适应全球气候变化的中国林业适应对策探讨

全球气候变化对生态系统的影响是当今世界上人们普遍关注的问题[1～3],目前我国林业界正在研究大气二氧化碳浓度增加及全球气候变化对我国林业的影响,并取得了一些研究成果。现有研究表明,全球气候正在变化而且有可能发生更剧烈的变化。因为气候变化是生态因子变化的先兆,进而会影响到林木生长季节的长短、雨量分布、树种分布和进化、边际生境、树木生长、病原体和害虫的活动及火灾发生频度和强度,所以气候变化将对我国林业产生很大的影响[4～6]。为此,研究我国适应全球气候变化的林业对策已是刻不容缓的事。本文在现有研究的基础上,根据我…     

华东地区热量资源的变化特征、趋势预估及农业适应对策

根据华东地区1961-2004年27个气象站日平均气温资料,研究了华东地区>0℃初终日期、持续日数、积温的变化特征和变化趋势.结果表明:华东地区>0℃积温和持续日数分别增加了5.18～9.53℃·d·a-1和0.22～0.60 d·a-1,>0℃初日提前了0.22～0.46 d·a-1,>0℃终日推迟了0.01～0.14 d·a-1(福建省除外).年平均气温每升高1℃,>0℃积温增加285～402℃·d,持续日数增加7～18 d.各季节>0 ℃积温呈增加趋势,而山东省夏季积温呈减少趋势.到2070年华东地区>0℃积温为6831.4～8585.6℃·d,增幅为283.5～1803.8℃·d;除山东省外,华东其余省市全年日平均气温稳定在0℃以上.为适应华东地区热量资源的变化,农业上应进一步调整作物品种结构、适当提高复种指数、加强病虫草害监测预测和提高农业技术水平等.     

气候变化背景下东北地区热量资源及玉米温度适宜度

利用RegCM3模式输出的东北三省1951-2100年日平均温度和最低温度,分析了东北三省热量资源和玉米不同生育期温度适宜度的时空分布.结果表明:1951-2100年,东北地区热量资源显著增加,稳定通过10℃初日不断提前,初日在4月25日之前的区域北界向东向北扩展,2071-2100年辽宁部分地区初日已提前至3月26日;≥10℃活动积温大于3000℃·d的区域面积不断增加,玉米的生长季长度不断增加,适宜种植晚熟玉米的区域面积不断增加.与1981-2010年相比,2011-2100年,东北三省年均温度将平均升高3.34℃.1951-2100年,玉米播种-出苗期以及出苗-抽雄期的温度适宜度随时间逐渐升高;1951-2040年,辽宁省玉米抽雄-成熟期以及全生育期的温度适宜度较高,而黑龙江省较低;2041-2100年,辽宁省玉米抽雄-成熟期以及全生育期的温度适宜度逐渐降低,吉林省东部和黑龙江省呈逐渐增加的趋势.     

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。     

山西省农业热量资源变化特征及其对农业的影响

基于山西省境内分布较为均匀的70个地面气象观测站1970—2012年逐日平均气温和地面最低温度资料,统计了≥0℃和≥10℃期间的活动积温、7月平均气温以及无霜冻期等农业热量指标.采用线性倾向估计法和累积距平法分析了农业热量资源的变化及其突变特征,以及农业热量资源变化对作物种植带和棉花、马铃薯可种植区的影响.结果表明:≥0℃和≥10℃期间的活动积温分别以64.8和57.9℃·d·(10 a)-1的速率增加(P<0.001),7月平均气温以0.3℃·(10 a)-1的速率显著升高,无霜冻期以5.9 d·(10 a)-1的速率显著延长.≥0℃和≥10℃期间活动积温的增加幅度西部大于东部,7月平均气温的升高幅度北、中部大于南部,无霜冻期的延长幅度中部大于南、北部.≥0℃和≥10℃期间的活动积温在1996年发生了增加突变,7月平均气温在1993年发生了升高突变,无霜冻期在1997年发生了延长突变.与突变前相比,≥0℃和≥10℃期间的活动积温分别增加了219.4和196.7℃·d,7月平均气温升高了0.8℃,无霜冻期延长了15 d;与此同时,温热作物带和温暖作物带的面积向北扩大,扩大面积最大的是温暖作物带,扩大175.7%,而温和作物带、温凉作物带、温寒作物带和高寒植物区的面积缩小,缩小面积最大的是温寒作物带,缩小87.9%.随着农业热量资源的丰富,喜温作物可种植面积扩大,其中棉花可种植面积扩大1.7×106hm2,扩大53.5%;喜凉作物可种植面积缩小,其中马铃薯可种植面积缩小8.9×106hm2,缩小30.5%.     

