应用Miami和Montreal模型评价昭苏马场草地资源生产潜力

[目的]探索一种比较简明的草地资源生产潜力评价方法,为今后昭苏马场草地资源充分、有效、合理的利用提供科学依据.[方法]在综合考虑昭苏马场不同垂直带11个草地资源类型草地地形、地貌、气候、水文、土壤和植被因素的基础上,通过大量的野外试验与室内测试,分析不同垂直带土壤的理化性质,应用Miami和Montreal模型对昭苏马场天然草地的生产潜力进行模拟分析.[结果]提出了昭苏马场天然草地生产潜力的分级方案,将昭苏马场草地资源承载力划分为“十二个等级”,从划分结果看,二等、三等草地面积为3 779.09 hm2,五～九等草地面积为22 674.55 hm2,十～十二等草地面积为18 895.46 hm2,分别占可利用草地总面积的8％、50％和42％,这与昭苏马场草地资源的实际状况是相符的.[结论]利用Miami和Montreal模型进行草地资源生产潜力评价,是一种适用于草地资源生产潜力快速、简洁、方便的评价方法.它能较准确、客观地反映昭苏马场草地资源生产潜力.

Miami模型的生态学应用

Ｍｉａｍｉ模型是第一个用环境变量估算全球净初级生产力的数学模型．但常被批评为缺乏理论基础．经过分析可以发现其基本模型结构是符合生态学原理的．Ｍｉａｍｉ模型的估算精度不高，主要是由于变量选取不当和单因子模型独立估算造成的．针对其固有的缺陷，可以通过优选环境变量和建立复合模型的方法加以改进，达到提高精度的目的．

青海省天然草地植被净初级生产力分析——基于Miami模型

利用青海省2000～2009年的气候资料和Miami模型,分析了青海省气温和降水的变化及天然草地植被初级生产力,结果表明:青海省2000年至2009年平均温先逐渐、后下降;Miami复合模型更适合计算青海省天然草地植被初级生产力。

基于Miami模型分析青海省果洛州天然草地植被净初级生产力

利用青海省果洛州多年气象资料和Miami模型,计算和分析了果洛州天然草地植被净初级生产力。结果表明,班玛县天然草地植被净初级生产力最高。

1978—2019年云南省气候生产潜力的时空演变及粮食产量响应

云南省是中国典型的“雨养农业”地区,在全球变暖背景下探讨云南省气候生产潜力时空演变及粮食产量响应,对于“雨养农业”地区的农业发展有重要意义。基于Miami和Thornthwaite Memorial模型,利用云南省1978—2019年气象站点数据,通过气候倾向率、M-K检验和反距离权重插值等方法研究云南省气候生产潜力时空演变及粮食产量响应。结果表明:在时间系列上,1978—2019年云南省气温、降水的多年平均均值分别为16.3℃、1098.1 mm,气温呈现显著上升趋势,降水呈现不显著下降趋势;y_(t)、y_(r)、y_(e)的年均值分别为1953、1550、1477 kg/(hm^(2)·a),其中y_(t)、y_(e)呈现波动上升趋势,y_(r)呈现波动下降趋势。在空间分布上,气温、降水的分布趋势与y_(t)、y_(r)相似,均呈现出由滇西南往滇西北递减的趋势,且y_(e)与y_(t)的空间分布近似程度高于y_(r),其空间范围分别为843~1861、1065~2470、980~2287 kg/(hm^(2)·a)。气候资源利用率整体呈现显著上升趋势,从1978—1987年的16.94%提升到2018—2019年的31.71%,平均每10 a以3.66%的速度增长。在全球变化背景下,云南省呈现暖干的趋势,气候资源利用率显著提高,其中降水是制约气候生产潜力的主因。

近308年来大兴安岭北部森林植被气候生产潜力及其对气候变化的响应

揭示大兴安岭北部气候变化敏感区的气候生产潜力演变及其影响机理,对于维持东北地区生态系统平衡具有重要意义。基于标准树轮年表反演气象资料与研究区13个气象站观测数据组成的1707—2014年气象资料序列,利用Miami模型和小波分析等方法,分析了大兴安岭北部气候生产潜力演变及其对气候变化的响应。结果显示:1707年以来,气温、降水、蒸散和标准气候生产潜力变化均表现极显著增加趋势,标准气候生产潜力(W)变化率为1.79 kg hm^(-2)a^(-1),20世纪气候倾向率最大为10.14kg hm^(-2)a^(-1),温度气候生产潜力(WT)与降水气候生产潜力(WR)的比值21世纪最大,水热配比状态最好;4种气候生产潜力存在不同时间尺度的周期变化,但变化一致性较好,主周期均为215—219a;大兴安岭北部W呈现一致的正变化趋势,高值、次高值、低值中心分别在根河、塔河、鄂伦春偏南地区,振幅由西北向东南逐渐递减;W与年气温、降水量、蒸散量正相关显著,年平均气温每升高1℃、年降水量和蒸散量均增加10 mm,W变化率依次为453.71、74.40、219.01 kg/hm^2,且气温是影响W的主要因子;未来"暖湿型"气候对森林植被生长有利,而"冷干型"气候对森林植被生长不利,气候生产潜力增加(减少)幅度均为10.9%—21.7%。研究结果不仅可为区域尺度内研究森林植被气候生产潜力提供基础方法,而且对进一步估算森林碳汇、即将实施的碳交易及中国北部边疆生态安全研究和生态功能规划制定等具有重要参考价值。

