收藏本站
《东北林业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

运用IBIS模型估测东北东部森林生态系统碳动态的模拟

刘曦  
【摘要】:集成生物圈模型(Integrated Biosphere Simulator, IBIS)属于陆面生物圈-动态植被耦合模型。集成了大范围的生物物理、生理以及生态学过程,并且与大气环流模式(AGCMs)进行耦合,能够模拟变化复杂的、时间跨度从秒到数百年的生物圈过程,属于新一代全球生物圈模型DGVMs (Dynamic Global Vegetation Models),代表着全球碳循环模拟的研究方向。 本文在IBIS原有模型的基础上,对帽儿山生态站不同植被类型净第一性生产力(NPP)、土壤呼吸(Rs)和气象条件(温度temperature和降水precipitation),进行IBIS的初步运行和调试,应用生态站多年的研究成果为模型提供参数,进行修改和验证。继而从点到面,针对东北东部地区研究现状,利用修正后的IBIS模型对当地气候条件和碳动态进行模拟,分析该研究地区森林生态系统碳动态的时间和空间规律。并根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第3次评估报告的权威预测,确定本研究未来气候情景,分析碳通量对气候变化和植被参数(LAI)的敏感性。通过研究,所得主要结论如下: 1.模型修正方面:结合我国东北地区情况,保留了原模型中12种植物功能型其中的8种,15种植物群落类型其中的7种。不考虑土壤加速程序,凋落物碳库直接赋值,使模型得以简化,并更加符合土壤达到平衡状态时的实际情况。 2.模型验证方面:IBIS模型能够较好的模拟生长季温度和降水,但对非生长季尤其是初春和冬季温度和降雨(雪)模拟不足。对不同植被类型年均NPP、GPP和土壤呼吸季节动态变化的模拟误差均小于众文献。因此,IBIS模型的模拟结果总体上反映了东北东部森林生态系统的NPP、GPP和土壤呼吸的实际情况,表明了该模型在本区域内的适用性。 3.Rs模拟方面:受大气温度和降水的共同影响,土壤呼吸表现出比较明显的季节变化特征。夏季是土壤呼吸最为强烈的时期也是全年土壤呼吸变异率最大的季节,平均占全年Rs52-57%,是冬季土壤呼吸值的十几倍-几十倍。随着季节的变化,根系呼吸贡献率也呈现出季节动态,变化曲线趋向于复合函数,最小值出现在4月和5月间,最大值出现在10月份。本研究的根系自养呼吸贡献率高于Raich分析假定的30%贡献率。根系自养呼吸是土壤呼吸的主要部分,高于异养呼吸。自养呼吸模拟值均处于大部分温带森林研究结果0.122-0.663kg Cm-2a-1之内,异养呼吸的模拟值低于大部分温带森林Rh研究结果0.31-0.692kg Cm-2a-1,这可能是造成土壤呼吸低估的主要原因。不同植被类型2年间的土壤呼吸平均取值及变化范围存在较大差异,除常绿针叶林2005年土壤呼吸低于2004年3.1%外,其余土壤呼吸值均高于前一年。不同生态系统之间的Rs存在显著性差异,针阔叶混交林土壤呼吸是所有植被类型中呼吸值最高的,约为最低值兴安落叶松林的2倍多。土壤Rs空间分布随降水量与温度分布呈现区域异质性。降雨量低于465mm或年平均气温低于-3℃成为生态系统呼吸的限制性因子。 4.NPP模拟方面:在本研究中,运用IBIS模拟了2004和2005年2年间的NPP变化情况,结果表明NPP具有比较明显的季节变化特征。夏季NPP是全年最高的季节,平均占全年NPP的53%-70%,最低值出现在冬季,春季NPP变化最剧烈。2005年NPP较2004年有不同程度的升高,变化幅度因植被类型而有所差异,2年间NPP的平均水平来看,以针阔叶混交林NPP最高,达0.89kg Cm-2a-1,杂木林最低,为0.68kg C m-2a-1。2年间针叶林NPP与GPP比值介于0.36-0.56,阔叶林0.25-0.56,介于Waring et al.1998数据之内。NPP空间分布随降水量与温度分布呈现区域异质性。总体上研究区域中部植被NPP较高,南北差异较大。年均温度低于-3℃或降水量低于465mm成为该地区植被生长的限制性因子。不同森林植被由于NPP以及异养呼吸差异,NEP也存在很大变化,以针阔叶混交林为之最,NEP平均值介于0.72-0.74kg Cm-2a-1,硬阔叶林最小,平均值为0.47-0.53kg Cm-2a-1。 5.敏感性研究方面:1)LAI。不同植被类型,不论LAI如何增减变化,NPP均降低,Rs及其分量Ra、Rh反之。所有植被类型NPP、Rs、Ra和Rh对LAI变化5%最敏感,敏感性指数均高于0.2;2)温度。升温促进NPP增长,但不是无限制的增长,存在升温阈值,本研究的阈值温度为3℃,NPP对温度升高并不敏感,敏感性指数低于0.1,土壤呼吸和根系呼吸对温度变化中度敏感,敏感性指数介于0.1-0.2,并随温度升高幅度加大,敏感性增强,对升温3℃最为敏感。