动态及对气候变化响应的模拟分析

水分条件不仅影响半干旱区群落的组成, 而且在一定程度上决定了群落的功能。处于不同水分条件生境下群落的优势物种在水分利用和同化物利用效率方面的功能特征会存在差异, 这些差异将导致群落对于气候变化产生不同的响应, 进而影响到景观和区域尺度上对于全球变化下碳动态和格局的分析。该文选取了锡林河流域典型草原区沿水分梯度的4个代表群落, 在野外实验测定并结合长期定位研究成果基础上, 利用BIOME-BGC模型对代表群落的长期净初级生产力(Net primary productivity,NPP)动态进行了模拟和模型验证。 通过分析该地区1953～2005年气候变化趋势, 推测了未来可能的气候变化情景, 进而模拟了气候变化下4个群落长期NPP动态的响应。结果表明,当前气候条件下, 羊草(Leymus chinensis)群落NPP平均值为197.76 gC·m^-2 (SE=7.11), 大针茅(Stipa grandis)群落NPP平均值为198.95 gC·m^-2 (SE=6.41), 贝加尔针茅(Stipa baicalensis)群落NPP平均值为210.41 gC·m^-2(SE=7.87), 克氏针茅(Stipa krylovii)群落NPP平均值为144.92 gC·m^{- 2} (SE=4.64), 4个群落NPP平均值为188.01 gC·m^-2 (SE=3.72); 气候变化情景下, 温度增加下(P0T1),NPP平均下降14.2%,降水增加下(P1T0), NPP平均增加13.2%,温度与降水都增加情景下(P1T1), NPP平均下降2 .7%, 但由于生境水分条件差别和优势物种功能特征差异, 4个群落表现出了增减幅度不同的趋势。对气候因子的敏感性分析及回归分析表明, 降水是该地区NPP最主要的决定因子, 而温度决定作用相对较小,主要通过影响植物的呼吸和水分蒸散等过程影响NPP。在最有可能代表未来气候 变化的温度增加的两种情景下(P0T1、P1T1), NPP均呈下降趋势。群落NPP对气候变化的响应趋势与水分胁迫系数(Water stress index, WSI)、碳胁迫系数(Carbon stress index, CSI)变化密切相关。克氏针茅群落由于所处生境水分条件差,WSI高,对降水的依赖程度最大;贝加尔针茅群落一方面处于较好的水分生境,具有较小的WSI,另一方面,由于具有高碳氮比,维持呼吸消耗的光合产物比例低,CSI远低于其它3个群落, 未来气候变化下, NPP较其它3个群落仍较高。     

辽东栎林净初级生产力对气候变化情景响应的模拟与分析

利用生态系统模型BIOME-BGC模拟北京东灵山地区辽东栎(Suercus liaotungensis Koidz)林生态系统净初级生产力(net primary productivity,NPP)对全球气候变化潜在响应。首先,BIOME-BGC模型模拟的土壤含水量和NPP与该地区实际测量结果、其他模型模拟研究进行比较分析,结果显示BIOME-BGC能较好的模拟辽东栎林生态系统净生产力。然后,利用BIOME-BGC模拟辽东栎林生态系统NPP对不同气候变化的响应。结果表明:(1)NPP对温度变化不敏感,而对降水和CO_2变化极为敏感;(2)温度、降水和CO_2对NPP的影响并没有显示出交互作用。     

辽东栎林净初级生产力对气候变化情景响应的模拟与分析

An ecosystem process model, BIOME-BGC, was used to explore the sensitivity of net primary productivity (NPP) of an oak (Quercus liaotungensis Koidz) forest ecosystem in Beijing area to global climate changes caused by increasing atmospheric CO₂ concentrations. Firstly we tested the model, and validated the modeled outputs using observational data; the outputs of BIOME-BGC model were consistent with observed soil water content and annual NPP. Secondly the potential impacts of climate change on the oak forest ecosystem were predicted with BIOME-BGC model. We found that the simulated NPP was much more sensitive to a 20% precipitation increase or a doubling of atmospheric CO₂ from 355 to 710 祄ol/mol than to a 2 ℃ temperature increase. Our results also indicated that the effects of elevated CO₂ and climate change on the response of NPP were not interactive.     