气候变化背景下黑龙江大兴安岭林区夏季火险变化趋势

采用Delta、WGEN降尺度方法和加拿大森林火险天气指标,分析了1966-2010年黑龙江大兴安岭林区夏季火灾变化特征,预估了2010-2099年夏季森林火险变化趋势,分析了夏季森林火灾与春、秋季森林火灾的差异,并提出了基于火环境的夏季森林火灾防控策略.结果表明:气候变暖背景下,2000-2010年研究区夏季森林火灾呈高发态势.在可预期的未来,2010-2099年研究区夏季森林火险比基准年(1961-1990年)增加34％,增幅大于春、秋季森林火险.A2a和B2a情景下,2010-2099年研究区夏季森林火险相对于基准年均呈升高趋势,且随着时间递推,森林火险增加的区域不断变广,增加的比重不断加大.到21世纪末,A2a情景下夏季森林火险与基准年相比增加近一倍,夏季高森林火险地区将贯穿整个研究区.夏季森林火灾在火源特点、森林可燃物属性和森林火险天气情况等方面都有别于春、秋季森林火灾,研究区应严管火源,严控可燃物载量,严抓中长期森林火险预报,以控制夏季森林火灾.     

中国生物多样性适应气候变化策略研究

全球气候变化不仅给人类社会可持续发展带来严峻挑战,而且严重威胁到生物多样性及生态安全。我国是生物多样性最为丰富的国家之一,气候变化已经在对动物分布、行为和迁移,植物物候、植被和群落结构等方面造成了影响,并增加了珍稀濒危物种的灭绝风险,同时对生态系统的功能方面也造成了明显影响。未来气候变化将成为生物多样性丧失的主要驱动力之一。世界很多国家都在制定生物多样性适应气候变化的策略和采取适应行动,加强生物多样性的保护。本文在分析国外适应策略的基础上,结合中国生物多样性的现状,提出了适应气候变化的策略建议,包括制定生物多样性适应气候变化的国家战略,开展气候变化对生物多样性的影响监测和评估,针对敏感物种的就地保护和迁地保护,针对气候变化将导致退化生态系统开展恢复与重建,重点关注生物多样性适应气候变化优先区的保护,通过科学研究和国际合作,促进生物多样性适应气候变化技术的提高,期望为我国生物多样性保护和应对气候变化提供支持。     