西藏怒江流域高寒草甸气候生产潜力对气候变化的响应

根据西藏怒江流域9个气象站1980-2008年年平均气温、年降水量资料,采用Miami模型研究该流域高寒草甸气候生产潜力的地域分布以及年代际变化。结果表明,近29年西藏怒江流域气候生产潜力中上游主要受温度条件的制约,中下游主要受降水条件的制约,气候生产潜力与年降水量和主要生长季平均温度显著正相关。总体上气候生产潜力的分布存在较大的地区差异,下游地区明显高于上游地区。过去29年,由于温度的逐年升高,伴随降水的增加,气候生产潜力呈逐渐增加趋势,且增幅较明显。整个怒江流域未来90年(2011-2100年)有向"暖湿型"气候方向发展的趋势,降水将成为该流域气候生产潜力的主要气候限制因子,总体上气候生产潜力呈增加趋势,但增幅不大,未来气候对该流域畜牧业发展和生态环境改善有利。

应用三种模型对浙江省植被净第一性生产力(NPP)的模拟与比较

运用Miami模型、Thornthwaite模型以及综合模型,计算浙江省植被NPP,并与国际生物学计划(IBP)推荐值进行比较,旨在找出最适用于浙江省的一种植被NPP计算模型;分别分析三种模型模拟的植被NPP的年际及年代际变化特征;利用站点的经纬度、DEM及其衍生数据建立多元回归方程对浙江省植被NPP进行空间插值,并分析其空间分布特点。结果显示:(1)综合模型模拟的浙江省植被NPP与国际生物学计划(IBP)推荐值最接近,为952.722～1376.971g.m-2.a-1,并且NPP随时间呈波动上升趋势;20世纪60-70年代植被NPP增幅最大,为33.31g.m-2.a-1;(2)对于三种模型,北部嘉兴市的植被NPP最小,南部温州市的植被NPP最大;植被NPP的空间分布形态一致,全省范围内均表现为西北低、东南高;(3)比较得出,综合模型在模拟计算浙江省NPP时更具有实用性。

宁夏中部干旱带天然草地气候生产潜力研究

依据宁夏中部干旱带同心县、盐池县等10个代表性气象台站36年(1975-2010年)逐旬气温、降水资料,基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型对宁夏中部干旱带1975-2006年间草地生产潜力作估算,并分析其变化规律,旨在为改良草地、植被恢复提供理论依据。结果表明:宁夏中部干旱带气候具有向"暖干化"变化的趋势,草地气候生产潜力年际变化范围为2668.56～7499.53kg.hm-2·a-1,气候生产潜力较大。当最高温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力增加或降低58.68kg.hm-2·a-1;年降水量每增加或降低1mm,草地气候生产潜力增加或降低18.64kg.hm-2·a-1。宁夏中部干旱带各区域年降水量与气候生产潜力相关系数为0.984～0.997,成极显著线性相关,而年均气温与气候生产潜力无显著相关性。在进行天然草地补种植物时,应考虑该地的自然承受力,即天然草地气候生产潜力。

气候变化对内蒙古中部草原气候生产潜力的影响

根据内蒙古中部草原各样点47a的气候数据,基于Miami和Thornthwaite Memorial气候模型,分析研究区域不同草原类型草地生产潜力和影响气候生产潜力的气候驱动力。结果显示,内蒙古中部草原的气候生产潜力由东向西表现出与地理分布和降水量分布趋势一致的差异性,农牧交错带草地>典型草原>荒漠草原>草原化荒漠,其气候生产潜力在3000～7000kg.hm-2.a-1。研究区域的气候资源利用率在23.8%～62.3%,不同草原存在一定的差异性。分别采用草原样方取样实际产量数据、气候数据和气候生产力模型数据计算分析表明:与温度相比,降水量是影响研究区域牧草产量和气候生产潜力的主要气候驱动力,温度与降水对草原气候生产潜力都具有正效应,不同草原类型温度与降水变化对气候生产潜力的影响有差异性。温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力升高或降低6.75～29.07kg.hm-2.a-1,降水量每升高或降低1mm,草地气候生产潜力升高或降低0.83～1.86kg.hm-2.a-1。未来气候"干暖化"的趋势下,研究区域温度升高增加的气候生产潜力作用小于由蒸散量增加引起的减产作用,因而导致草地气候生产潜力下降,受水分限制作用越明显的草原,其气候生产潜力下降的趋势越显著。

