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《中国林业科学研究院》 2011年
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气候变化对中国主要造林树种/自然植被地理分布的影响预估及不确定性分析

张雷  
【摘要】:气候变化已经成为一个不可争辩的事实。气候变化通常导致物种分布区在纬向和高程上的迁移。气候变化对植物、植物多样性和植被分布的影响已经越来越受到重视。物种分布模型(SDM),又称为生态位模型(NM)或生境适宜模型,是预估气候变化对物种分布影响的主要工具。随着计算机、统计学和GIS的发展,SDM模型层出不穷,然而对这些模型的相对表现却知之甚少,因此有必要对SDM模型进行对比分析,以便更加可靠的评估气候变化的影响。目前有关研究表明,物种分布模型在模拟预估气候变化对物种分布影响时存在极大不确定性,而且模拟预估的误差来源对不确定性的贡献还不清楚,对降低模拟预估不确定性的方法还知之甚少,因此有必要确认误差主要来源,对各误差来源对不确定性的贡献进行分割,对不同的降低不确定性的方法进行对比分析,以便更有效的利用物种分布模型,增加模型预测的可靠性。当前,为改善区域生态环境、减缓气候变化,中国正在进行大规模的森林植被建设工程,而实施这些林业生态建设工程首要面对的问题就是在哪里造林?选择什么树种造林?物种分布模型通过对物种生境需求的研究,可以有效支撑解决这个问题。本文主要目的就是分析物种分布模拟中的不确定性,评估气候变化对中国主要造林树种和自然植被地理分布的潜在影响,为制定适应气候变化的林业发展对策提供科学支撑。本文主要开展了5个方面的研究:(1)物种分布不存在(Absence)数据取样对模型预测精度的影响;(2)多物种分布模型比较评估; (3)物种分布模拟预估中的不确定性及其不确定性组分的相对贡献;(4)对比分析降低模拟预估不确定性的方法;(5)气候变化对中国主要造林树种和自然植被类型地理分布的影响。 主要研究方法与结论: (1)通过概形分析模型(Profile technique, PT)——DOMAIN生成物种(毛竹)生境适宜分布图,选取低适宜性的地区作为物种分布不存在数据,然后应用到分类判别分析模型(Group discrimination technique, GDT)——NeuralEnsembles进行模拟预测,同时分析了分布不存在数据取样大小对模型预测能力的影响。结果表明:基于DOMAIN模型选择物种分布不存在数据有利于提高模型预测精度;模型评估方法——AUC和敏感度(sensitivity)对用于建模的物种不发生数据取样大小不敏感,而Cohen's k-test值随着分布不存在数据取样的增大逐渐减小。 (2)采用8个物种分布模型,9套模型训练数据,3个GCM模型和一个SRES(A2)排放情景,模型分析了中国12个主要造林树种当前基准气候条件下(Baseline,1961-1990)和未来气候条件下3个时间段(2010-2039, 2020s; 2040-2069, 2050s; 2070-2099, 2080s)的潜在分布。共计得到当前分布预测数据72套,未来每个时间段分布数据216套(此处称为组合预测)。采用概形分析模型选择物种不发生数据。采用合作开发的ClimateChina软件进行当前和未来气候数据的降尺度处理。采用Cohen's k-test、真实技巧统计方法(TSS)和接收机工作特征曲线下的面积(AUC)对模型预测能力进行评估。结果表明:随机森林(RF)、广义线性模型(GLM),广义加法模型(GAM)、多元自适应样条函数(MARS)以及助推法(GBM)预测能力较高,并且几乎不受建模数据之间差异的影响。混合判别分析模型(MDA)对建模数据之间的差异非常敏感,甚至出现建模失败现象。不同模型技术之间、不同树种之间、不同建模数据之间,模型预测精度都存在差异。 (3)物种分布模型、建模数据、以及GCM气候情景是物种分布模拟不确定性的主要误差来源。采用三因素方差分析方法对组合预测中的不确定性组分来源进行分割,结果表明,物种分布模型本身导致的差异对模拟预测结果不确定性的贡献最大且所占比例极高,而建模数据之间的差异贡献最小,GCM贡献居中。 (4)采用三种方法(平均法、频率法和中值(主成分)法)对组合预测结果进行进行整合集成和一致性趋势分析(此处称为一致性预测方法)。采用Cohen's k-test和Pearson相关系数对预测结果相似性进行比较分析。结果表明,3种一致性预测方法在预测气候变化导致的树种分布区迁移方向和距离、分布区面积变化比例以及最适宜海拔分布高度变化时差异不明显;但是当前和未来气候条件下空间分布图的相似性分析表明,三种方法之间差异显著,其中平均法和频率法较相似,中值(主成分)法与其它两者差异较大。 (5)气候变化将导致中国主要造林树种——华山松、侧柏、杉木、油松、兴安落叶松、红松、华北落叶松和云南松总的潜在分布面积逐渐减少,且分布区逐渐向西北方向迁移。云杉、马尾松未来总潜在适生区面积将逐渐增加。樟子松未来总潜在适生区面积将逐渐减少,随着预测时段的增加分布区先向西北移动,后向东北移动。长白落叶松未来气候条下将向东北方向迁移,随着预测时段的增加总潜在适生区面积先增加后减少。 (6)采用随机森林技术建立中国植被-气候分类关系模型。此模型技术能对中国植被类型的空间分布进行较好的模拟,由于中外关于植被分类系统的规则不同,因此克服了国外模型不能完全适宜中国地区的缺点(如高寒荒漠无法表达,Savanna中国不存在)。预估结果表明,未来气候条件下,中国东部森林植被带将逐步向北迁移,其中北方针叶林退缩最显著。青藏高原植被——高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠,有趋向暖性化的趋势。森林、温带荒漠面积将增加,温带草地面积逐渐缩小,亚高山常绿灌丛面积缩小。植被空间分布图相似性分析表明,气候变化导致植被分布格局的变化幅度随着时间推移逐渐增强。总体来讲,未来3个GCM气候情景下,植被分布格局对气候变化的响应比较相似。 这些结果表明在预测气候变化对物种分布时,要特别关注物种分布模型的选择,同时也强调在研究结果用于资源管理和物种保护时需要提供气候变化对物种分布影响的空间分布图。在利用组合预测方法来降低模拟不确定性的时候,需要重点关注模型的选择和一致性预测方法的选择。开发具有高度可靠性和外推能力的单个物种分布模型是未来物种分布模拟的一个重要挑战。此外,本文构建的植被-气候关系模型可以作为动态植被模型中的生物地理模型模块,或者与生物地球化学模型相耦合,进而预测植被动态。本研究有助于加深对物种分布模拟中不确定性的认识,为制定适应气候变化的林业适应性管理措施提供了理论基础。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:Q948.5

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贺庆棠;袁嘉祖;逢瀛;;气候变化对中国森林植被的可能影响[J];北京林业大学学报;1994年S4期
2 贺庆棠,袁嘉祖,陈志泊;气候变化对马尾松和云南松分布的可能影响[J];北京林业大学学报;1996年01期
3 刘华民,吴绍洪,郑度,杨勤业;潜在自然植被研究与展望[J];地理科学进展;2004年01期
4 赵东升;李双成;吴绍洪;;青藏高原的气候植被模型研究进展[J];地理科学进展;2006年04期
5 吴正方,靳英华,刘吉平,商丽娜,赵东升;东北地区植被分布全球气候变化区域响应[J];地理科学;2003年05期
6 李克让,陈育峰,黄玫,李晓兵,叶卓佳;气候变化对土地覆被变化的 影响及其反馈模型[J];地理学报;2000年S1期
7 赵茂盛,Ronald P.Neilson,延晓冬,董文杰;气候变化对中国植被可能影响的模拟[J];地理学报;2002年01期
8 陈育峰,李克让;地理信息系统支持下全球气候变化对中国植被分布的可能影响研究[J];地理学报;1996年S1期
9 江志红;张霞;王冀;;IPCC-AR4模式对中国21世纪气候变化的情景预估[J];地理研究;2008年04期
10 姜大膀;;Projected Potential Vegetation Change in China under the SRES A2 and B2 Scenarios[J];Advances in Atmospheric Sciences;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周国模;毛竹林生态系统中碳储量、固定及其分配与分布的研究[D];浙江大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王炜;郭卫华;庞绪贵;王仁卿;战金成;代杰瑞;;黄河下游流域土壤种子库生物多样性研究[J];山东农业科学;2010年02期
2 蔡坤琪;;基于相关鉴别分析和随机森林的人脸识别方法[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2012年01期
3 周忠泽,蒙仁宪;华东地区植被概况[J];安徽大学学报(自然科学版);1996年04期
4 周俊新;;野鸦椿扦插育苗适宜技术研究[J];安徽农学通报;2008年15期
5 张光长;;君子峰自然保护区森林资源的保护与经营探析[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年13期