气候变化背景下秦岭地区陆地生态系统水分利用率变化趋势

为探究未来气候变化背景下秦岭地区陆地生态系统水分利用率(WUE)的变化规律及其对气候变化的响应,结合IPCC第五次报告资料中心的CCSM4、GISS-E-R、GISS-E-H、IPSL-CM5R-LR-CM、Nor ESM1-1-ME等5个模型相关模拟结果,预测和分析秦岭地区2006—2100年在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5 4种未来典型气候变化情景下其水分利用率的变化趋势及其与降雨、气温、CO_2浓度等关键气候变化因子之间的关系。研究结果表明:4种未来情景下预测的秦岭地区生态系统WUE几乎全为正距平,各情景下WUE倾向率为0.0136—0.13 g C kg-1H_2O 10a-1,均达到极显著水平,且随辐射强迫增加,WUE距平值与倾向率也相应增加。各情景下GPP的增长趋势强于ET,使得两者的比值(即WUE)呈现增长趋势,并随辐射强迫的增加,两者的差异愈发显著,即WUE增长随辐射强迫的增强而更显著。同时,各模型预测的年均气温倾向率为0.21—0.498℃/10a,降雨量倾向率为7.78—17.66 mm/10a。由于气温、降雨量、CO2等关键气候变化因子调控GPP正增长速率大于ET,以及生态系统LAI值和自身的植被演替过程直接影响生态系统WUE,最终使得生态系统WUE呈正增长趋势。其中GPP的显著增加是未来秦岭地区生态系统WUE增长的直接因素,而气温的显著增加与大气CO_2浓度的升高则是WUE变化的主要环境因素,降雨量的影响相对较弱。     

气候变化下旱区农业生态系统的可持续性

农业生产是将自然资源不断转化为农产品的过程.简单的说就是将阳光、空气、水和土壤等无机资源转化为可以供人类消费的有机产物.农业生态系统必须对全球气候变化、市场竞争、自然环境的恶化、经济等政策法规和人民的需求等因素做出灵活的应对策略,同时还要保证自然生态系统的稳定性.在发展中国家,有超过20 亿的人口每天收入低于2 美元,他们收入中绝大部分都用于解决温饱.这些人大部分生活在干旱、半干旱地区,并以农业生产作为生活的主要来源.由于这些地区水资源匮乏、土壤贫瘠,粮食安全问题一直是该地区人类生存的关键.中澳两国都把干旱、半干旱地区的农牧业发展作为研究的重点.两国的专家都致力于恢复和维护干旱半干旱地区脆弱的农业生态系统.气候变化正在使农业生态系统可持续发展面临严峻挑战.因此,迫切需要农学,生态学,环境学,社会经济学等多学科的共同发展和融合解决这一问题.     

气候变化对农业害虫的潜在影响

气候变化对农业害虫的潜在影响张润杰何新凤（中山大学昆虫学研究所生物防治国家重点实验室,广州５１０２７５）ＰｏｔｅｎｔｉａｌＥｆｅｃｔｓｏｆＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅｏｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＩｎｓｅｃｔＰｅｓｔｓ．ＺｈａｎｇＲｕｎｊｉｅ,ＨｅＸｉ...     

气候变化背景下中国农业气候资源变化V.宁夏农业气候资源变化特征

基于1961-2009年宁夏21个气象站点的气象资料,分析了宁夏各区农业气候资源的时空变化趋势.结果表明:研究期间,宁夏各地气温逐渐升高,呈北高南低的空间分布特征,年均气温的气候倾向率为0.4℃·(10 a)-1;大部分地区年降水量呈逐渐减少趋势,年降水量的气候倾向率为4.26 mm·(10 a)-1;无霜期和作物生长季天数随着气候变暖逐渐延长;≥10℃积温在3200℃·d以上的区域向南扩展,宁夏适宜种植中晚熟水稻的区域有所扩大;2001-2009年,宁夏大部分地区适宜种植冬小麦,全区各地几乎都适宜种植春小麦;宁夏南部山区各地7月平均气温≤20℃的区域面积逐渐缩小,适宜种植马铃薯的地域也随之缩小.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅱ.西南地区农业气候资源时空变化特征

