近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km²下降到1990s的5102.16万km²,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万 km²,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km²,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km²。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93 Pg DW/年增加到1990s的26.67 Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56 Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37 Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。     

近50年黑河流域潜在植被的演替及生态环境变化研究

本研究以综合顺序分类法(IOCSG)为基本理论方法,在GIS的支持下,利用黑河流域14个气象站点1961-2010年间50年的气候数据模拟出黑河流域潜在植被的演替过程,在此基础上耦合植被对气候变化的动态响应,分析不同气候条件下黑河流域潜在生态环境的变化。结果表明:1)黑河流域潜在植被类型在逐渐减少,到c时期(1991-2010)时仅有11种植被类型,并且在空间分布上差异性很大,下游额济纳旗地区植被类型非常单一。2)黑河中上游气候暖湿化,潜在植被向暖湿的植被类型发展,但变暖的速度大于变湿的速度,使植被类型不断退化;而下游额济纳旗地区,气候逐渐暖干化,潜在植被向暖干的植被类型发展,荒漠化较为严重。3)随着气候的变化,全流域植被类型逐渐减少,潜在生态环境逐渐恶化,近年来下游额济纳旗地区植被生态环境的严重恶化是气候变化和人为因素共同导致的结果。     

近53年青海省气候变化与粮食产量及气候生产潜力特征

利用青海省1961-2013年年平均气温、年降水量等资料,分析了青海省气候变化的特征,应用Thornthwaite Memorial 模型估算了青海省气候生产潜力,探讨了气候生产潜力与粮食产量的关系。分析结果表明,1961-2013年青海省年平均气温显著升高,年平均气温升温率达0.40 ℃10a-1;降水量也呈现增加趋势,增幅为6.0 mm10a-1;日照时数和相对湿度呈现减少趋势。自2002年以来的近10年期间,粮食总产量和气候生产潜力变化趋势有一定相关性且气候生产潜力从2002年开始有突变（r=0.29,P＜0.05）。近53年青海省气候生产潜力在323.39～478.48 gm-2a-1之间,年际间变化波动较大,呈现较弱的增加趋势,增加率为0.914 gm-2a-1。     

青藏高原植被物候监测及其对气候变化的响应

研究青藏高原植被物候变化对揭示高寒生态系统对全球气候变化的响应机制具有重要的科学意义。本文选取1982-2005年的GIMMS NDVI遥感数据,采用动态阈值法提取了青藏高原高寒草地的物候信息,包括植被返青期、枯黄期及生长季长度,分析了青藏高原高寒草地植被物候的时空变化及其对气候变化的响应规律。研究结果表明,1)青藏高原植被物候多年均值的空间分布与水热条件密切相关。青藏高原从东南向西北,植被返青期逐渐推迟、枯黄期逐渐提前,生长季长度因受到植被返青和枯黄的影响,呈现逐渐缩短的趋势;2)植被返青期和枯黄期的年际变化整体上呈提前的趋势,生长季长度呈增长趋势;3)高原地区的植被物候易受到海拔的影响,但存在3400 m的分界线,在3400 m以下,物候随海拔变化的波动较大,而在3400 m以上,物候与海拔的关系密切;4)气象因子是不同草地类型植被物候变化的主要影响因素,与降水相比,植被物候期与温度相关程度更高。     

新疆伊犁河流域牧草气候生产潜力的时空变化特征分析

利用新疆伊犁河流域1961-2007年历年逐月气温、降水资料,运用迈阿密模型、桑斯维特纪念模型计算新疆伊犁河流域近50年的牧草气候生产潜力。结果表明,流域气候生产潜力为4083.75~8415.42kg/(hm²·a),潜力较大,不同气候区有所差异。平原区气候生产潜力较小,且稳定性较差,丘陵区和山间盆地区气候生产潜力较大,山间盆地区同时也具有较好的稳定性。与气温相比,降水量是限制流域牧草气候生产潜力的主导因素。近50年来,气候生产潜力变化较大,总体呈上升趋势,尤其是2000年以来,增加幅度变大。     

内蒙古农牧交错区草地气候生产力对气候变化的响应

摘要：本研究以太仆寺旗为例,利用1979-2009年的气候数据,分析了内蒙古农牧交错区气候变化趋势,并结合Miami和Thornthwaite Memorial模型研究草地气候生产力对不同气候变化情景的响应。结果表明,近30年来,太仆寺旗年平均气温增温趋势明显（每10年0.62 ℃）,四季平均气温均有显著上升,以冬季升温最明显（每10年0.84 ℃）;年降水量有下降趋势（每10年5.3 mm）,但趋势不明显;综合考虑水热因子的Thornthwaite Memorial模型更能够反映草地气候生产力的变化趋势,与温度相比,降水是影响草地生产力的关键因子;在气候变暖的背景下, “暖湿型”气候可提高草地气候生产力,变化幅度为8.3%~16.7%,假如未来气候向“暖干型”发展,草地气候生产力的变化为-4.8%~3.5%。     

近20年新疆荒漠草地动态变化及其对气候变化的响应

荒漠草地是干旱半干旱区陆地生态系统的关键类型,具有重要的生态作用,对气候变化和人类活动敏感.通过确定新疆荒漠草地NDVI阈值,提取荒漠草地范围,结合归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、植被净初级生产力(net primary productivity...     