6 刘磊;金梅;黄遵锡;唐湘华;;光合细菌对废水中几种常见有害物质的降解[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年03期
7 杨明霞;刘艳;李素清;;山西崛围山人工植物群落数量分类和排序分析[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年05期
8 周长海;皖东马尾松纯林更新改造技术研究[J];安徽农业科学;2005年06期
9 周长海;安徽北亚热带森林植被恢复策略研究[J];安徽农业科学;2005年09期
10 李传霞;乔丽芳;张毅川;;湖南高望界自然保护区植被特点[J];安徽农业科学;2006年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘谞承;梁明易;张玉环;曾嘉强;;陇东董志塬生态环境保护建设方法探讨研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2011年
2 童道琴;;基于岩质坡地的植物生态修复探讨[A];第七届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集[C];2011年
3 贾少春;胡秀珍;;A Method of Predicting theβ-hairpin Motifs in Proteins[A];第四届全国生物信息学与系统生物学学术大会论文集[C];2010年
4 宁平;千怀遂;马丽娜;;中国银杏的温度适宜性及其变化趋势[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集(上册)[C];2011年
5 李胜朋;王洪礼;冯剑丰;;基于不连续回归树的最大李雅谱诺夫指数计算方法[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
6 张经炜;;再造一个山川秀美的大西北——保护环境,开拓资源,开展固沙保土的C_4植物研究利用[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(三)[C];2007年
7 胡艳;葛继稳;汪洋;;神农架长坊二级水库电站工程建设对生态环境的影响[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(三)[C];2007年
8 张经炜;;再造一个山川秀美的大西北——保护环境,开拓资源,开展固沙保土的C4(碳四)植物的选育、引种和推广的研究(西部大开发建议之三)[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(三)[C];2007年
9 李忠魁;;森林资源的低碳效益及其价值评估[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 吕厚远;刘东生;郭正堂;;黄土高原地质、历史时期古植被研究状况[A];中国科学院地质与地球物理研究所二○○三学术论文汇编·第三卷(地球环境·工程地质与灾害)[C];2003年
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1 于化龙;基于DNA微阵列数据的癌症分类技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李书艳;单点氨基酸多态性与疾病相关关系的预测及其机制研究[D];兰州大学;2010年
3 巴雅尔塔;青藏高原东缘高寒草甸群落花期物候研究[D];兰州大学;2010年
4 方克艳;近400年来西北地区气候变化的树轮记录研究[D];兰州大学;2010年
5 张忠华;喀斯特森林植被种群生态学与群落稳定性分析[D];华东师范大学;2011年
6 魏初奖;松突圆蚧在中国的适生性与风险性研究[D];福建农林大学;2010年
7 姚志明;基于步态触觉信息的身份识别研究[D];中国科学技术大学;2010年
8 杜方;复杂网络系统间相似性识别及其应用[D];浙江大学;2010年
9 甘良志;核学习算法与集成方法研究[D];浙江大学;2010年
10 王树云;基于Bayes方法和图限制下正规化方法的变量选择问题及其在基因组数据中的应用[D];山东大学;2010年
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1 曾毅;基于植物群落分析的武汉城市湖泊湿地植被恢复典型模式研究[D];华中农业大学;2010年
2 刁百灵;湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议[D];华中农业大学;2010年
3 马浩;基于土地适宜性评价的三峡库区防护林类型空间优化配置[D];华中农业大学;2010年