基于1961—2007年中国西南地区88个气象台站的地面观测资料,结合统计方法和GIS软件,分析了全年及温度生长期内农业气候资源的时空变化特征.结果表明:1961—2007年,西南地区年平均气温呈上升趋势,平均增速为0.18℃.(10 a)-1;温度生长期内≥10℃和≥15℃积温均呈增加趋势,平均增速分别为55.3℃.d.(10 a)-1和37℃.d.(10a)-1.全区年日照时数呈现由西向东逐渐减少的特征,且东部的减少趋势较西部更显著;温度生长期内日照时数整体呈增加趋势,但空间差异较大.全区降水资源总体减少,年降水量和温度生长期内降水量的平均下降速率分别为10 mm.(10 a)-1和8 mm.(10 a)-1.全区年参考作物蒸散量普遍降低,其减幅小于年降水量的变化趋势,约53%的站点温度生长期内参考作物蒸散量减少.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅶ.青藏高原干旱半干旱区农业气候资源变化特征

基于青藏高原干旱半干旱区1961-2007年55个气象站点地面观测资料,利用五日滑动平均法及GIS软件的IDW模块进行栅格处理,对比分析了研究区1961-1980年（时段Ⅰ）和1981-2007年（时段Ⅱ）各气候要素的时空变化特征及其气候倾向率.结果表明：1961-2007年,研究区喜凉作物生长季内日照时数的变化不明显,喜温作物生长季内日照时数呈增加趋势,但空间分布的变化较小;与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ喜温作物生长季内积温值≥1500 ℃·d的地区面积扩大33.9%;降水量的空间分布总体表现为由东南低地向西北内陆逐渐递减,研究期间青藏高原东南部喜凉作物生长季内降水量均达到800 mm,其他地区喜凉作物生长季内降水量的气候倾向率有正有负,变幅相对较小,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ喜温作物生长季内降水量≥400 mm的分布面积扩大了40%;参考作物蒸散量（ET₀）总体略有增加,其空间分布格局与日照时数和积温的分布相似,时段Ⅱ较时段Ⅰ喜温作物生长季内ET₀≥400 mm的分布面积扩大了35.7%.研究期间,青藏高原作物生长季内的热量与降水资源有一定幅度增加,这对农牧业生产非常有利,但ET₀的增大表明潜在蒸发增大,需进一步加强研究气候变化对该区域农牧业生产带来的可能影响.     

Non-climatic thermal adaptation: implications for species' responses to climate warming

There is considerable interest in understanding how ectothermic animals may physiologically and behaviourally buffer the effects of climate warming. Much less consideration is being given to how organisms might adapt to non-climatic heat sources in ways that could confound predictions for responses of species and communities to climate warming. Although adaptation to non-climatic heat sources (solar and geothermal) seems likely in some marine species, climate warming predictions for marine ectotherms are largely based on adaptation to climatically relevant heat sources (air or surface sea water temperature). Here, we show that non-climatic solar heating underlies thermal resistance adaptation in a rocky–eulittoral-fringe snail. Comparisons of the maximum temperatures of the air, the snail''s body and the rock substratum with solar irradiance and physiological performance show that the highest body temperature is primarily controlled by solar heating and re-radiation, and that the snail''s upper lethal temperature exceeds the highest climatically relevant regional air temperature by approximately 22°C. Non-climatic thermal adaptation probably features widely among marine and terrestrial ectotherms and because it could enable species to tolerate climatic rises in air temperature, it deserves more consideration in general and for inclusion into climate warming models.     