异养呼吸对温度变化很敏感,敏感性指数先降低,后升高,介于2.07-2.61。3)降水量。与NPP成正相关,对比降水量增加和降低的不同情况,NPP对降水量降低更为敏感(常绿针叶林和落叶松林除外),敏感性指数大多在0.2以上。不同植被类型土壤呼吸都对降雨增加10%和降低5%反应更为敏感,其中针叶林对降雨量变化敏感性高于阔叶混交林。自养呼吸对降水变化的敏感指数不如异养呼吸高,但也大多超过0.1,甚至在0.2以上达到中度敏感或极敏感程度,自养呼吸与异养呼吸随降雨量的不同变化,说明两种呼吸方式对水分要求的差异,这也为土壤呼吸大区域范围内的估算提出了难题。 6.未来气候情景下森林碳通量的模拟研究:1)升温降水量减少。NPP值均降低。2)升温降水量增加,大部分绿色植被NPP升高(常绿针叶,针阔叶混交林和兴安落叶松林除外)。土壤呼吸在各个气候情境下均表现出升高的趋势,气候变化对土壤呼吸作用更明显,这与Griffis等研究结果相同。
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S718.5

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王超;延晓冬;黄耀;刘辉志;;应用BIOME-BGC模型研究典型生态系统的潜热通量——半干旱地区吉林通榆的模拟[J];气候与环境研究;2006年03期
2 Toufiq A.Siddiqi;罗天祥;;亚洲化石燃料利用所产生的二氧化碳排放:总的看法[J];AMBIO-人类环境杂志;1996年04期
3 孙媛媛;季宏兵;罗建美;李甜甜;江用彬;;气候驱动的中国陆地生态系统碳循环研究进展[J];首都师范大学学报(自然科学版);2006年05期
4 聂道平,徐德应,王兵;全球碳循环与森林关系的研究——问题与进展[J];世界林业研究;1997年05期
5 李意德;海南岛热带山地雨林林分生物量估测方法比较分析[J];生态学报;1993年04期
6 刘国华,傅伯杰,方精云;中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J];生态学报;2000年05期
7 方运霆,莫江明,Sandra Brown,周国逸,张倩媚,李德军;鼎湖山自然保护区土壤有机碳贮量和分配特征[J];生态学报;2004年01期
8 杨金艳,王传宽;东北东部森林生态系统土壤碳贮量和碳通量[J];生态学报;2005年11期
9 杨金艳;王传宽;;东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化[J];生态学报;2006年06期
10 延晓冬;赵俊芳;;基于个体的中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN及模型验证[J];生态学报;2007年07期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 王军邦;中国陆地净生态系统生产力遥感模型研究[D];浙江大学;2004年
2 赵敏;中国主要森林生态系统碳储量和碳收支评估[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2004年
3 许红梅;黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产过程模拟研究[D];北京师范大学;2003年
4 杨金艳;东北天然次生林生态系统地下碳动态研究[D];东北林业大学;2005年
5 苏宏新;全球气候变化条件下新疆天山云杉林生长的分析与模拟[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2005年
6 米娜;中亚热带人工针叶林生态系统碳水通量的观测和模拟研究[D];南京信息工程大学;2007年
7 李慧;福建省森林生态系统NPP和NEP时空模拟研究[D];福建师范大学;2008年
8 李洪建;不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究[D];山西大学;2008年
9 张冬有;黑龙江省森林植被净初级生产力遥感估算研究[D];北京林业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 姜纪峰;应用生物物理—动态植被耦合模型对典型生态系统二氧化碳和水热通量的模拟研究[D];南京农业大学;2006年
2 唐英平;土壤呼吸温度敏感性及土壤有机碳分解速率的研究[D];福建师范大学;2008年
3 杨亚梅;贵州省植被净初级生产力时空变化与气象因子相关性分析[D];西南大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 隋玉柱;我国黄土土壤学研究的现状与展望[J];青岛大学学报(工程技术版);2004年02期