高寒草甸土壤异养呼吸对气候变化和氮沉降响应的模拟

利用研究区植被、土壤和气候观测资料,借助CENTURY模型研究了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量动态变化。结果表明,1)CENTURY模型较好地反映了高寒草甸土壤异养呼吸季节变化。模拟结果与试验点观测结果相吻合,风匣口和干柴滩2个试验点观测值与模拟值的线性回归方程分别为y=0.7776x+23.796(R²=0.6885, n=31)和y=0.9487x-8.6994(R²=0.6062, n=30)。2)过去46年(1960-2005年)研究区年平均气温趋于暖化,平均线性增温率为 0.35℃/10 a。降水量变化不明显,呈振幅较为稳定的波动变化。同期CENTURY模型模拟的高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量呈波动性缓慢上升的趋势,通量变化范围在479.22~624.89 g C/(m²·a) 之间,平均值为(539.56±34.32) g C/(m²·a),通量增加率为16.5 g C/(m²·10 a)。对模拟结果与气温、降水量之间进行的相关性分析结果显示,土壤异养呼吸CO₂通量与气温呈显著正相关(r=0.70,P<0.05),与降水量相关性不显著。3)氮沉降增加显著促进了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量。中氮(MN)和高氮(HN)与对照(CK)处理间差异极显著(P<0.01),但中氮(MN)与高氮(HN)处理间差异不显著。说明,长期受低温和土壤有效氮限制的高寒草甸对气候变化响应敏感,高原气候的暖化和氮沉降的增加均能引起土壤异养呼吸作用的小幅上升,但可能由于异养呼吸作用对氮沉降存在着一定的“氮饱和”现象,随着大气氮沉降的倍增,其促进效应降低。     

达茂旗干旱牧区59年气候变化规律分析

气候变化是影响我国北方干旱牧区草原生态的重要因子,利用达茂旗周边12个气象站点空间插值1954~2012年的气温、降水量等气象资料,采用线性倾向估计法、Mann-Kendll突变诊断和morlet复变小波分析等方法,对达茂旗气候特征进行了分析。结果表明:近59年来,达茂旗年均气温呈上升趋势,上升速率为0.41℃/(10a),降水变化趋势不明显。通过M-K突变检验,进一步验证了年平均气温及降水的变化趋势,同时,确定了研究区年平均气温在20世纪80年代的增暖是一突变现象,具体是从1986年开始。通过morlet复变小波分析,研究区年平均气温演变过程中存在着3~7a,8~16a,17~32a的3类尺度的周期变化规律;在年降水演变过程中存在3~6a,7~9a,12~22a的3类尺度的周期变化规律。     

金强河地区高寒草地气候变化分析

对1980—2000年金强河地区草地气候变化规律研究表明，20年间的年均温呈增长趋势，增幅约为0.0609℃／a；年降水量波动较大，1991—2000年的年均降水量比1980—1990年减少约4.7％，草原湿润度值年均减少O．0008，这种水热变化不致引起高寒草甸草原生境发生本质改变。     

石羊河流域1951-2005年气候变化特征

运用区域空间和时间的平均视角,采用气候倾向率、距平、累积距平、5 a滑动平均等指标,对石羊河流域1951-2005年气候变化过程进行了研究,初步探讨了气象要素的变化特征及规律。结果表明,过去50 a,全流域及上、中、下游,降水量分别表现为减少、减少、增加、增加状态,上游以1962年为转折点明显减少,中、下游从90年代起出现明显增加;气温变暖趋势明显,其中下游增加程度最高,中游次之,上游最低,上、中、下游分别以1987、1997和1987年为转折点出现明显增加,尤其是2000年以来增幅较大;全流域及上、中、下游,风速呈下降、增加、下降、下降状态,上游在90年代增幅明显,80年代至今逐渐趋于平稳,中游以10年为周期波动变化,下游以1984年为拐点明显下降,2000-2005年为最低阶段;湿度呈下降趋势,50年代中期至60年代中期下降较为明显,中游在90年代末出现大幅度降低,1999-2005年为最低时期;目前中、下游干旱程度有所缓解,今后一段时间内,全流域干旱程度将逐渐改善。     