4 马冉冉;集成学习算法研究[D];山东科技大学;2010年
5 吴炜;枞阳大山不同演替阶段群落结构及其植物多样性研究[D];安徽农业大学;2010年
6 石国强;基于规则的组合分类器的研究[D];郑州大学;2010年
7 陈松峰;利用PCA和AdaBoost建立基于贝叶斯的组合分类器[D];郑州大学;2010年
8 杜中修;火炬树适生区预测及对自然生态系统的入侵风险评估[D];山东农业大学;2010年
9 李红;数据挖掘中特征选择与聚类算法研究[D];大连理工大学;2010年
10 李海燕;互信息特征选择的研究及在代谢组学中的应用[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩文轩,方精云;相关生长关系与生态学研究中的尺度转换[J];北京大学学报(自然科学版);2003年04期
2 徐化成,郭广荣,冯林,杨雷;油松天然林的生长与地理—气候因素的关系[J];北京林学院学报;1981年04期
3 孟宪宇;使用Weibull分布对人工油松林直径分布的研究[J];北京林学院学报;1985年01期
4 王良民 ,任宪威 ,刘一樵;我国落叶栎的地理分布[J];北京林学院学报;1985年02期
5 马钦彦;油松分布区气侯区划[J];北京林业大学学报;1989年02期
6 贺庆棠;森林对地气系统碳素循环的影响[J];北京林业大学学报;1993年03期
7 贺庆棠;袁嘉祖;逢瀛;;气候变化对中国森林植被的可能影响[J];北京林业大学学报;1994年S4期
8 成克武,崔国发,王建中,李俊清;北京喇叭沟门林区森林生物多样性经济价值评价[J];北京林业大学学报;2000年04期
9 马钦彦,陈遐林,王娟,蔺琛,康峰峰,曹文强,马志波,李文宇;华北主要森林类型建群种的含碳率分析[J];北京林业大学学报;2002年Z1期
10 贺庆棠,袁嘉祖,陈志泊;气候变化对马尾松和云南松分布的可能影响[J];北京林业大学学报;1996年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 楼一平;毛竹人工林持续立地生产力的研究[D];中国林业科学研究院;2001年
2 陈遐林;华北主要森林类型的碳汇功能研究[D];北京林业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 杨丽霞;利用森林生态系统碳循环综合模型模拟土壤有机碳动态变化[D];南京农业大学;2004年
2 陈睿;毛竹混交林结构及其伴生树种选择研究[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 周立志,马勇,叶晓堤;中国干旱地区啮齿动物物种分布的区域分异[J];动物学报;2002年02期
2 冯明;湖北省气候变化及其对夏收作物的影响[J];中国农业气象;1997年04期
3 贾庆宇;王笑影;吕国红;谢艳兵;;气候变化对植被带影响研究进展[J];安徽农业科学;2010年21期
4 张国宏;王志伟;郭慕萍;刘文平;;山西省作物气候生产力变化特征[J];干旱区资源与环境;2010年09期
5 吴军;徐海根;陈炼;;气候变化对物种影响研究综述[J];生态与农村环境学报;2011年04期
6 戴晓苏;气候变化对我国小麦地理分布的潜在影响[J];应用气象学报;1997年01期
7 江源,黄秋如,韩京莎,黄晓霞,刘全儒;小五台山亚高山草甸物种分布与温度关系研究[J];应用生态学报;2005年07期
8 苏月梅;黎桂芳;;Bulbophyllum属药用植物资源生态及其持续利用[J];广州大学学报(自然科学版);2006年02期
9 杜华明;;气候变化对农业的影响研究进展[J];甘肃农业;2006年01期
10 丁荣;王伏村;王静;梁俊宁;;近47a来黑河流域的降水时空特征分析及预报评估[J];中国沙漠;2009年02期
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1 刘洪兰;白虎志;张俊国;许爱琴;;河西走廊中部近50a气候变化对水资源的影响[A];第27届中国气象学会年会应对气候变化分会场——人类发展的永恒主题论文集[C];2010年
2 胡菊芳;;气候变化对江西水稻生产的影响[A];第27届中国气象学会年会应对气候变化分会场——人类发展的永恒主题论文集[C];2010年
3 李艳兰;何如;覃卫坚;;气候变化对广西干旱灾害的影响[A];第28届中国气象学会年会——S11气象与现代农业[C];2011年
4 李茜;张绍恢;陈敏;;廊坊的气候变化与冬小麦播期变化的关系[A];第27届中国气象学会年会现代农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2010年
