植被对气候响应的初步数值试验

【摘要】： 研究植被、土壤和大气之间相互作用具有重大的理论意义和现实意义。一方面可以为进一步建立更完善的模拟气候与陆地生物圈之间关系的数值模式奠定基础，另一方面可为探索植被在全球碳循环中的具体作用，正确地评估和预测全球气候变化对生态环境的可能影响，制定相应的政策提供科学依据。本文以寒温带落叶针叶林区为重点来进行试验模拟，研究植被对气候强迫响应的有效途径。 本文采用国际上公认的陆面过程模式(BATS)和周锁铨等的辐射计算方案，主要选取大兴安林区落叶针叶林区的漠河来进行试验分析。使用2001～2002年常规地面气象观测资料和太阳辐射资料，以6小时为时间积分步长，进行了陆面过程和植被生长过程的模拟试验。为了对比分析，在植被生长试验模拟中，也模拟了哈尔滨附近的净初级生产力(NPP)。结果表明： 1)该辐射计算方案对于漠河总辐射通量和净辐射通量有较好的模拟性能，能够较好地模拟出辐射通量的年变化和日变化的特点，对于晴天和云雨天气辐射通量的差别也能较好地模拟出来。模拟结果夏季好于冬季，晴天好于阴雨天气，可以在BATS模式中应用，以解决没有辐射观测资料的问题。 2)BATS模式对漠河表层和次表层土壤温度的变化趋势及量值有很好的模拟性能，能够反映出次表层土壤比表层土壤温度日变化幅度明显减小的特点，在对漠河融雪期间土壤温度的计算过程中，考虑了雪融，减小了强迫恢复作用，对融雪期间温度稳定少变的特点也能很好地模拟出来。模拟结果夏季好于冬季，白天好于夜间，表层好于次表层。 3)叶面温度与气温的季节变化趋势一致，晴天时，叶面温度与气温相比接近或略高，夜间叶面温度比气温明显偏低；阴雨天气时，无论是白天还是夜间叶面温度都比气温偏低；植被还可以影响大气与地表之间的热量传输。 4)在植被生长模式的模拟中，在物候方面增加了限制，即用界限温度控制北方冬季落叶树木的生长季，使结果更加接近实际情况。年NPP的模拟结果与国内的一些其它类似研究结果接近，NPP的模拟结果能较好地反映出植被生长的生理特点NPP的月变化、日变化及年际变化对气候因子有不同的响应。生长季内日NPP与日降水量具有一定的反相关关系，月NPP与月平均气温存在着明显的正相关关系。 5)对CO_2浓度增加后以及可能产生的气候变化对植被生长影响的模拟试验结果表明，落叶针叶林的NPP将可能会有明显提高，但如果只是温度增加，而降水保持不变的话，生产力水平提高不明显甚至会出现下降。