制约着植被的地理分布,植被是区域气候特征的反映和指示,两之间存在密不可分的联系。揭示植被与气候之间的关系是正确认识植被分布的前提,是进行植被区划的理论基础,植被区划是植被研究的归纳和总结,是其他自然地理区划和农林业区划的基础,本在简要回顾中国植被气候关系及植被分区的研究历史的基础上,对我国以往的主要植被分区原则,依据和方案进行了评述,对有争议的主要植被界线进行了讨论,我们认为,在当今我国大部分地区的原生植被已遭到破坏的现实情况下,根据原生植被及其衍生植被类型的分布,确定其分布与限制性气候因子的关系,以此来进行植被带（区）的划分,不仅反映植被气候间密不可分的关系,在实践上也便于操作,尽管在一些植被带的命名,具体界线的划定上有分歧,但最近的中国植被分区方案大都认为我国基本的植被区有8至9个,即针叶林、针阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林,常绿阔叶林以及雨林季雨林,草朱、荒漠以及高寒植被,通过分析主要植被带附近的植被,气候等特征,本认为,1）秦岭淮河线是一条重要的水分气候带,而不是温度带,不是亚热带植被的北界;2）我国亚热带植被的北界基本上沿长江北岸,从杭州湾经太湖、安徽宣城、铜陵经大别山南坡到武汉往西,与WI值130-140℃,月一致;3）我国热带区域的面积极小,仅分布在海南岛的东南部和台湾南端及其以南地区;4）我国东部地区暖温带的水热条件南北差异甚大,建议以秦岭淮河为界,将暖温带划分为两个植被带,即落叶阔叶林疏林带和落叶常绿阔叶混交林带,华北地区的地带性植被为落叶阔叶疏林,最后,本还强调了对应于气候变化进行动态植被分区的重要性。     

植被气候关系与我国的植被分区

气候制约着植被的地理分布,植被是区域气候特征的反映和指示,两者之间存在密不可分的联系.揭示植被与气候之间的关系是正确认识植被分布的前提,是进行植被区划的理论基础.植被区划是植被研究的归纳和总结,是其他自然地理区划和农林业区划的基础.本文在简要回顾中国植被气候关系及植被分区的研究历史的基础上,对我国以往的主要植被分区原则、依据和方案进行了评述,对有争议的主要植被界线进行了讨论.我们认为,在当今我国大部分地区的原生植被已遭到破坏的现实情况下,根据原生植被及其衍生植被类型的分布,确定其分布与限制性气候因子的关系,以此来进行植被带(区)的划分,不仅反映植被气候间密不可分的关系,在实践上也便于操作.尽管在一些植被带的命名、具体界线的划定上有分歧,但最近的中国植被分区方案大都认为我国基本的植被区有8至9个,即针叶林、针阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林以及雨林季雨林、草原、荒漠以及高寒植被.通过分析主要植被带附近的植被、气候等特征,本文认为,1)秦岭淮河线是一条重要的水分气候带,而不是温度带,不是亚热带植被的北界;2)我国亚热带植被的北界基本上沿长江北岸,从杭州湾经太湖、安徽宣城、铜陵经大别山南坡到武汉往西,与WI值130-140 ℃·月一致;3)我国热带区域的面积极小,仅分布在海南岛的东南部和台湾南端及其以南地区; 4) 我国东部地区暖温带的水热条件南北差异甚大,建议以秦岭淮河为界,将暖温带划分为两个植被带,即落叶阔叶疏林带和落叶常绿阔叶混交林带;华北地区的地带性植被为落叶阔叶疏林.最后,本文还强调了对应于气候变化进行动态植被分区的重要性.     

植被的PE（可能蒸散）指标与植被气候分类（三）

Holdridge的生命地带分类系统由于其指标的计算十分简便与对植被的对应性强而受到国际植被生态学界与环境科学研究者的重视。特别是近年来在环境的评价、生态区划与预测全球变化对生态系统的影响等方面得到较多采用。该系统对中国各植被地带的气候台站资料进行计算分析的结果表明有较好的适应性。但由于该系统发展于中美洲的热带地区,因而在中国的亚热带地区须进行局部的调整。但采用该系统将有利于与世界各地的气候—植被分类系统的统一与对比研究。通过回归计算表明,该系统的可能蒸散率(PER)指标与CHIKUGO模型的辐射干燥度(RDI)显著相关。因而可以采用便于取得资料与易于计算的PER来进行潜在第一性生产力(NPP)的估算。对中国各植被地带的计算结果令人满意,可进一步用于在全球变化条件下,中国各植被地带或生态系统主要类型及其NPP变化的预测。     

植被气候关系与我国的植被分区(英文)