内蒙古典型草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台1994～2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟内蒙古典型草原1953～2010年间地上净初级生产力(ANPP)动态,并与26个气象因子进行相关性分析。模型检验结果显示,模拟值与观测值之间的相关系数为R2=0.66,斜率b=0.95,误差平方根值为50.51g.m-2,平均绝对百分比误差为44.19%。结果表明:(1)CENTURY模型能比较准确地模拟这类草原的季节动态和年际变化;在过去的58年中,内蒙古典型草原温度增加,降水减少,ANPP下降;ANPP变化趋势与降水量相似。(2)用实际气象观测资料模拟获得的ANPP随气温和降水的变化呈现出明显的变化规律,生长季内地上生物量对降水和温度的季节性分布也非常敏感;相关分析进一步表明,ANPP对生长季内降水量和极端高温非常敏感,而与年极端最低气温、平均地面温度、日照时数、平均风速和最大积雪深度无显著相关关系;过去58年研究区ANPP下降是降水减少、温度升高以及干旱事件频发共同作用的结果。(3)根据预测,在SRES B2情景下,未来50～100年内蒙古典型草原生长季平均最高气温和最低气温都将呈升高趋势,2080s分别升高4.01℃、4.35℃,每10年增加速率分别为0.35℃和0.38℃;降水量略呈增加,2020s、2050s和2080s研究区生长季将分别增加3.17%、5.13%和7.03%,每10年增加速率为0.09mm;ANPP呈下降趋势年际间波动较大,2020s、2050s和2080s研究区将分别下降5.76%、7.52%和11.42%,每10年下降速率为0.76g.m-2。     

天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应

以天山北坡三工河流域为例,利用改进后的Biome-BGC模型分别模拟了仅气候变化（Clm）、气候变化与放牧联合作用（ClmGra）下研究区不同海拔梯度3种山地草原生态系统（低山干旱草原,LAG;森林草甸草原,FMG;高寒草甸草原,AMG）1959—2009年地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Production,ANPP）的动态,并通过假设27种放牧强度情景（0—8 羊/ha）模拟了其ANPP随放牧强度增加的变化趋势。近50年气候变化致使研究区各海拔梯度草原生态系统ANPP整体均呈上升趋势,但在放牧联合作用下,不同草原类型ANPP变化趋势差异显著;放牧导致FMG和AMG的ANPP呈下降态势,分别减少30.0%和33.2%,对比之下,由于1980前较低放牧强度促进了LAG的ANPP,放牧导致其ANPP整体增加1.3%。随着放牧强度增加,LAG的ANPP呈先增后减趋势,且在干旱年份最为显著;而FMG和AMG的ANPP呈显著非线性递减趋势。这些结果表明,近50年气候波动可能有利于中亚干旱区山地草原生态系统生产力的提高,但日益增强的放牧活动导致其净初级生产力显著降低;放牧对FMG与AMG生产力的负面效应随放牧强度增加而增强,但适度放牧可能促进LAG净初级生产力,尤其在干旱年份。     

华北地区油松林生态系统对气候变化和CO2浓度升高的响应——基于BIOME-BGC模型和树木年轮的模拟

应用BIOME-BGC模型和树木年轮数据模拟1952-2008年华北地区典型油松林生态系统净初级生产力(NPP)动态,探究了树木径向生长和NPP对区域气候变暖的响应以及未来气候情景下油松林生态系统NPP动态变化.结果表明:1952-2008年,研究区油松林生态系统NPP波动于244.12 ～645.31 g C·m-2·a-1,平均值为418.6 g C·m-2·a-1.5-6月的平均温度和上年8月至当年7月的降水是限制该地区油松径向生长和油松林生态系统NPP的主要因子.研究期间,随着区域暖干化趋势的加强,树木径向生长和生态系统NPP均呈下降趋势.未来气候情景下,NPP对温度和降水的单独和复合变化的响应为正向.CO2浓度升高有利于油松林生态系统NPP的增加,CO2的施肥效应使NPP增加16.1％.在生态系统和区域水平,树木年轮是一种理想的指示生态系统动态变化的代用资料,可以检验和校正包括BIOME-BGC模型在内的各种生态系统过程模型.     

华北地区油松林生态系统对气候变化和CO2浓度升高的响应——基于BIOME-BGC模型和树木年轮的模拟

应用BIOME-BGC模型和树木年轮数据模拟1952-2008年华北地区典型油松林生态系统净初级生产力（NPP）动态,探究了树木径向生长和NPP对区域气候变暖的响应以及未来气候情景下油松林生态系统NPP动态变化.结果表明：1952-2008年,研究区油松林生态系统NPP波动于244.12～645.31 g C·m^-2·a^-1,平均值为418.6 g C·m^-2·a^-1.5-6月的平均温度和上年8月至当年7月的降水是限制该地区油松径向生长和油松林生态系统NPP的主要因子.研究期间,随着区域暖干化趋势的加强,树木径向生长和生态系统NPP均呈下降趋势.未来气候情景下,NPP对温度和降水的单独和复合变化的响应为正向.CO₂浓度升高有利于油松林生态系统NPP的增加,CO₂的施肥效应使NPP增加16.1%.在生态系统和区域水平,树木年轮是一种理想的指示生态系统动态变化的代用资料,可以检验和校正包括BIOME-BGC模型在内的各种生态系统过程模型.     

