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基于IBIS模型模拟的中国东部南北样带植被NPP动态变化研究

王磊  
【摘要】: 气候变化对全球陆地生态系统相关过程产生了重要影响,已经成为陆地生态系统中碳循环研究的重要内容。集成生物圈模型(IBIS,Integrated Biosphere Simulator)将地表与水文过程、陆地生物地球化学循环,以及植被动态等整合到一个一体化的模型中,可以更加深入地分析全球碳循环过程受到生物物理学、生物地球化学和植被动态等时间尺度截然不同的自然过程的影响,得到较广泛的应用。 本文通过以中国东部南北样带为对象,以大尺度陆面生态系统模型IBIS为工具,研究植被净初级生产力(NPP)的分布及动态变化规律,探讨东部南北样带植被碳源/汇格局,分析影响植被NPP变化的主要气候驱动因子,阐明气候因素对植被NPP分布格局形成机制的影响,并预测四种未来气候变化条件下的植被NPP分布规律。主要有以下研究结论: (1)东部南北样带植被NPP时空变化特征 1957~2006年样带植被NPP年平均值分布总体上呈现随纬度升高而降低的趋势;各气候区中,植被NPP年平均值最高的是中亚热带(761.7 gC/m2/Yr),最低的是南温带(193.6 gC/m2/Yr);不同植被类型中,热带落叶林(773.2 gC/m2/Yr)NPP年平均值最高,热带稀树草原(157.3gC/m2/Yr)最低。 1957~2006年样带植被NPP总量年际变化总体呈显著增加趋势,50年间NPP总量的变化范围为1.41 Gt C/Yr至1.72Gt C/Yr,50年间NPP总量多年平均值为1.54Gt C/Yr,约占全国NPP总量的80%;季节变化尺度上,NPP增长最快的夏季和春季,分别平均增长0.0014Gt C/Yr和0.0012Gt C/Yr,占全年NPP增长的46.67%和40.00%,秋季、冬季NPP增长较慢,共占全年增长比例的13.33%;植被NPP月际变化呈现正态单峰曲线分布,最大值出现在6月份,达到0.24 Gt C/Yr,其次是7月份和5月份,最低是12月份。 1957~2006年东部南北样带植被年平均NPP值增加区域占整个样带的83.56%,减少区域只占16.44%,而且NPP增加达到显著性水平的占29.19%;植被NPP绝对增加量最大的类型是温带常绿针叶林、密灌丛和热带落叶林区,植被NPP相对增加最大的是北方常绿林、温带常绿针叶林和苔原区。 各种植被类型在不同温度梯度上的植被NPP呈现不同的变化趋势。热带常绿林年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于5℃~10℃的区域,热带落叶林年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于5℃~10℃的区域,温带常绿针叶林年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于10℃~15℃的区域,温带落叶林年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于0℃~5℃的区域,北方常绿林年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于-10℃~0℃的区域,混交林年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于0℃~5℃的区域,热带稀树草原年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于0℃~5℃的区域,草地年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于15℃~20℃的区域,密灌丛年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于5℃~10℃的区域,苔原年平均NPP相对增加速率最大的是多年平均温度处于-10℃~0℃的区域。 (2)东部南北样带植被NPP变化与气候变化关系 1957~2006年中国东部南北样带年平均气温、四季平均气温总体上均呈上升趋势,北部地区上升趋势高于南部。50年来,样带最北部和中南部地区降水增多,尤其以中南部降水增加的幅度最大(0~51.39mm/10a),样带中部地区降水呈明显降低的趋势(-30~0mm/10a)。 气候变化对植被NPP年平均值空间分布格局影响上,占整个样带28.14%的区域为温度型,即NPP的时间变异只与年均温度呈显著性相关关系;5.54%的区域为降水型,即NPP时间变异只与年降水量呈显著性相关关系;2.07%的区域为温度、降水型,即与年均温呈显著相关关系,又与年降水量呈显著相关关系;64.25%的区域为复杂型,它与年均温度、年降水量均无显著相关关系,NPP的影响制约因素较多。 东部南北样带植被NPP的时间变化趋势主要受温度控制。一年四季温度变化对植被NPP时间变化趋势影响较大,其中春季、夏季平均温度与植被NPP时间变化趋势都呈显著相关关系,而秋季、冬季未达到显著关系。一年四季平均降水量对植被NPP时间变化趋势的影响较小,都未达到显著相关关系。 (3)不同气候变化情景下植被NPP格局变化的预测 到本世纪末,四种未来气候变化情景中,CGCM3_SresA2气候情景时NSTEC植被年NPP平均值最大,达到1.64Gt C,其次是CGCM3_SresB1气候情景,为1.62 Gt C,最低的是HadCM3_HC3GG气候情景,为1.55 Gt C。 四种未来气候变化情景下,东部南北样带植被NPP都呈现显著的增加趋势,但CGCM3_SresA2情景时,表现出最高的增加量,达到0.0006Gt C/Yr,增长最慢的是HadCM3_HC3GG情景,为0.0001Gt C/Yr。


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