藏北牧区地表湿润状况对气候变化的响应

利用1961～2006年藏北牧区6个站月平均最高气温、最低气温、降水量、风速、相对湿度、日照时数资料,应用Penman-Monteith模型计算得出潜在蒸散,分析了地表湿润指数的变化趋势、年代际变化特征及季节差异,并讨论了影响地表湿润指数的气象因子.研究表明:近46a藏北牧区年地表湿润指数呈现增大趋势,增幅0.01～0.05/10a;四季地表湿润指数大部分牧区也呈增大趋势,春、秋季增幅明显.近26a(1981～2006年)、季潜在蒸散表现为明显的减少趋势,降水量显现增多趋势,地表湿润指数增大趋势加大,以夏季最为突出.就年平均而言,藏北牧区20世纪60年代初、中期以高湿低温为其主要气候特征;20世纪60年代后期至80年代中期,表现为冷干型的气候特征;90年代初之后,气温持续升高,地表湿润指数显著增加,呈现以暖湿为主的年代际变化特征.湿润指数对降水量、相对湿度和气温日较差的响应最为敏感,而对日照时数和风速的响应也较为明显.     

海南岛尖峰岭林区近50 年气候突变、异常及变化周期的初步研究

作为中国典型的热带森林生态系统之一, 海南尖峰岭热带森林长期的气候动态变化对于评价气候变化对森林的影响的有着重要的作用。研究采用海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站尖峰气象观测场1957-2006年的地面常规气象观测资料, 利用累积距平法和Mann-Kendall 检验法以及小波分析法分析了尖峰岭林区气候突变和气候异常以及变化周期特征, 结果表明: 该区近50 年的年平均气温、年平均地温、年平均最低气温在1978 年左右发生了一次由低到高的突变; 平均最高气温、年平均相对湿度和平均水汽压在1988 年左右都发生了一次由低到高的突变; 年蒸发量在1988-1990 年经历由大到小的突变。在1998 年高强度ENSO 事件发生的年份, 气温和地温均出现异常偏高, 表明该林区的气候变化正是对全球气候异常的一次明显响应过程。Morlet 小波分析表明尖峰岭林区气候变化主要存在10~25 年的周期。     

1971-2010年中国大陆潜在蒸散变化的年代际转折及其成因

潜在蒸散时间演变的年代际转折研究有助于全面认识潜在蒸散对气候变化的响应。基于修正的FAO56 Penman-Monteith公式和中国580个台站逐日气象观测资料,利用气候变化趋势转折判别模型分析了1971—2010年中国潜在蒸散变化的年代际转折特征,并探讨转折前、后的变化趋势及其主导因素。结果表明:1971—2010年中国年平均潜在蒸散在20世纪90年代初期由显著下降(-2.46 mm/a)转变为显著上升(1.57 mm/a),这与影响潜在蒸散变化的4个气象因子趋势的年代际转折密切相关。90年代之前,全国风速和日照时数普遍下降引起的负贡献超过气温上升引起的正贡献,导致潜在蒸散显著下降;90年代之后,全国大部分地区的增暖加剧和干旱化使得气温和相对湿度的正贡献明显增大,超过由于风速和日照时数下降趋势减缓甚至转折而减小的负贡献,导致潜在蒸散显著上升。潜在蒸散趋势转折现象在全国80%以上的站点普遍存在,且转折前、后主导因子的空间分布格局存在差异。90年代之前,风速和日照时数分别是北方和南方多数站点的主导因子;90年代之后,以气温和相对湿度为主导因子的站点明显增多,尤其是在西北地区、青藏高原和东南沿海部分地区。     