陕西省油松林生产力动态及对未来气候变化的响应

本研究利用LPJ-GUESS模型,分析了陕西省油松林在未来时期(2015-2100年)不同气候情景下净初级生产力(NPP)的变化趋势.结果表明: 在未来时期,研究区温度在RCP_2.6、RCP_4.5和RCP_8.5情景下将分别以0.12、0.23和0.54 ℃·10 a^-1的速率显著升高;降水在RCP_2.6和RCP_8.5情景下无显著变化,在RCP_4.5情景下将以14.36 mm·10 a^-1的速率显著增加.与历史时期(1961-1990年)相比,研究区油松林的NPP在未来时期将升高1.6%~29.6%;在RCP_8.5情景下21世纪末期(2071-2100年)油松林NPP将会升高45.4%;不同情景下油松林NPP表现为RCP_8.5＞RCP_4.5＞RCP_2.6.在未来时期,陕北地区油松林NPP在RCP_2.6和RCP_4.5情景下将分别以41.00和21.00 g C·m^-2·10 a^-1的速率下降,该区油松林有变为碳源的可能.     

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。     

秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应

基于1999~2009年的NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）进行模拟估算,并分析了秦岭NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：1999~2009年11年间秦岭山地的平均年NPP为542.24 gC·m^-2·a^-1;研究期内秦岭NPP呈显著增长趋势（P<0.01）,2008年最高（718.77 gC·m^-2·a^-1）,2001年最低（471.78 gC·m^-2·a^-1）;四季对全年NPP的贡献率大小依次为夏季（49.90%）>春季（26.16%）>秋季（18.87%）>冬季（5.07%）;月NPP与温度和降水都显著相关,但与温度的相关性更高,月水平上温度对NPP的影响比降水大;生长季期间NPP与温度和降水的相关性在空间分布上都以正相关为主。     

中国森林生产力对气候变化响应的预测研究

根据不同地理区森林生产力和气候环境变量的数据构建了中国林林气候生产力模型,以此为基础研究了气候变化对中国森要生产力的影响。结果表明：在所构建的模型中,除海拔高度与净生产力的相关模型外,其它模型均有较高的实用价值,模型的似合曲线变化,基本反映了中国森林现实力的地理分布格局;中国森林生产力的分布格局主要取决于气候环境中的水热条件,水分条件是决定中国大部分地区森林生产力水平和地理分布格局的主导因素;根据     

利用CASA模型估算我国植被净第一性生产力

基于地理信息系统和卫星遥感应用技术,利用CASA模型估算了我国1997年植被净第一性生产力及其分布。结果表明：1997年我国植被净第一性生产力为1．95PgC,约是世界陆地植被年净第一性生产力的4．0％;我国植被净第一性生产力的主要分布趋势是从东南沿海向西北逐渐减小,其中海南岛南部、云南西南部、青藏高原东南部的热带雨林和季雨林地区植被年净第一性生产力最大,达900gC.m^2.a^-1以上,而西部塔克拉玛干沙漠地区植被年净第一性生产力最小,不足10gC.m^-2.a^-1。     

内蒙古东部线叶菊草地生物量与净第一性生产力的初步研究

 线叶菊草地总地上生物量的增长规律符合Logistic增长,最大值出现在8月中旬,为198.15g／m2。返青后,线叶菊较同群落内的禾草和杂类草提前达到其生物量最大值。线叶菊、禾草和杂类草的地上生物量的增长与降水量和≥5℃积温呈显著或极显著正相关。地下生物量的季节变化曲线大致为“U”字形,最低值出现在8月中旬,而在早春和秋末时期地下生物量基本相等。地下生物量最大值出现在10月中旬,为1608.5g／m2(干物质)。该草地地上部分净第一性生产力为256.74gm2·a,地下部分为599.51g／m2·a(干物重计)。将生长季内以凋落物形式损失的生物量计算在内,得到的地上净第一性生产力比用极大现存量法估测的结果高出29.57%。     

生物生产力的“4P”概念、估算及其相互关系

生物生产力是指从个体、群体到生态系统、区域乃至生物圈等不同生命层次的物质生产能力,它决定着系统的物质循环和能量流动,也是指示系统健康状况的重要指标。表示生物生产力的概念有总初级生产力（GP P）、净初级生产力（NPP）、净态生态系统生产力（NEP）和净生物群区生产力（NBP）,本文简称“4P”。主要探讨了“4P”概念的内涵和估算以及全球变化对它们的影响;通过生态系统的碳循环,建立“4P” 之间的相互联系,并对若干衍生概念进行定义。尽管生态系统的最终产物（NBP或现存量）占光合总产量的很少一部分,但它是决定物质再生物的资本,维持和决定生态系统的物质再生产。     