气候变化背景下我国东北三省农业气候资源变化特征

基于1961-2007年中国东北三省72个气象台站的气象资料,分析了东北三省全年及温度生长期内的平均气温、≥10 ℃积温、降水量、日照时数和参考作物蒸散量等农业气候资源的变化特征.结果表明：研究期间,东北三省年均气温总体呈升高趋势,其气候倾向率为0.38 ℃·10 a^-1;温度生长期内≥10 ℃积温同样呈上升趋势,且积温带逐渐北移东扩,全区高于3200 ℃·d积温带面积增加了2.2×10⁴ km²,2800～3200 ℃·d积温带北移0.85°、东移0.67°,2400～2800 ℃·d积温带北移1.1°;东北三省年日照时数显著下降,且以松嫩平原东部、吉林省中西部平原、辽河平原西部的减少尤为明显,全区年日照时数高于2800 h的区域面积由13.6×10⁴ km²缩小到4.1×10⁴ km²,2600～2800 h的区域向西推进了1.5°;全区温度生长期内日照时数平均为1174 h,与1961-1980年相比,1981-2007年温度生长期内的日照时数高值区明显减少,日照时数1200～1400 h的区域向西推进了0.9°;1961-2007年间,研究区年降水量及温度生长期内降水量均呈下降趋势;黑龙江省全年参考作物蒸散量整体呈增加趋势,吉林省中西部平原区有所减小、东部山区呈增加趋势,辽宁省均呈减小趋势,与1961-1980年的年均值相比,1981-2007年年参考作物蒸散量高于900 mm区域向西推移了约1°;黑龙江省和吉林省绝大部分区域温度生长期内参考作物蒸散量逐年增加,而辽宁省绝大部分区域以小于14 mm·10 a^-1的幅度在减少.     

祁连山气候变化特征及其对水资源的影响

祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区,是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料,系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征,以及在气候变暖背景下,气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明: 1961—2020年,祁连山区平均气温呈显著上升趋势,升温速率达0.39 ℃·(10 a)^-1,西段升温速率最大,中、东段次之,冬季升温趋势最显著,春季最小;祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·(10 a)^-1],中段增加最明显,2004年以来祁连山区处于多雨时期,气候呈暖湿化趋势;四季降水量均呈增加趋势,夏季降水增加对年降水贡献最大;年降水以年际尺度变化为主,2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显,与夏季气温存在负相关,与降雪量存在正相关;2016—2020年,祁连山增温趋缓、降雪增多,积雪面积呈增加趋势。2000年以来,祁连山升温加剧,降水增多,冰雪融水增加,石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。     

Breathing life into climate change adaptation

The exploration of evolutionary biology and biological adaptation can inform society's adaptation to climate change, particularly the mechanisms that bring about adaptability, such as phenotypic plasticity, epigenetics, and horizontal gene transfer. Learning from unplanned autonomous biological adaptation may be considered undesirable and incompatible with human endeavor. However, it is argued that there is no need for agency, and planned adaptation is not necessarily preferable over autonomous adaptation. What matters is the efficacy of adaptive mechanisms and their capacity to increase societal resilience to current and future impacts. In addition, there is great scope for industrial ecology (IE) to contribute approaches to climate change adaptation that generate system models and baseline data to inform decision making. The problem of “uncertainty” was chosen as an example of a challenge that is shared by biological systems, IE, and climate change adaptation to show how biological adaptation might contribute solutions. Finally, the Coastal Climate Adaptation Decision Support tool was used to demonstrate how IE and biological adaptation approaches may be mainstreamed in climate change adaptation planning and practice. In conclusion, there is close conceptual alignment between evolutionary biology and IE. The integration of biological adaptation thinking can enrich IE, add new perspectives to climate change adaptation science, and support IE's engagement with climate change adaptation. There should be no major obstacles regarding the collaboration of industrial ecologists with the climate change adaptation community, but mainstreaming of biological adaptation solutions depends greatly on successful knowledge transfer and the engagement of open‐minded and informed adaptation stakeholders.     