近50年武威市地气温差变化趋势及影响因子

利用1961—2010年甘肃省武威市4个气象站月平均0 cm地温、气温及年日照时数、蒸发、降水、相对湿度和平均风速等观测资料,运用趋势系数法系统分析了该区域近50 a地气温差的时空分布特征,采用相关系数法和多元线性回归中的标准化回归系数分析了影响地气温差的气象因子。结果表明武威市地气温差的空间分布与地表植被、地层岩性、土层含水量等局域性因素有关,中部绿洲平原最大,北部荒漠区最小。月变化中,夏半年较大,6月最高;冬半年较小,12月最低。季节变化趋势不太一致,春夏季均呈上升趋势;秋季中北部上升,浅山区下降;冬季(除北部荒漠区外)均呈下降趋势。年和年代际变化总体呈上升趋势,中北部较显著;年平均地气温差的时间序列存在着5—7 a的准周期变化,并在2004年发生了突变。年地温、气温均呈升高趋势,年地气温差与地温、气温呈正相关。影响地气温差的主要因子是最高地温、蒸发量和降水量。地气温差与平均最高地温、平均最低气温和日照时数均呈正相关,但与蒸发、降水、相对湿度和平均风速均呈负相关。     

“蒸发悖论”在吉林省的表现及成因分析

利用吉林省45个气象站1970—2014年的气象资料,分析过去45年吉林省蒸发皿蒸发量和各气象要素的变化趋势,重点对"蒸发悖论"在吉林省的分布规律和成因进行分析。结果表明:过去45年,吉林省范围内气温显著增加,蒸发皿蒸发量呈显著下降趋势,总体上存在"蒸发悖论";四季中春季蒸发量显著下降,而其他三季中蒸发量小幅上升,但并不显著;年平均状态下全省共有30个气象站存在悖论,空间上自西向东逐步增加;春季存在悖论的站点数最多,其他三季中存在悖论的站点数较春季有所下降,仅出现在吉林省西部以及中东部的个别站点;相关气象因子对蒸发量影响程度排序为风速水汽压差气温日照时数;春季影响蒸发量变化的主因子是风速,而夏、秋、冬三个季节中影响蒸发量变化的主因子为水汽压差;空间上,影响吉林省西部和中部蒸发年变化的主导因子是风速和日照时数,而南部则是水汽压差。     

秦岭南北近地面水汽时空变化特征

利用秦岭南北地区47个气象站1960-2011年的观测资料,借助Spline空间插值、Pettitt突变点检验、Morlet小波分析等方法对水汽的空间分布、时空演变、突变特征和周期特征及其可能影响因素进行分析.结果表明:①秦岭南北近地面水汽呈南高北低、东高西低的空间分布格局,各子区水汽由南向北递减,季节分布规律与年尺度基本一致,以夏季最大,冬季最小.②近52年平均水汽压呈上升趋势,秦岭南坡和汉水流域上升速率较快,巴巫谷地呈下降趋势;③53％的站点冬季水汽压发生突变,集中分布于秦岭以南的部分地区,突变集中发生在1985-1988年间,与冬季气温突变时间一致,其余季节突变现象不明显.④水汽在21a时间尺度下经历了4次干湿交替变化,各季节水汽变化规律与年尺度基本一致,未来一段时间该地区仍然处于相对干旱状态.⑤水汽压受到包括气温、风速、日照在内的多种气象因素的综合作用,影响力大小排序为气温＞降水量＞日照时数＞相对湿度.     

全球气候变化背景下华北平原气候资源变化趋势

在全球气候变化的大背景下,过去几十年,华北平原气候资源也发生了相应的变化,这一变化对该区域的粮食生产将产生深刻的影响。利用华北平原1961-2007年逐日气候资料,探讨了不同年代际间该区域气候资源的空间分布特征。研究结果表明:气候变暖使华北平原热量资源更加丰富,全区≥0℃和≥10℃积温呈整体增加趋势,空间分布呈北移东扩的变化特征;且气候带移动特征明显,向北移动了3个纬度,约300多km。过去47a,华北区域年降水量呈下降趋势,平均下降速率为18mm/10a。夏、秋两季降水量呈减少趋势,速率在25-40mm/10a之间;春、冬两季降水量呈微弱增加趋势,但增加幅度小于夏、秋两季的减少幅度。年平均参考作物蒸散量呈整体下降趋势,减幅小于降水量的变化趋势。全区日照时数显著减少,纬向分布特征明显,以大中城市附近减少最为突出。     