中国森林生产力及其对全球气候变化的响应（英文）

根据国内外关于森林生物生产力的研究资料及其对全球气候变化响应的预测结果,本文对中国的森林生产生产力进行了归纳和总结,对其与全球气候变化的关系作了初步分析。结果表明,中国森林的总生物量为４．０－７．１ＰｇＣ（１ＰｇＣ＝１０＾９ｔＣ）,均值为４．６ＰｇＣ,总生物生产力（不包括经济林和竹林）为０．４－０．６ＰｇＣ．ａ＾－１,均值为０．５ＰｇＣ．ａ＾－１;按已知的全球变化预测结果,ＣＯ２浓度倍增后,中国森     

用NOAA气象卫星的AVHRR遥感资料估算中国的净第一性生产力

重点研究用气象卫星ＡＶＨＲＲ遥感方法估算目前中国的净第一性生产力（ＮＰＰ）水平。ＡＶＨＲＲ可见光通道和近红外通道组合成的标准化差植被指数（ＮＤＶＩ）,既是监测植被生长好坏的参量,也是计算净第一性生产力的重要参量。介绍了用遥感统计模型计算ＮＰＰ的方法,获得了一系列结果。将遥感方法计算的ＮＰＰ与气候模型计算的ＮＰＰ进行了比较,证明两者有一定的可比性。计算净第一性生产力需要全年的ＮＤＶＩ,因此对卫星资料处理技术也作了介绍     

内蒙古锡林河流域典型草原初级生产力和土壤有机质的动态及其对气候变化的反应

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ 生态系统模型,作者模拟内蒙古锡林河流域羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）草原和大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）草原在１９８０～１９８９ 年的生物量动态,并估测气候变化和大气ＣＯ２ 浓度倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。Ｃｅｎｔｕｒｙ 模拟的生物量季节动态和年际变化同野外实测值显著地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５～１４４．３７ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１２７．０４～１５６．２３ ｇ／ｍ ２;在羊草草原,野外实测值为２１０．３８～２２７．４４ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１８９．２５～１９３．９８ ｇ／ｍ ２。根据加拿大气候中心和美国地球物理流体动力学实验室的大气环流模型预测的气候变化数据,气候变化将导致羊草草原和大针茅草原初级生产力和土壤有机质含量显著下降     

碱化草地景观动态及其对气候变化的响应与多样性和空间格局的关系

试图通过对碱化草地景观动态过程与群落多样性和空间格局的关系的分析,探讨利用景观的多样性指标和空间格局指数来解释和预测景观发展动态及其对气候变化的响应的可能性。运用空间仿真的方法,对东北松嫩平原碱化草地景观动态进行了模拟。模型强调景观内的斑块（即空间匀质生态系统）的演替与土壤碱化度的相互耦合作用。在当前气候条件下,模型的输出结果与观测到的１９８９￣１９９３年在１ｈｍ＾２样地内的斑块分布动态非常吻合。     

中国东北样带植被净初级生产力时空动态遥感模拟

 中国东北样带(Northeast China Transect, NECT)是中纬度半干旱区的国际地圈-生物圈计划(IGBP)陆地样带之一, 是全球变化研究的 重要手段与热点。该研究应用生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型分析了NECT从1982~1999年植被净初级生产力 (Net primary productivity, NPP)的时空变异及其影响因子。结果表明, 1) 1982~1999年NECT植被NPP为58 ~ 811 g C·m^–2·a^–1, 平均为426 g C·m^–2·a^–1, 大体上呈现由东向西逐渐递减的趋势; 2)研究时段内NECT的总NPP变异范围是0.218 ~ 0.325 Pg C, 平均为0.270 Pg C (1 Pg = 10¹⁵ g); 3) NECT的总NPP在过去18年内整体呈显著性增加趋势, 其中从1982~1990年样带NPP呈显著性增加趋势, 而后期1991~1999样带NPP没 有显著性变化趋势; 4)沿NECT不同植被类型对气候变化的响应特征是不同的, 在研究时段内, 农田、典型草原和草甸草原表现出最大的NPP增加 量, 而典型草原、荒漠草原对气候变化表现出高的敏感性; 5) NECT植被NPP的空间分布格局是由年降水量的分布格局所决定, 而NPP的时间变异 则由年降水量、年太阳总辐射的变化所影响驱动。