2 何师意;康志强;李清艳;熊志斌;;高分辨率实时监测技术在岩溶碳汇估算中的应用——以板寨地下河监测站为例[J];气候变化研究进展;2011年03期
3 潘林;;青藏高原草地生态系统土壤有机碳研究现状[J];青海农林科技;2011年02期
4 伏洋;张国胜;李林;颜亮东;罗生洲;汪青春;;青海高原生态环境演变特征及态势分析[J];青海气象;2007年02期
5 王振群;乔有明;段中华;;青海湖南岸不同覆被类型土壤碳氮含量比较[J];青海大学学报(自然科学版);2008年05期
6 邹华;王振群;乔有明;段中华;;三角城种羊场三种植被类型生物量及土壤碳氮含量比较[J];青海大学学报(自然科学版);2012年02期
7 黄玫;季劲钧;彭莉莉;;青藏高原1981~2000年植被净初级生产力对气候变化的响应[J];气候与环境研究;2008年05期
8 张佳华;卞林根;延晓冬;姚凤梅;;碳循环及对气候变化和人类生存环境的影响[J];气象科学;2006年03期
9 廖镜彪;王雪梅;李玉欣;夏北成;;城市化对广州降水的影响分析[J];气象科学;2011年04期
10 周广胜,王玉辉,白莉萍,许振柱,石瑞香,周莉,袁文平;陆地生态系统与全球变化相互作用的研究进展[J];气象学报;2004年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 左昕昕;吕厚远;;我国旱作农业黍、粟植硅体碳封存潜力估算[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
2 孟静静;刘静宇;黄少鹏;;土壤碳汇能力衰退的生物炭修复[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
3 谢军飞;;1990-2010年北京城市园林树木碳储量与固碳量研究[A];2011北京园林绿化与生物多样性保护[C];2011年
4 揣小伟;黄贤金;郑泽庆;王婉晶;;基于陆地生态系统碳储量的江苏省土地利用结构优化[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
5 王秀珍;郑长春;黄敬峰;;稻田甲烷排放监测技术研究[A];全国畜禽和水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集[C];2008年
6 沈蔚;彭光雄;;湖南省生态资产遥感测量与GDP空间分布研究[A];全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会论文集[C];2009年
7 黄黎;杨俊峰;吴明作;;城市土壤及植被的碳储量分析——以郑州为例[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
8 叶雨静;代力民;周莉;周旺明;;HXL采伐对森林碳储量影响的评价方法比较研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
9 谷勇;殷瑶;齐泮伦;吴昊;;森林碳储量研究进展[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
10 谭文雄;梁素莲;;广东省韶关市森林植被碳储量及其分布[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘伟峰;海洋溢油污染生态损害评估研究[D];中国海洋大学;2010年
2 余云军;胶州湾流域与海岸带综合管理研究[D];中国海洋大学;2010年
3 熊晶;海洋生态本体的建模方法研究及应用[D];中国海洋大学;2010年
4 沙晨燕;不同类型河滨湿地甲烷和二氧化碳排放的研究[D];华东师范大学;2011年
5 陈绍志;公益林建设市场化研究[D];北京林业大学;2011年
6 刘娜;中国建立碳交易市场的可行性研究及框架设计[D];北京林业大学;2011年
7 张秀娟;亚热带常绿叶林光能和水分利用效率研究[D];北京林业大学;2011年
8 吴金友;辽宁省森林植被碳储量动态仿真模型研究[D];北京林业大学;2011年
9 赖力;中国土地利用的碳排放效应研究[D];南京大学;2010年
10 尹刚强;湖南会同退耕还林生态环境效益研究[D];中南林业科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 莫琼;等高绿篱—农业复合系统土壤CO_2和N_2O排放特征[D];华中农业大学;2010年
2 胡红;矿区植物胁迫作用与遥感信息提取[D];山东科技大学;2010年
3 吴珊珊;合肥环城公园不同群落类型碳贮量特点[D];安徽农业大学;2010年
4 田慎重;耕作方式及其转变对麦玉两熟农田土壤CH_4、N_2O排放和固碳能力的影响[D];山东农业大学;2010年
5 连亚楠;冬闲田豆科牧草饲草产量及对稻田生态功能的影响研究[D];安徽农业大学;2010年
