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。     

典型草原净初级生产力对气候变化响应的模拟

本研究利用1953-2014年气象数据和1998-2013年实测数据驱动CENTURY模型模拟内蒙古典型草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并分析影响其动态变化的气象因素。结果表明,1)研究地点1998-2013年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.79,均方根误差为25.92 g/m²,CENTURY模型适用于模拟气候变化对内蒙古典型草原影响的研究。2)模型参数敏感性分析得出模型中的主要参数分别是研究地点土壤理化性质、草地植物生长的潜在生长力系数、植物生长最适和最高温度,这些参数的确定决定着模型模拟结果的准确度。3)1953-2014年,内蒙古锡林浩特的气温呈现极显著增加的趋势(P<0.01),主要是年平均最低气温明显上升;降水呈明显的年际波动,变异系数为30.2%。4)1953-2014年模拟的ANPP呈减少的趋势,但是变化趋势不显著(P>0.05)。通过相关性分析得到,降水是影响ANPP变化的主要因素,年降水量与ANPP的相关系数r值达到0.959(P<0.01),温度与ANPP呈弱相关性。     

高寒草甸草原净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用1957-2014年气象数据和1998-2014年实测数据驱动CENTURY模型模拟海北高寒草甸草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并利用典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景下5个大气环流模型的气候情景数据来模拟未来气候变化和CO₂浓度变化对草地生态系统ANPP的影响。结果表明:1)研究地点1998-2014年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.67,均方根误差为19.62 g·m^-2,CENTURY模型适用于模拟气候变化对高寒草甸草原影响的研究。2)过去50多年,高寒草甸草原的年平均最低气温、最高气温和年平均气温都呈极显著的波动上升趋势(P<0.01),年降水量年际波动特征比较明显,降水主要集中在植被的生长季。过去50多年,高寒草甸草原ANPP平均值达到271 g·m^-2,总体变化趋势为增加,但变化趋势不显著(P>0.05)。3)与基准时段(2001-2014年)相比,高寒草甸草原未来2030s(2015-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2099年)时段多模型年平均降水量、年平均温度、年平均最低和最高温度变化率均为正值。不考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.21%,11.53%,17.78%和8.34%,21.68%,40.32%;考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.89%,14.29%,24.28%和11.57%,31.74%,57.29%。考虑和不考虑CO₂肥效的情况下,5个大气环流模型引起的模拟结果的不确定性都在合理范围之内,多大气环流模型与CENTURY耦合模拟的ANPP结果较为一致。     

2000-2014年浑善达克沙地植被覆盖变化研究

基于2000-2014年间植被生长季(4-10月)的MODIS NDVI数据反演浑善达克沙地地区植被覆盖变化,结合2000-2013年该地区周边11个气象站点的气温和降水数据,分别从年际变化和月变化角度分析该地区植被覆盖变化对气候变化的响应。研究表明,浑善达克沙地植被NDVI,不论是植被生长季平均值,还是其各月份值都呈上升趋势。研究区植被覆盖度的显著增加是气候和人为因素综合作用的结果, 一定程度上反映了生态恢复重建措施的有效性,但其植被NDVI年际变化趋势与降水量的关系更密切,其相关系数达到0.75,是驱动植被覆盖年际波动的最直接因素。在空间分布上,研究区的南部、中部和北部边缘区域的植被覆盖增加趋势较明显,而中部和西部部分区域未发生明显的趋势性变化。从月变化来看,4月草地植被变化受气温变化影响较明显;5-8月与前一月降水变化关系密切,说明植被生长对降水变化具有一定的滞后性。从沙地类型植被覆盖年际变化趋势看,所有类型都呈增加态势,增加态势最大的类型是移动沙地,最小的是固定沙地。     