华北平原参考作物蒸散量时空变化及其影响因素分析

根据华北平原56个气象站1960—2012年逐日气象数据和Penman-Monteith模型计算了各站及区域整体参考作物蒸散量(ET0),利用样条插值法、气候倾向率、累积距平、敏感性系数等方法对华北平原ET0的时空变化及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)华北平原多年平均ET0为1071.37mm,空间上呈现高低值相间分布格局,高值中心分布在冀北、鲁中、豫西,而低值中心分布在冀东、鲁南、豫东及豫南等地;(2)近53年ET0呈减少趋势(-12.8mm/10a),山东半岛北部及冀北等地有缓慢增加趋势,其余地区以减少为主;(3)ET0对气温、平均风速、日照时数为正敏感,而对相对湿度为负敏感。平均气温与日照时数敏感系数呈现下降趋势,相对湿度与风速敏感系数表现出上升趋势。ET0对气温和风速敏感度高的区域同时对日照时数和相对湿度敏感度较低;(4)归因分析表明,华北平原ET0的主导因子是日照时数,平均风速次之,相对湿度、最高温度、最低温度对ET0变化影响较小,日照时数主导区域包括冀北、坝上地区、冀中、豫西、豫南、鲁中及鲁西北,平均风速的主导区域为冀南、河南黄河以北、豫中、鲁西北,温度主导区域零星分布于冀北、豫西、山东半岛等地,相对湿度的主导区域主要分布在鲁南、山东半岛。     

长白山阔叶红松林近22年的气候动态

长白山阔叶红松林作为典型的温带森林生态系统。其长期的气候动态状况对研究全球变化具有重要的意义。本文采用中国科学院长白山森林生态系统定位站气象观测场1982～2003年的地面常规气象观测资料,对长白山阔叶红松林的光能因子（包括年日照时数、年日照百分率）、热量因子（包括年平均气温、1月、7月月平均气温、年极端最高、最低气温、年积温）、水分因子（包括年总降水量、年最大雪深、相对湿度、年总蒸发量）、以及年平均风速与风向等气候因子进行了分析,从而得出这些因子22年的平均值及其动态变化趋势,进而为相关领域的研究提供基础资料。     

中国西北潜在蒸散时空演变特征及其定量化成因

潜在蒸散是区域干湿状况评价、作物需水量估算和水资源合理规划的关键因子。基于FAO推荐的Penman-Monteith公式和126个台站1961—2009年逐日气象观测资料估算西北干旱半干旱区的潜在蒸散量ET0,并对其空间分布特征进行了讨论。通过非参数化Sen趋势分析法和M-K统计检验法方法分析潜在蒸散的时间演变规律,并定量探讨了西北地区影响ET0变化的主导因素。结果表明:49 a来,西北地区ET0的年平均值约为980.63 mm,其中夏季的值最大,冬季的值最小。年平均ET0的大值区位于西北日照时数的高值中心,低值区主要位于海拔高,气温低的山区。西北地形和气候的多样性导致多年平均潜在蒸散的变化及其原因具有明显的时空差异。ET0的变化主要归因于风速和气温,而相对湿度和日照时数的作用较小。由于风速的负贡献超过气温的正贡献,导致年平均ET0整体上呈下降趋势。四季中,春冬两季的ET0缓慢上升,冬季的变化率是春季的两倍;夏秋两季的ET0有所下降,但只有夏季的变化趋势显著。春、夏、秋三季ET0变化的首要主导因子是风速,而冬季的首要主导因子是气温。空间上,西风带气候区ET0降低主要归因于风速的减小,陕南地区ET0下降主要归因于日照时数的减少,其它地区ET0上升的主要原因是气温的增加。     