6 冯慧慧;基于作物模型和GIS的县域水稻产量动态预测技术研究[D];安徽农业大学;2010年
7 郭培培;不同气候梯度和酸雨胁迫强度影响下的凋落叶分解研究[D];浙江农林大学;2010年
8 窦荣鹏;亚热带9种主要森林植物凋落物的分解及碳循环对全球变暖的响应[D];浙江农林大学;2010年
9 刘冬梅;黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律[D];中国海洋大学;2010年
10 丁言峰;生态价值评估方法研究及实例分析[D];合肥工业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许吟隆,黄晓莹,张勇,林万涛,林而达;中国21世纪气候变化情景的统计分析[J];气候变化研究进展;2005年02期
2 叶殿秀;张强;肖风劲;;2005年中国气候特点[J];气候变化研究进展;2006年02期
3 朱兴武;肖瑜;田联会;;山杨天然次生林叶、枝、根产量测定的经验公式及其分析[J];青海农林科技;1988年01期
4 延昊,王长耀,牛铮,陈永华;利用遥感和常规资料对比研究中国地面温度变化[J];气候与环境研究;2001年04期
5 符淙斌,温刚;中国北方干旱化的几个问题[J];气候与环境研究;2002年01期
6 张时煌,彭公炳,黄玫;基于地理信息系统技术的土壤质地分类特征提取与数据融合[J];气候与环境研究;2004年01期
7 刘辉志,董文杰,符淙斌,石立庆;半干旱地区吉林通榆“干旱化和有序人类活动”长期观测实验[J];气候与环境研究;2004年02期
8 安刚,孙力,廉毅;东北地区可利用降水资源的初步分析[J];气候与环境研究;2005年01期
9 王庚辰;陆地生态系统温室气体排放(吸收)测量方法简评[J];气候与环境研究;1997年03期
10 季劲钧,胡玉春;一个植物冠层物理传输和生理生长过程的多层模式[J];气候与环境研究;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 延昊;中国土地覆盖变化与环境影响遥感研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
2 戴万宏;农田土壤空气CO_2动态和土壤——大气界面CO_2释放的研究[D];西北农林科技大学;2002年
3 赵敏;中国主要森林生态系统碳储量和碳收支评估[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2004年
4 苏宏新;全球气候变化条件下新疆天山云杉林生长的分析与模拟[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2005年
5 罗天祥;中国主要森林类型生物生产力格局及其数学模型[D];中国科学院研究生院(国家计划委员会自然资源综合考察委员会);1996年
6 周本智;基于小观察窗技术的竹林地下系统动态研究[D];中国林业科学研究院;2006年
7 葛忠强;基于RS和GIS的城市郊区生态质量综合评价研究[D];北京林业大学;2006年
8 刘永霞;北京山地油松林分生长过程数量化模拟研究[D];北京林业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王义祥;福建省主要森林类型碳库与杉木林碳吸存[D];福建农林大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贺宏奎;常建国;李新平;;环境与生物因子对土壤呼吸及其组分的影响[J];世界林业研究;2009年02期
2 刘曦;国庆喜;刘经伟;;东北东部森林土壤呼吸空间分布格局的模拟[J];东北林业大学学报;2010年12期
3 丁晓叶;吴永波;陈杰;;森林生态系统碳蓄积量与年净碳汇估算研究[J];中国城市林业;2011年02期
4 赵俊芳;延晓冬;贾根锁;;未来气候情景下中国东北森林生态系统碳收支变化[J];生态学杂志;2009年05期
5 王邵军;阮宏华;;全球变化背景下森林生态系统碳循环及其管理[J];南京林业大学学报(自然科学版);2011年02期
6 杨金艳,王传宽;东北东部森林生态系统土壤碳贮量和碳通量[J];生态学报;2005年11期
7 孔令武;;简易土壤呼吸测定器的试制[J];国外林业;1996年01期
8 由美娜;江洪;余树全;;森林生态系统土壤碳库对氮沉降的响应[J];浙江林业科技;2009年05期
9 柴恒忠;;森林生态系统在生物圈中的地位[J];吉林林业科技;1980年03期
10 王学理;;森林生态与森林虫害[J];吉林林业科技;1988年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马娅;匡耀求;黄宁生;;广东省森林生态系统价值核算[A];2007中国可持续发展论坛暨中国可持续发展学术年会论文集(3)[C];2007年