CENTURY模型在内蒙古草地生态系统的适用性评价

基于草地生态系统模型评估气候变化对草地的影响及其适应对于草地的可持续利用和草地荒漠化的防治具有重要意义。本研究选择内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原及草原化荒漠4种主要草地类型的代表性站点-额尔古纳右旗、镶黄旗、乌审旗和苏尼特左旗,基于牧业气象试验站的长期围封草地生物量观测资料,对草地生态系统模型(CENTURY)进行了校正和验证。结果表明:CENTURY模型模拟的草甸草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠生长季地上部分生物量的模拟值与实测值变化趋势比较一致,决定系数(R²)分别为0.60, 0.60, 0.65和0.59,均方根误差(RMSE)分别为29.65, 31.45, 25.51和7.90 g C·m^-2,CENTURY模型能够模拟草地地上部分生物量对气候因子的响应,适用于气候变化对内蒙古草地生态系统的影响研究。模型参数敏感性分析表明:草地地上部分生物量敏感的生理参数是草地生长最适温度、最高温度及潜在生产力系数。对过去50年草地地上部分生物量的变化模拟显示:额尔古纳右旗与乌审旗的草地年累积地上部分生物量在近50年间呈现波动增加,镶黄旗与苏尼特左旗呈现波动减少,但统计上均不显著。     

气象因子对典型草原地上生物量的潜在影响

利用锡林浩特国家基准气候站和牧业气象试验站2004—2018年牧草生长季气象资料和生态观测资料,分析了各气象因子对锡林浩特典型草原地上生物量在全生育期的潜在影响。结果表明:锡林浩特典型草原牧草地上生物量有明显增加趋势,增加速率为每年51.7kg/ha,相关系数0.459(P<0.05)。降水量与同期地上生物量干重呈极显著正相关,相关系数是0.525(P<0.01)。每增加1mm降水量使地上生物量增加3.5kg/ha。降水量在牧草全生育期是影响典型草原地上生物量最主要的气象因子。其它气象因子在全生育期对地上生物量的影响不显著。     

气象因子对青藏高原高寒草甸 参考蒸散的驱动特征

青藏高原被誉为"中华水塔",在全球气候变化的大背景下,青藏高原的水热平衡发生了一系列变化,研究青藏高原蒸散与气候变化关系,对于揭示气候变化对高原水文过程影响具有重要意义。基于2011-2016年6年自动观测连续数据,选取净辐射总量、气温、饱和水汽压差、降水、风速、相对湿度、日照时数7个主要气象因子,采用随机森林分析方法,分析了参考蒸散的季节及年际变化趋势,评估各气象因子对青藏高原参考蒸散的贡献。结果表明:1)在季节尺度上,参考蒸散总体表现为单峰曲线,即1-7月呈增加趋势,7月份达到最大值(132.48mm),7-12月开始逐渐下降;在年际尺度上,参考蒸散总体呈现递增的趋势,平均为1 023.03mm,且每年以29.61mm增加趋势上升。2)净辐射是影响参考蒸散年内变异最重要的气象因子,其他气象因子对其影响强弱排序为饱和水汽压差最高气温日照时数平均气温;对于生长季参考蒸散,气象因子对其影响强弱依次排序为净辐射日照时数饱和水汽压差最高气温。而降水、风速、最低气温和平均气温对年内参考蒸散和生长季参考蒸散影响较小。对非生长季参考蒸散,其所受气象因子强弱排序为净辐射饱和水汽压差风速最高气温平均气温,而相对湿度、日照时数、降水和最低气温对非生长季参考蒸散贡献较小。本研究表明,青藏高原矮嵩草(Kobresia humilis)草甸参考蒸散主要受净辐射驱动,且相比于平均温和最低气温,最高气温对其参考蒸散影响更大,这对于明晰高寒草甸水循环过程具有重要意义。     