气候变化对内蒙古草原生态系统影响的研究进展

摘要：气候变化及其对生态系统的影响已成为研究热点之一,研究和了解气候变化对草原生态系统的影响是适应和应对气候变化的重要方面。本研究从土壤、植被、家畜及牧区社会经济等方面概述了气候变化对内蒙古草原自然生态系统的影响,并指出了目前研究中存在的问题,建议加强探讨草地退化动因、阐释草原碳库问题、探索放牧利用优化调控机制、积极开展草原适应性管理等方面的研究,为草原生态系统更好应对气候变化,维持系统稳定及牧区社会经济可持续发展奠定基础。     

欧亚大陆草原带1982-2008年间净初级生产力时空动态及其对气候变化响应研究

欧亚大陆草原带主要包括哈萨克草原和蒙古草原,是世界上最大的过渡生态系统。 同时该区域属于典型的干旱半干旱地带,因此对气候变化较为敏感。但是,针对该区域的净初级生产力(net primary productivity, NPP)研究尚有诸多不足,特别是哈萨克草原。本研究在原有BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型的基础上,对光合最大羧化效率(V_c,max)和自氧呼吸等过程算法进行了优化,以地面实测样方数据对改进后的模型进行精度验证,进而利用改进后的BEPS模型模拟了1982-2008年间的欧亚大陆草原带植被净初级生产力。结果表明,改进的 BEPS 模型与3个地区(哈萨克斯坦,内蒙古和新疆)的样地观测数据相比均具有较好的拟合精度,且预测能力较原有BEPS模型均有一定程度的提升;27年间,区域内NPP的平均值为120 g C/m²,其中蒙古草原为116.9 g C/m²,哈萨克草原为 122 g C/m²。在区域暖干化的背景下,蒙古草原的NPP呈现上升趋势,而哈萨克草原则在前苏联解体前后先上升后下降。区域内草地主要与年降水具有显著的正相关关系,而对温度的响应普遍较弱,表明降水是该区域植被生长的主要气候影响因子。     

气候变化对黄河源区生态环境的影响

在全球气候变暖和人类活动的共同作用下,黄河源区的生态环境受到严重干扰。目前,气候变化对黄河源生态环境的影响已经得到了很多学者的关注。本文在系统总结国内外已有研究成果的基础上,归纳了黄河源区的气候变化特征和已存在的生态环境问题,从径流量、土壤侵蚀、湿地、冻土和植被5个方面综合分析了黄河源区生态环境所面临的主要问题,讨论了气候变化对黄河源区生态环境的影响特点,并在此基础上提出了黄河源生态环境保护的治理对策。结果显示,黄河源区降水略有增加,气温显著升高。黄河源区径流有很大的年际和年代际变化,20世纪60年代中期至80年代后期相对偏丰,90年代初至2008年相对偏枯;源区年径流量距平的年际变化与年降水量距平的年际变化有很好的相关性;降水强度也是影响径流量的原因。黄河源区土壤侵蚀现象严重。湿地面积减少,沼泽和水域的斑块数、破碎度和分维数增加,优势度降低。源区多年冻土已经减薄或消失,多年冻土的边缘地带,垂直方向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界升高50~70 m。源区植被覆盖总体上保持原状,局部出现退化。在黄河源区生态环境保护方面应形成完善的生态补偿机制,加强法制建设,强化社会环保意识,提高执法队伍素质,加强部门联合,实施生态移民,大力发展生态旅游。     

三江源草地总生物量对未来气候变化的响应

以青海省三江源为研究区域,利用2005?2016年间采集的2055个草地野外监测数据校正并构建了适用于该地区的DNDC(denitrification-decomposition,反硝化-分解)模型参数库.通过模拟三江源草地总生物量在两种不同代表性浓度路径(RCPs)气候情景下的时空变化,探究了气候因子对草地总生物量变化的影响,并分析了三江源不同区域草地应对未来气候变化的放牧利用对策.研究结果表明:1)草地总生物量的模拟值与实测值呈显著的线性相关(R2=0.690,RMSE=96.414 g·m?2,P<0.001),模型结果能够较好地解释实测数据.2)两种气候情景对比,RCP 8.5气候情景下温度增幅要高于RCP 4.5的气候情景,而降水量增幅则低于RCP 4.5的气候情景.3)在RCP 4.5和RCP 8.5两种未来气候情景下,研究区草地总生物量均呈显著下降趋势,总生物量模拟值分别下降了16.91％～18.51％和23.82％～26.44％.气候变化是导致草地总生物量变化的主要因素,草地管理应积极应对潜在的气候变化并制定相应对策,保障草地资源的可持续发展.     