海南岛尖峰岭热带山地雨林区26年的热量因子变化特征

尖峰岭热带山地雨林作为中国典型的热带森林生态系统,其长期的气候动态状况对研究全球变化具有重要的意义。本文采用海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站天池气象站1980—2005年的地面常规气象观测资料,分析了尖峰岭热带山地雨林区热因子的变化趋势。结果表明：26年来,林区热因子（平均气温、平均地温、平均最高/最低气温、平均最高/最低地温、极端最高/最低气温、极端最高/最低地温、地气温差、年积温）均呈上升趋势,其中平均气温、平均地温、地气温差、平均最低气温和极端最高/最低地温升高趋势明显,每10年分别增加0.32 ℃、0.59 ℃、0.27 ℃、0.39 ℃、2.03 ℃、1.62 ℃,最低温度的升高趋势都大于最高温度的增长速率,说明尖峰岭热带山地雨林区气候变暖来自于最低温度升高的贡献。     

Spatial patterns and recent trends in the climate of tropical rainforest regions

We present an analysis of the mean climate and climatic trends of tropical rainforest regions over the period 1960-1998, with the aid of explicit maps of forest cover and climatological databases. Until the mid-1970s most regions showed little trend in temperature, and the western Amazon experienced a net cooling probably associated with an interdecadal oscillation. Since the mid-1970s, all tropical rainforest regions have experienced a strong warming at a mean rate of 0.26 +/- 0.05 degrees C per decade, in synchrony with a global rise in temperature that has been attributed to the anthropogenic greenhouse effect. Over the study period, precipitation appears to have declined in tropical rainforest regions at a rate of 1.0 +/- 0.8% per decade (p < 5%), declining sharply in northern tropical Africa (at 3-4% per decade), declining marginally in tropical Asia and showing no significant trend in Amazonia. There is no evidence so far of a decline in precipitation in eastern Amazonia, a region thought vulnerable to climate-change-induced drying. The strong drying trend in Africa suggests that this should be a priority study region for understanding the impact of drought on tropical rainforests. We develop and use a dry-season index to study variations in the length and intensity of the dry season. Only African and Indian tropical rainforests appear to have seen a significant increase in dry-season intensity. In terms of interannual variability, the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is the primary driver of temperature variations across the tropics and of precipitation fluctuations for large areas of the Americas and southeast Asia. The relation between ENSO and tropical African precipitation appears less direct.     

海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量及其动态

热带山地雨林是海南尖峰岭地区面积最大的植被类型,是陆地生态系统重要的组成部分,研究海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量的长期动态变化规律及其影响因素,有助于了解未来气候环境变化背景下热带森林的响应规律。本研究采用尼龙网收集框法于2013-2017年对尖峰岭60 hm²大样地内132个样方的凋落物产量进行为期5年的连续定位观测,测定枝、叶、杂物（含花、果和枝叶碎片）的组分产量,探讨其与气候因子的相关关系。研究结果显示：尖峰岭热带山地雨林年凋落物总产量为617.5~1084.7 g/m²,年均768.6 g/m²,各组分凋落物平均产量由大到小为：叶 > 枝 > 杂物,其值分别为507.9、163.4、97.3 g/m²,凋落叶产量占66.1%,为优势组分;凋落物总产量的季节变化为不规则型,出现3次峰值,各组分凋落物产量季节变化呈双峰型,峰值月存在差异;春季、秋季和冬季以叶凋落为主,夏季以枝凋落为主;凋落物总产量及各组分产量受不同气象因子的影响,凋落枝产量与各气象因子均无显著相关,凋落叶产量与月极小气温和平均气温显著相关,凋落杂物产量与日最高气温显著相关,凋落物总产量与平均气温显著相关。研究结果表明海南热带森林凋落物产量一年间呈现3次峰值,其动态变化是受多种气象因素特别是受极端气候因子的影响,这对于了解未来气候环境变化背景下热带森林的响应规律具有重要参考价值。     