Toward sustainable climate change adaptation

Industrial ecology (IE) has made great contributions to climate change mitigation research, in terms of its systems thinking and solid methodologies such as life cycle assessment, material flow analysis, and environmentally extended input–output analysis. However, its potential contribution to climate change adaptation is unclear. Adaptation has become increasingly urgent in a continuously changing climate, especially in developing countries, which are projected to bear the brunt of climate‐change‐related damages. On the basis of a brief review of climate change impacts and adaptation literature, we suggest that IE can play an important role in the following two aspects. First, with the emphasis on a systems perspective, IE can help us determine how climate change interacts with our socio‐economic system and how the interactions may aggravate (or moderate) its direct impacts or whether they may shift burden to other environmental impacts. Second, IE methodologies can help us quantify the direct and indirect environmental impacts of adaptation activities, identify mitigation opportunities, and achieve sustainable adaptation. Further, we find that substantial investment is needed to increase the resilience of infrastructure (e.g., transport, energy, and water supply) and agriculture in developing countries. Because these sectors are also the main drivers of environmental degradation, how to achieve sustainable climate‐resilient infrastructure and agriculture in developing countries deserves special attention in future IE studies. Overall, IE thinking and methodologies have great potential to contribute to climate change adaptation research and policy questions, and exploring this growing field will, in turn, inspire IE development.     

基于暴露度-恢复力-敏感度的城市适应气候变化能力评估与特征分析

城市是人口和社会经济活动最密集的地方,随着城市化进程和气候变化的发展,城市地区面临的气候风险和影响日益凸显。提升城市适应气候变化能力已成为城市应对气候变化挑战最重要的任务和途径。通过梳理和评价我国城市适应气候变化能力及其关键要素,以期为区域适应政策的制定和实施提供科学依据。基于IPCC适应能力评价框架,构建了基于暴露度-敏感度-恢复力的城市适应气候变化能力评估框架,进而筛选了19项指标,将指标划分为适应气候变化能力对应的5个等级,以熵权法赋权重;采用集对分析方法,评估我国286个地级市的适应气候变化能力水平,并分析了主要限制因素。结果显示,我国东部的适应能力整体高于西部地区,适应能力较低的区域主要集中在西北的甘肃陕西部分城市、华中的两湖和江西等城市以及西南的广西云南等城市;城市适应能力的各项限制要素主要表现为,适应能力高主要为暴露度-恢复力-敏感度的(低-高-低)的组合;适应能力低则分别包括暴露度-恢复力-敏感度(高-高-高)、(低-低-低)和(高-低-低)3种组合。提高城市适应气候变化能力,对西部西北的甘肃-陕西等城市,重点在于提升应对气候变化的恢复力,例如建立良好的灾后恢复与应急系统等;对于华中、西南等城市则以提高气候风险的防御能力为主。     

Local thermal adaptation and local temperature regimes drive the performance of a parasitic helminth under climate change: The case of Marshallagia marshalli from wild ungulates

Across a species' range, populations are exposed to their local thermal environments, which on an evolutionary scale, may cause adaptative differences among populations. Helminths often have broad geographic ranges and temperature-sensitive life stages but little is known about whether and how local thermal adaptation can influence their response to climate change. We studied the thermal responses of the free-living stages of Marshallagia marshalli, a parasitic nematode of wild ungulates, along a latitudinal gradient. We first determine its distribution in wild sheep species in North America. Then we cultured M. marshalli eggs from different locations at temperatures from 5 to 38°C. We fit performance curves based on the metabolic theory of ecology to determine whether development and mortality showed evidence of local thermal adaptation. We used parameter estimates in life-cycle-based host–parasite models to understand how local thermal responses may influence parasite performance under general and location-specific climate-change projections. We found that M. marshalli has a wide latitudinal and host range, infecting wild sheep species from New Mexico to Yukon. Increases in mortality and development time at higher temperatures were most evident for isolates from northern locations. Accounting for location-specific parasite parameters primarily influenced the magnitude of climate change parasite performance, while accounting for location-specific climates primarily influenced the phenology of parasite performance. Despite differences in development and mortality among M. marshalli populations, when using site-specific climate change projections, there was a similar magnitude of impact on the relative performance of M. marshalli among populations. Climate change is predicted to decrease the expected lifetime reproductive output of M. marshalli in all populations while delaying its seasonal peak by approximately 1 month. Our research suggests that accurate projections of the impacts of climate change on broadly distributed species need to consider local adaptations of organisms together with local temperature profiles and climate projections.