气候制约着植被的地理分布 ,植被是区域气候特征的反映和指示 ,两者之间存在密不可分的联系。揭示植被与气候之间的关系是正确认识植被分布的前提 ,是进行植被区划的理论基础。植被区划是植被研究的归纳和总结 ,是其他自然地理区划和农林业区划的基础。本文在简要回顾中国植被气候关系及植被分区的研究历史的基础上 ,对我国以往的主要植被分区原则、依据和方案进行了评述 ,对有争议的主要植被界线进行了讨论。我们认为 ,在当今我国大部分地区的原生植被已遭到破坏的现实情况下 ,根据原生植被及其衍生植被类型的分布 ,确定其分布与限制性气候因子的关系 ,以此来进行植被带 (区 )的划分 ,不仅反映植被气候间密不可分的关系 ,在实践上也便于操作。尽管在一些植被带的命名、具体界线的划定上有分歧 ,但最近的中国植被分区方案大都认为我国基本的植被区有 8至 9个 ,即针叶林、针阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林以及雨林季雨林、草原、荒漠以及高寒植被。通过分析主要植被带附近的植被、气候等特征 ,本文认为 ,1)秦岭淮河线是一条重要的水分气候带 ,而不是温度带 ,不是亚热带植被的北界 ;2 )我国亚热带植被的北界基本上沿长江北岸 ,从杭州湾经太湖、安徽宣城、铜陵经大别山南坡到武汉     

水热积指数的估算及其在中国植被与气候关系研究中的应用

试图利用大气年平均气温、年降水量、可能蒸散和土壤水分平衡之间的关系建立一个水热积指数,并应用年平均气温、年土壤水分盈亏值和水热积指数三个气候变量来限定植物群落组合,构成一个圆形的生命-气候图式。根据全国689个标准气象台站的气候资料,计算了中国8个植被地带和26个亚地带的年平均气温、年土壤水分盈亏和水热积指数,绘制了各气候指标在中国的分布图及散点图,较好表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局,包括寒温带针叶林、冷温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林和季雨林、温带草原、温带荒漠、青藏高原高寒植被,并得到了中国各植被地带的气候指标范围及界限。通过分析可以看出,年平均气温的等值线较好地反映了中国大陆的热量梯度,经度和纬度方向的区分均较明显;年土壤水分盈亏曲线的等值线则比较零乱;综合了热量和水分差异的水热积指数等值线与热量梯度和水分梯度均有一定的对应性,与植被类型的对应也较好。这是在宏观尺度上进行的植被与气候关系研究的一种尝试。     

基于C值和>5℃积温的内蒙古自治区植被-气候分类

C值是崔启武(1981)提出的一个水热联系方程的参数,代表了一个地区的干湿状况。本研究根据150个气象站点资料,计算了内蒙古自治区1961—1990年30年平均C值和>5℃积温,并生成空间分布图。结合内蒙古自治区植被地带分布图,绘制了内蒙古10个植被地带的C值和>5℃积温的散点图,较好地表现了内蒙古各植被带与气候指标的关系,并确定了内蒙古各植被带的C值和>5℃积温的界限。根据确定的各个植被带的C值和>5℃积温的界限,模拟了内蒙古自治区植被带的空间分布。通过Kappa一致性检验结果表明,C值与>5℃积温结合可以较好地反映内蒙古植被地带的空间分布状况。作为一个综合气候指标,C值为模拟内蒙古植被带分布提供了重要信息。     

准噶尔盆地植被与土壤盐渍化关联性变化趋势分析

准噶尔盆地作为北疆地区主要的气候单元其环境变化会影响北疆地区整体的的生态环境变化。植被作为衡量区域生态环境的重要指标直接反映了准噶尔盆地的生态状况,近年来受到全球气候变化的影响准噶尔盆地地区气候格局发生改变,盆地相比于往年降水和气温明显升高,这种改变影响了盆地的植被变化同时也会在部分地区诱发土壤盐渍化灾害。土壤盐渍化是我国西北地区常见的导致植被退化的因素,其生成原因与地形和气候因素有关。为了探究准噶尔盆地植被变化与土壤盐渍化的关联性,基于2002-2019年生长季MOD09A1遥感影像数据,利用最大值合成法、Mann-Kendall趋势分析,Hurst趋势分析法、相关性分析等方法对准噶尔盆地植被和土壤盐渍化变化趋势以及两者的关联性进行了分析。结果表明,受区域降水和气温升高的影响,近20年来准噶尔盆地生长季植被整体呈增加趋势,各季节增加区域面积占比为63.50%-90.93%,平均为77.98%。土壤盐渍化呈减少趋势,各季减少区域面积占比为46.50%-86.78%,平均为70.68%。在地形低洼、排水不畅的区域土壤盐渍化程度加重,植被因盐分胁迫导致衰退,植被减少及巨大的蒸发降水比使得该地区土壤进一步变干,湿度降低。关联性分析结果表明各季植被与土壤盐渍化的变化中呈显著负相关的区域面积占比为37.36%-57.83%,平均为51.75%。Hurst趋势预测结果表明,当前植被和土壤盐渍化两者呈显著性变化的区域未来预测与当前变化方向相同,两者呈一般性变化的区域未来预测与当前相反。研究有助于在全球气候变化背景下了解准噶尔盆地近年来生态环境变化,结果为区域生态环境的可持续发展提供参考。