气候变化对兴海县高寒草地产草量的影响分析

利用1961—2009年气温、降水、日照时数等气象要素,1999—2009年高寒草地牧草产量和牧草生长季旬温度、降水、日照时数等数据,对青海省兴海县近50年气候变化和牧草产量与气象条件的关系进行了研究。结果表明：近50年来兴海高寒草地气温显著上升,气候倾向率为0.34℃/10年,49年累计升温1.65℃。牧草生长季4—8月气候倾向率在0.16～0.28℃/10年,6月的倾向率最大,8月最小,7月、6月的上升趋势显著。降水量呈不显著微弱增加趋势,降水变率大,倾向率为10.1 mm/10年,49年间累计增加49.4 mm。牧草生长季,7、6月降水量增加较多,5月降水量呈减少趋势;年日照时数近50年来呈显著减少趋势,倾向率为-42.5 h/10年,49年间累计减少208.3 h。牧草生长季各月日照时数均呈减少趋势;牧草产量呈波动中显著增加趋势,每年增加146.8kg。牧草生育期内4月上旬、4月中旬至5月中旬旬平均气温对牧草产量的影响最为明显,分别对应最大正效应和负效应。降水量以4月中旬至5月中旬的正效应最大,负效应中以4月上旬为最大。5月上旬至6月中旬、8月上中旬2个时段日照时数增加是正效应,4月各旬、6月下旬至7月下旬、8月下旬3个时段是负效应。     

气候变化对典型草原糙隐子草物候期和产量的影响

利用62年锡林浩特市典型草原气象资料和30年糙隐子草生长季观测资料,分析了糙隐子草物候和产量对气候变化的响应。结果表明:近60年来,锡林浩特地区气温呈上升趋势,降水量表现为微弱减少,总体呈暖干气候变化趋势。随着气候变化,糙隐子草返青期显著延迟,后续物候期均呈提前趋势,整个生长季呈缩短趋势。通过各物候期相关性分析来看,限制糙隐子草产量积累的主要因素是生长季降水量和年降水量,其相关系数分别是0.458(P0.05)、0.508(P0.01);气温变化对牧草产量的影响不明显。回归分析与相关分析的结果一致,降水是影响糙隐子草的主要限制因子。     

额尔古纳地区牧草生长发育特征与气象要素的关系

利用内蒙古额尔古纳市气象局2005~2020年5~9月全生育期的地面气象观测资料和牧草观测资料,分析了近16 a牧草高度、盖度、生物量变化特征及与气象要素的相关关系。结果表明:牧草生长季5~9月气温、降水量、相对湿度呈上升趋势,日照时数呈显著下降趋势;牧草高度、盖度、生物量的年际变化均呈下降趋势,牧草高度、盖度下降速率分别为8.5cm/10 a和10.0%/10 a,生物量以每年4.2 kg/ha速率下降;牧草高度月变化规律5~6月牧草长势较快,6~7月长势稍弱,7~8月变化不明显;牧草盖度均呈增加趋势;生长季牧草高度、盖度与同期降水量、相对湿度、日照时数呈正相关,与气温呈负相关;牧草生物量与降水量、相对湿度呈正相关,与气温、日照时数呈负相关。牧草高度受气象要素影响不明显,牧草盖度受气温、降水量、日照时数影响较明显,气温、降水量以及空气湿度对牧草产量的影响最显著。     

山西铁杆蒿草地群落碳、氮密度区域差异及其驱动因素

为明确山西铁杆蒿（Artemisia sacrorum）群落碳、氮密度的区域差异,以及导致这种空间变化的驱动因素,本试验以山西省铁杆蒿草地群落为研究对象,通过测定晋北半干旱地区和晋南半湿润地区铁杆蒿群落的碳（C）、氮（N）密度,分析了其与年均气温、年降水量、土壤理化性质和地上、地下生物量等生态因子的相关性。结果表明：山西南北铁杆蒿群落碳、氮密度空间分布存在差异,晋南地区铁杆蒿群落的群落碳、氮密度分别为651.83 g C·m^-2和20.63 g N·m^-2,晋北地区铁杆蒿群落的群落碳、氮密度分别为418.89 g C·m^-2和13.90 g N·m^-2。以群落各组分碳、氮密度代表样点进行RDA（Redundancy analysis）冗余分析排序得出造成两地区群落碳、氮密度分异的主要生态因子均为地上生物量、地下生物量、年均气温、年降水量、土壤有机碳含量以及土壤砾石比。可见,山西晋南和晋北地区铁杆蒿群落碳、氮密度空间分布存在差异,不同气候区铁杆蒿群落碳、氮密度空间差异与生物量的积累密切相关,驱动晋南和晋北地区铁杆蒿群落碳氮密度分异的环境因素为年均气温、年降水量、土壤有机碳含量以及土壤砾石比。     