海南吊罗山与尖峰岭热带林区气象要素对比研究*

统计分析了海南吊罗山与尖峰岭地面气象站2001年7月-2003年7月的资料,对比研究了这两大林区气象要素的特点及其原因。结果表明:两大林区的共同点是年降雨量多,蒸发量大,全年旱季雨季分明,降雨具有季风型和台风型的特点;由于受山体位置与山系走向的影响,吊罗山和尖峰岭两大热带林区的气温及降雨的差异较大。年均气温尖峰岭热带林区比吊罗山偏高0.4℃,最热月和最冷月分别高0.5℃和2.7℃;年降雨量尖峰岭林区比吊罗山林区少500 mm左右,而且尖峰岭林区有效降雨少,早期较长。气象条件的不同导致了两地在森林植被分布上也有较大的差别。     

尖峰岭热带山地雨林长期减弱的碳汇及其环境驱动因素分析

热带森林作为全球最为重要的陆地生态系统之一,在当前气候变化背景下,其碳循环动态对于全球碳平衡状况及碳收支估算具有重要的影响作用。本研究利用尖峰岭热带山地雨林长期样地（P8401、P8402、P8901）自1984~2013年的清查数据,分析生物量长期动态变化,并结合降水等环境因子,试图探求尖峰岭热带山地雨林固碳能力的影响机理。结果表明：海南岛尖峰岭热带山地雨林仍然具有一定的碳汇能力,碳汇速率平均为0.71±0.22 mg·C·hm^-2·a^-1,与世界其他地区热带森林碳汇能力相当,但其碳汇能力却存在逐渐减少的趋势。碳汇能力的减少主要源于干旱和台风暴雨导致死亡生物量的显著增加,但不同样地间存在明显的差异,说明极端气候事件对热带森林固碳能力的影响同时也受局地环境条件和森林自身状况的影响,急需开展更多点上热带森林固碳能力对气候变化的影响研究,以减少热带森林在全球碳循环中估算中的不确定性。     

尖峰岭热带山地雨林生物量的初步研究

 本文用对比研究法对海南岛尖峰岭热带山地雨林原始林和更新林的地上部分生物现存量进行了测定,结果表明：未受干扰破坏的森林其生物量积累可达到较高的水平,原始林和更新林的生物现存量(包括凋落物现存量)分别为645.2和272.9t／ha,乔木层生物量占群落生物量的94%以上,表明了乔木层在森林生态系统中的重要地位和作用,而通过对原始林和更新林的生物产量结构的分析,反映出它们之间的一些差异性。林分的叶面积指数(LAI值)分别高达16.70和9.07,说明所调查的两个群落具有较高的生产力水平。热带林的早期更新速度很快,26年生的天然更新林分其生物量年平均净积累达9.8658t／ha·a,明显高于成熟林的6.2421t／ha·a,接近中等集约经营的热带人工林的生产力水平。     

青藏高原植被样带地上部分生物量的分布格局（英文）

 实测了青藏高原植被样带22个地区不同植被类型的地上部分生物量并进行了格局分析。对于未受人为干扰的以常绿阔叶林为基带的亚高山天然植被,随着海拔升高,地上生物量呈递增趋势,在一定海拔高度达最大,海拔继续升高地上生物量则迅速下降。这一垂直分异规律在一定程度上反映了全球地带性森林植被最大生物量分布的纬向分异性。基于Weber定律的回归分析表明,地上生物量与水热因子的相关关系可用Logistic函数拟合,1月平均气温、7月平均气温、年平均气温、年降水量及其组合因子可解释高原植被样带地上生物量变化的28%～53%,其中年降水量及其同年平均气温的组合与地上生物量的相关性最高（R2为0.46～0.53,p<0.001）。但是,年降水量和平均气温的变化不足以解释西藏色齐拉山暗针叶林具有最高的地上生物量。我们认为,自然植被地上部分生物量的分布格局受到更为复杂的气候因子的制约,例如太阳辐射、湿度、风、水分和能量平衡等。     

Climate change causes critical transitions and irreversible alterations of mountain forests