三江源1982-2012年草地植被覆盖度动态及其对气候变化的响应

采用1982-2012年的多源遥感数据,结合像元二分模型,分析了三江源保护区不同时期代表性河流源区不同类型草地的植被覆盖度及其动态,并研究了草地植被覆盖度对气候因子的响应.结果表明,三江源草地覆盖度整体上呈现出西北低东南高的特征,全区草地平均植被覆盖度为48.73％,黄河源草地覆盖度最高(65.45％),长江源最低(4.25％),草甸、高山亚高山草甸、平原草原、高山亚高山草原和荒漠草原的平均植被覆盖度分别为59.86％、57.390％、39.50％、33.70％和14.13％;31年间全区草地覆盖度整体上呈现上升趋势,增长速度为每年0.230％,黄河源区的增长速度最快(每年0.27％);整体而言,低温比干旱对三江源草地覆盖度增长的限制作用更强,草甸、高山亚高山草甸和平原草原受气温影响较大,高山亚高山草原和荒漠草原受降水影响较大,在月尺度上草地覆盖度对气温表现出明显的滞后效应,而对降水不存在明显的滞后效应;三江源保护区成立(2001年)后,草地覆盖度的增长速度和增长面积都有所提升,全区草地覆盖度对气温的敏感度有所升高,黄河源草地覆盖度对降水的敏感度有明显下降.生态工程和草地保护措施整体上已经取得了一定的成效,但局部草地覆盖度下降趋势有所加剧,以荒漠草原最为突出,应在今后的保护工作中加以重视.     

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。     

呼伦贝尔草甸草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古呼伦贝尔草原额尔古纳右旗牧业气象试验站1994-2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟了呼伦贝尔草甸草原1961-2010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,生长季内逐月地上生物量模拟值与观测值之间的相关系数为R²=0.53,斜率b=0.94,误差平方根值为72.07 g/m²,平均绝对百分比误差为38.02%。检验结果表明,CENTURY模型能够成功地模拟这类草原的季节动态和年际变化。在过去的50年中,呼伦贝尔草甸草原温度增加,降水略增,ANPP增加。相关分析表明,ANPP与生长季降水量(r=0.372)呈极显著正相关;与年平均最低气温、年平均地面气温、年平均气温、7月降水量呈显著正相关;与年平均风速(r=-0.382)呈极显著负相关;与其他气象因子无显著的相关关系。应用区域气候模式系统PRECIS输出的2021-2050年气候情景数据分析得出,在SRES B2、A2和A1B情景下,未来呼伦贝尔草甸草原平均最高气温和最低气温都将呈显著升高趋势,降水量略增,ANPP虽然在年际间存在波动,但总体呈明显增加态势,分别较基准时段增加了67.14%,69.65%和76.58%,增加速率分别为16.51,17.34和16.42 g/(m²·10 a)。在3种情景下,未来气候变化均会对呼伦贝尔草甸草原群落生产力产生显著的正面影响。     

近30年黑河流域草地变化分析及分布格局预测

草地是人类生存的基本资源和条件,在全球变化、全球循环和生态系统功能等方面起着非常关键的作用。本文基于GIS技术和1986、2000和2011年黑河流域草地分布数据,采用转移矩阵、草地动态变化度、空间动态度和CA-Markov模型等方法,分析了黑河流域近30年的草地变化,并对其未来分布格局做出预测。结果表明,(1)黑河流域1986年草地面积为32997.71km~2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为4290.02、6371.80和22335.89km~2;2000年草地面积为23939.46km~2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为5508.78、5540.01和12890.67km~2;2011年草地面积为24272.50km~2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为5561.31、5715.01和12996.18km~2,近30年间黑河流域草地面积呈现先减后增的趋势。(2)1986-2000年期间,黑河流域草地面积大幅减少,且退化严重,高覆被草地主要向中低覆被草地转换,中覆被草地主要向低覆被草地转换,低覆被草地主要向未利用地转换。(3)2000-2011年期间,黑河流域草地面积小幅增加,各类型草地转化面积较少,保持小幅缓慢上升趋势。(4)在现行趋势下,预测2022年黑河流域草地面积为24449.58km~2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为5560.28、5657.65和13231.65km~2,与2011年相比呈增加趋势,但下游地区草地面积和覆盖度依然较低。     

气候变化对陆地生态系统影响评估模型的研究进展

综述了气候变化对森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统及湿地生态系统和物种组成及分布的影响。从目前的研究现状,总结了气候变化对陆地生态系统（或物种）影响评估模型中存在很大的不确定性和许多亟待解决的问题。表明这些研究有助于进一步完善全球气候变化下对生态系统（或物种）保护、监测等,为我国生态环境系统的管理及相关政策的制定提供参考。