2 铁铮;;森林是最大有机碳库[A];低碳经济与林业发展论——中国林业学术论坛·第6辑[C];2009年
3 谷勇;殷瑶;齐泮伦;吴昊;;森林碳储量研究进展[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
4 林媚珍;陈志云;蔡砥;姜喜东;刘妍;;梅州市森林生态系统服务功能价值动态评估[A];中国地理学会百年庆典学术论文摘要集[C];2009年
5 黄郁明;程明纶;;黄山市森林生态系统蓄水调节功能浅析[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
6 龙勤;邹平;孟利清;;基于熵的自然保护区森林生态系统持续与协同的研究[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(下)[C];2005年
7 刘建军;康永祥;马长欣;姚正阳;;陕西省森林固碳增汇功能评估[A];低碳陕西学术研讨会论文集[C];2010年
8 黄初龙;;帽儿山森林生态系统蚯蚓生态功能研究[A];生态学与全面·协调·可持续发展——中国生态学会第七届全国会员代表大会论文摘要荟萃[C];2004年
9 焦全军;张霞;卫征;陈良富;张兵;;基于叶片光谱的森林叶绿素浓度反演研究[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
10 赵庆建;蔡志坚;;森林生态系统生产力适应性管理模型[A];低碳经济与林业发展论——中国林业学术论坛·第6辑[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 罗丹丽;翠绿重新染瑶乡[N];韶关日报;2010年
2 陈忠权;本市构筑城市森林生态系统[N];天津日报;2007年
3 那春风;我国森林生态系统定位研究成果丰硕[N];中国绿色时报;2003年
4 曹清尧 那春风;森林生态系统定位研究成果丰硕[N];人民日报;2003年
5 本报记者 张红梅 朱樱子;李渤生:震后亟须恢复与再造山地森林生态系统[N];中国绿色时报;2008年
6 杜景梅 刘辉 伊连生;林区未来的路怎么走[N];黑龙江经济报;2004年
7 姜澎;上海应尽快建森林生态观测站[N];文汇报;2007年
8 记者 简菊芳;中国森林生态服务年总价值10万亿元[N];中国气象报;2010年
9 记者 王翰林;我国森林生态系统定位研究取得巨大成就[N];科技日报;2003年
10 赵永新;实现森林资源可持续经营 建设稳定的森林生态系统[N];人民日报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘曦;运用IBIS模型估测东北东部森林生态系统碳动态的模拟[D];东北林业大学;2011年
2 张胜利;秦岭南坡中山地带森林生态系统对径流和水质的影响研究[D];西北农林科技大学;2005年
3 孟祥江;中国森林生态系统价值核算框架体系与标准化研究[D];中国林业科学研究院;2011年
4 龙勤;基于熵的森林生态系统类型自然保护区协同与可持续研究[D];昆明理工大学;2012年
5 孙晓娟;三峡库区森林生态系统健康评价与景观安全格局分析[D];中国林业科学研究院;2007年
6 刘素青;森林生态系统经营决策与自适应模型研究[D];中南林业科技大学;2006年
7 史宇;北京山区主要优势树种森林生态系统生态水文过程分析[D];北京林业大学;2011年
8 高述超;长沙城市森林生态系统养分循环与碳平衡研究[D];中南林业科技大学;2010年
9 刘文国;湖南岳阳滩地抑螺防病林生态系统水热、CO_2通量研究[D];中国林业科学研究院;2010年
10 盛浩;中亚热带山区土壤呼吸及其组分对土地利用变化的响应[D];福建师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘承江;辽宁仙人洞国家级自然保护区森林生态系统服务功能价值评估[D];辽宁师范大学;2009年
2 王祖华;淳安县森林生态系统服务功能价值评价研究[D];南京林业大学;2008年
3 尹光彩;森林生态系统功能数学模型的初步研究[D];湖南师范大学;2000年
4 王凤文;森林生态系统土壤呼吸与若干气象因子的动态关系研究[D];安徽农业大学;2006年
5 刘艳玲;长白山森林生态系统土壤氮矿化的研究[D];北京林业大学;2008年
6 郭丽;长沙市城市化与城市森林生态系统耦合研究[D];中南林业科技大学;2010年
7 朱鸿伟;森林生态系统的抗冰冻灾害能力研究[D];中南林业科技大学;2011年
8 尹飞;遂昌县森林生态系统价值评估[D];浙江农林大学;2011年
9 李晓曼;广州市城市森林生态系统碳循环研究[D];中南林业科技大学;2008年
10 黄英;乡村森林生态系统服务功能研究[D];中南林业科技大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026