降水量的季节分配对羊草草原群落地上部生物量影响的数学模型

根据羊草草原群落地上部生物量连续１３ａ手定位观测资料，分析了降水量及其季节分析对群落地上部生物量年度波动的影响，并应用积分回归模型，计算出１－７月各旬降水量对群落地上部生物量的影响系数。     

三江源地区1961−2019年降水量时空变化特征

利用三江源地区13个气象站1961?2019年共59年的降水量资料,基于一元线性回归、滑动平均法、气候倾向率和重标极差分析等方法,研究源区降水量的时空演变规律和未来变化趋势.结果表明:三江源地区年均降水量为470.7?mm,并以10.31?mm·10?a?1的速率增加.黄河源区春季降水量最大,其余三季以澜沧江源区最高,...     

沙地草原牧户对气候变化适应性调查分析

以内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗为例,利用1960-2009年气象数据及牧户家庭调查问卷,研究当地气候变化情况及牧户家庭对气候变化及其影响的感知与应对策略。结果表明:过去50年中,该地区气温显著升高(P<0.01),气温变化曲线线性拟合倾向率为0.413℃·(10 a)^-1,降水总量呈降低趋势 (P>0.05),降水量变化曲线线性拟合倾向率为-12.29 mm·(10 a)^-1;牧户对气候变化的感知存在差异,对气温感知的准确度高于降水;极端天气灾害中,干旱和沙尘暴对牧户生产生活的影响最大;而牧户的适应措施以圈养、适量购买饲料和处理家畜为主;在现有草原政策实施过程中,牧户希望得到畜种改良、人工草地建植和防疫等方面的技术支持。     

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。     

基于地上净初级生产力与地上生物量的若尔盖高原放牧强度遥感监测

若尔盖高原作为全国三大草原牧区之一,牧草资源丰富,但受放牧的影响,该地区的生态环境相继出现了湿地和草地的退化、土地沙化等现象。为准确、快速估测若尔盖区域尺度放牧情况,合理安排人类活动,为保护生态环境提供数据与理论支持,本研究利用MODIS-NDVI数据,结合地面实测数据及气象数据,分别模拟了地上生物量及净初级生产力(aboveground net primary productivity,ANPP),并在此基础上分析了2010?2019年若尔盖高原放牧强度。结果表明:模拟放牧强度的模型效果较好,R2值为0.7813,达到极显著相关水平(P<0.05),且均方根误差(root mean square error,RMSE)较小,精度可达到70%以上,能将不同放牧程度的区域区分开;若尔盖高原2019年平均放牧强度为1.87 AU·hm^?2,处于过度放牧状态,且整体放牧强度呈现出东南部偏高、西北部偏低的分布态势。在时间变化上,若尔盖高原2010?2019年放牧强度整体呈增加趋势,在2010?2014、2014?2019年分别出现先增加后减少的变化过程;地上净初级生产力和地上生物量的分布态势与放牧强度的大小具有一定的关联性。     

内蒙古草地地下生物量空间格局分析

本文以内蒙古地区198个草地样地地下生物量调查测定数据为基础,结合遥感及气象数据,进行草地地下生物量与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI等6个生态因子间的回归分析。根据回归拟合方程,借助ArcGIS平台进行单因素插值,并通过插值预测结果与实测数据的拟合程度赋予各因素不同的权重,加权叠加估算,并综合插值出内蒙古草地地下生物量1 km×1 km栅格的空间分布图。结果表明:内蒙古地区草地地下生物量平均值为1364.06 g/m²,其中温性草原类草地的地下生物量最大,为1916.64 g/m²,温性荒漠类最小,为80.39 g/m²;草地地下生物量与年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI均有着极显著的相关性;空间格局上,自东北向西南方向草地地下生物量呈现由高向低过渡的趋势,呼伦贝尔盟和锡林郭勒盟东部地区的地下生物量最高,阿拉善盟大部分地区地下生物量较低;内蒙古草地植被地下生物量空间插值数据通过了检验,预测精度为66.62%。