5 孙即霖;丛明;吴德星;高山红;;中国东部海区经向热力差异对夏季南京气候变化的影响[A];第28届中国气象学会年会——S5气候预测新方法和新技术[C];2011年
6 黎清才;杨洪昌;谢考宪;;气候变化的全息统一观[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
7 唐湘玲;吕新;;石河子地区近48年来气候变化对棉花产量影响分析[A];第27届中国气象学会年会现代农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2010年
8 王淑香;;气候变化对河南粮食安全影响及防御策略分析[A];第27届中国气象学会年会现代农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2010年
9 梁树献;罗泽旺;王式成;杨亚群;程兴无;徐胜;;浅析气候变化对淮河流域地表水资源的影响分析[A];中国水利学会2010学术年会论文集(上册)[C];2010年
10 赵秀兰;;近50年中国东北地区气候变化对农业的影响[A];2012北京气象学会中青年优秀论文评选论文集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 邱登科;国际极地年:探寻气候变化的蛛丝马迹[N];民营经济报;2010年
2 陈昌平(作者系州气象局局长);以科学发展观应对气象灾害和气候变化[N];甘南日报(汉文版);2005年
3 本报记者 朱隽;气候变化牵动经济脉搏[N];人民日报;2005年
4 美国国际政策研究中心前高级研究员 郭久亦;地球正接近气候变化的转折点[N];光明日报;2008年
5 本报记者 华凌;金融危机:减缓气候变化的机遇[N];科技日报;2008年
6 记者 刘向 魏建华 马世骏;联合国气候变化大会分歧依旧[N];人民日报;2008年
7 记者 刘向 马世骏;二〇〇八年联合国气候大会闭幕[N];人民日报;2008年
8 本报记者 王菡娟;“风云”太空遨游 关注气候变化[N];人民政协报;2008年
9 本报记者 吴红梅 整理;气候变化的危局与中国对策[N];新华日报;2008年
10 记者 李韶辉;应对气候变化技术开发与转让高级别研讨会将在京举行[N];中国改革报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张雷;气候变化对中国主要造林树种/自然植被地理分布的影响预估及不确定性分析[D];中国林业科学研究院;2011年
2 刘洋;纵向岭谷区山地气候时空变化及其生态效应[D];中国科学院研究生院(西双版纳热带植物园);2008年
3 宋连春;西北干旱气候变化及其对全球变暖的响应研究[D];南京信息工程大学;2005年
4 陈新美;稀疏群团状物种分布模型和抽样技术的研究[D];中国林业科学研究院;2011年
5 王伟男;欧盟应对气候变化的基本经验及其对中国的借鉴意义[D];上海社会科学院;2009年
6 胡良温;近100年江河源区生态环境与气候演变趋势研究[D];西北农林科技大学;2006年
7 宋俊荣;应对气候变化的贸易措施与WTO规则:冲突与协调[D];华东政法大学;2010年
8 姚凤梅;气候变化对我国粮食产量的影响评价[D];中国科学院研究生院(大气物理研究所);2005年
9 马丽娟;近50年青藏高原积雪的时空变化特征及其与大气环流因子的关系[D];中国科学院研究生院;2008年
10 郭冬梅;应对气候变化法律制度研究[D];西南政法大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘丽娜;气候变化对中小流域径流过程的影响研究[D];郑州大学;2010年
2 杨慧;低碳时代的区域发展博弈与中国对策[D];中央民族大学;2010年
3 纪道柱;江汉平原气候变化及其对农业影响的研究[D];山西师范大学;2010年
4 马杰;天水地区气候变化及对林果生长的影响[D];兰州大学;2011年
5 张鹏飞;应对节能减排政府间博弈行为模型研究[D];北京交通大学;2011年
6 李爽;青藏高原气候变化风险源时空特征及综合聚类研究[D];北京大学;2011年
7 孟丹丹;渭北旱塬地区气候变化的时空特征及突变性分析[D];陕西师范大学;2010年
8 苏坤慧;河南省小麦生产对气候变化响应及适应度评价[D];陕西师范大学;2011年
9 刘婧辉;高山林线树种太白红杉年轮生长对气候变化的响应[D];西北农林科技大学;2010年
10 熊伟;气候变化对水稻生产影响的模拟研究[D];中国农业科学院;2001年
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