Mountain forests are at particular risk of climate change impacts due to their temperature limitation and high exposure to warming. At the same time, their complex topography may help to buffer the effects of climate change and create climate refugia. Whether climate change can lead to critical transitions of mountain forest ecosystems and whether such transitions are reversible remain incompletely understood. We investigated the resilience of forest composition and size structure to climate change, focusing on a mountain forest landscape in the Eastern Alps. Using the individual‐based forest landscape model iLand, we simulated ecosystem responses to a wide range of climatic changes (up to a 6°C increase in mean annual temperature and a 30% reduction in mean annual precipitation), testing for tipping points in vegetation size structure and composition under different topography scenarios. We found that at warming levels above +2°C a threshold was crossed, with the system tipping into an alternative state. The system shifted from a conifer‐dominated landscape characterized by large trees to a landscape dominated by smaller, predominantly broadleaved trees. Topographic complexity moderated climate change impacts, smoothing and delaying the transitions between alternative vegetation states. We subsequently reversed the simulated climate forcing to assess the ability of the landscape to recover from climate change impacts. The forest landscape showed hysteresis, particularly in scenarios with lower precipitation. At the same mean annual temperature, equilibrium vegetation size structure and species composition differed between warming and cooling trajectories. Here we show that even moderate warming corresponding to current policy targets could result in critical transitions of forest ecosystems and highlight the importance of topographic complexity as a buffering agent. Furthermore, our results show that overshooting ambitious climate mitigation targets could be dangerous, as ecological impacts can be irreversible at millennial time scales once a tipping point has been crossed.     

Temperature and substrate availability regulate soil respiration in the tropical mountain rainforests,Hainan Island,China

Aims Tropical forest plays a key role in global C cycle; however, there are few studies on the C budget in the tropical rainforests in Asia. This study aims to (i) reveal the seasonal patterns of total soil respiration (R T), litter respiration (R L) and soil respiration without surface organic litter (R NL) in the primary and secondary Asian tropical mountain rainforests and (ii) quantify the effects of soil temperature, soil moisture and substrate availability on soil respiration.Methods The seasonal dynamics of soil CO₂ efflux was measured by an automatic chamber system (Li-8100), within the primary and secondary tropical mountain rainforests located at the Jianfengling National Reserve in Hainan Island, China. The litter removal treatment was used to assess the contribution of litter to belowground CO₂ production.Important findings The annual R T was higher in the primary forest (16.73±0.87 Mg C ha^-1) than in the secondary forest (15.10±0.26 Mg C ha^-1). The rates of R T, R NL and R L were all significantly higher in the hot and wet season (May–October) than those in the cool and dry season (November–April). Soil temperature at 5cm depth could explain 55–61% of the seasonal variation in R T, and the temperature sensitivity index (Q 10) ranked by R L (Q 10 = 3.39)> R T (2.17)> R NL (1.76) in the primary forest and by R L (4.31)> R T (1.86)> R NL (1.58) in the secondary forest. The contribution of R L to R T was 22–23%, while litter input and R T had 1 month time lag. In addition, the seasonal variation of R T was mainly determined by soil temperature and substrate availability. Our findings suggested that global warming and increased substrate availability are likely to cause considerable losses of soil C in the tropical forests.     

中国北方林生产力变化趋势及其影响因子分析

森林生产力是反映森林固碳能力的重要指标,是进行碳循环研究的重要环节。用模拟生态系统生物地球化学循环的CENTURY模型,模拟中国北方林(兴安落叶松林)近35a来的生产力动态,用3种趋势分析方法,检验了其变化趋势,并用多元线性回归模型分析了中国北方林生产力的年际波动与气温降水年际波动的关系,以及气温和降水对我国北方林生产力的影响程度。结果表明：中国北方林生产力呈增加的趋势,平均年增长率为0．34％;气温与森林生产力呈显著负相关,对森林生产力的贡献因子为4．0977;降水与森林生产力呈弱的正相关,其对森林生产力的贡献因子为0．3902。从而说明近35a来森林生产力的增加除了受气温降水等非生物因素的影响外,还受其它因素的影响;另外说明以气候变暖为标志的全球变化会对森林生产力产生重要的影响。