基于气象模型的黑龙江省植被净第一性生产力

植被净第一性生产力(Net primary productivity,NPP)反映了植物每年通过光合作用所固定的有机物总量,在全球变化中占有重要地位。利用黑龙江省1998—2007年逐日气象资料,采用Miami气象模型,研究了黑龙江省1998—2007年间植被NPP的动态变化及时空特征,分析了NPP与年平均气温和年降雨的关系。结果表明:1998—2007这10a间黑龙江省NPP在波动中呈现增加趋势,除1998年外,NPP值从1999年的689.52g/(m2.a)增加到2007年的695.67g/(m2.a),平均每年增加0.615g/(m2.a),其平均值为752.93g/(m2.a)。NPP的空间分布与年均温度及年均降雨量的空间分布具有一致的变化趋势,黑龙江省中、东南部湿润且热量较好地区,NPP值较高;西部干旱地区和北部大兴安岭寒温带热量资源匮乏地区,NPP值较低。NPP与年平均温度及年降水量呈极显著的正相关。

西辽河地区植被气候生产潜力及其对气候变化的响应

植物生长依赖于气温、降水和日照等气象要素,对全球气候变化更为敏感。定量分析西辽河地区植被气候生产潜力变化特征及其对气候变化的敏感性,可为西辽河地区农业生产,生态保护和环境改善决策提供科学依据。基于西辽河地区11个站气象站1961—2018年的年平均气温和年降水量资料,运用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、累积距平和小波分析等方法,分析了西辽河地区植被气候生产潜力的时空演变及其对气候变化的响应。结果显示:研究期间,西辽河地区温度生产潜力(Wθ)和蒸散生产潜力(WV)整体呈上升趋势,降水生产潜力(WR)无明显变化趋势,平均值分别为1120.19、647.12、695.50 g·m^−2·a^−1,西辽河地区热量条件好于降水,且1980s是水热配比(WR/Wθ)最好的年代;由气温、降水量和蒸散决定的标准气候生产潜力(W)平均为643.65 g·m^−2·a^−1,气候倾向率为11.05 g·m^−2·(10 a)^−1;近58 a,W经历了“少-多-少-多”的周期性变化,且在1982、1998、2011年发生突变;西辽河地区W呈现一致的正变化趋势,空间上表现为双辽、科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗、翁牛特旗为气候生产潜力的高值区,而开鲁县至奈曼一带为低值区;W对降水量变化更敏感,降水量的多寡主要决定了西辽河地区植被气候生产潜力的变化,在气候变化的背景下,未来该区W增加幅度在2.49%以上。

锡林郭勒草地畜草平衡分析

分析了锡林郭勒草地1961~2007年间最大饲养量变化以及2002~2007年的实际饲养量,应用畜草平衡监测模型,对其畜草平衡状况进行分析。结果表明,近年来锡林郭勒草地气候潜力在下降,最大饲养量也在下降,降水是制约本区域草地生产潜力的关键因子;近6年来,大部分旗县的最大饲养量和实际饲养量均有不同程度下降趋势,但2007年的部分旗县实际饲养量又有明显增加;在锡林郭勒草地9个旗县中,除阿巴嘎旗和东乌旗连续6年均欠载外,其余地区都有不同程度的超载现象,且各旗县超载率呈上升趋势,其中多伦县、太仆寺旗和西乌旗连续6年均处于超载状态。

西北干旱地区气候变化及其对草地生产潜力的影响

依据宁夏各县区24个气象站37年(1981—2017年)间的逐月气温、降水资料,采用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型计算宁夏草地生产潜力,分析其时空变化。结果表明:从时间变化来看,宁夏平均气温以0.47℃·(10a)^-1的速度持续上升,降水量呈先下降后上升的趋势,从2010—2017年年降雨量增加了40 mm;从空间变化来看,宁夏气候从西北向东南由“暖干”向“冷湿”逐渐变化;宁夏草地气候生产潜力从西北向东南逐渐递增;草地气候生产潜力变化趋势与降水变化趋势一致,各时间段气候生产潜力与降水呈显著正相关(P<0.01),与温度呈负相关关系。因此,降水是宁夏草地气候生产潜力的限制因素,草地生产潜力较大区域在宁夏中南部,而以温度升高为特征的气候变化,对宁夏草地气候生产潜力影响较小。

云南低纬地区气候生产潜力变化及其与水稻产量的关系--以临沧市临翔区为例

以临沧市临翔区1961～2010年平均气温和降水量资料,采用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型计算了气温生产力(Yt)、降水生产力(Yp)和气候生产潜力(Tspv),并分析了气温、降水量和气候生产潜力变化特征、影响气候生产潜力的主要因素以及气候生产潜力与水稻产量的关系。结果表明:近50年临翔区年平均气温呈上升趋势,年降水量则呈缓慢下降的趋势,二者变化率分别为0.260℃/10a(P<0.01)和-15.98 mm/10 a(P>0.05),从20世纪80年代开始变化加剧。干季增温较雨季快,而降水量减少较雨季慢。Tspv呈不明显上升趋势,气温升高和降水增加均能提高Tspv,而降水量是限制作物Tspv的主要气候因子。水稻实际产量占同期Tspv的比例较低,而从2004年开始比例有所增加。建议解决好农业生产用水问题,提高水资源利用率,采用新的高产品种,提高耕作技术水平等,以提高作物气候生产潜力应用水平。

气候变化对黑龙江省自然植被气候生产潜力的影响

为了解1970—2014年黑龙江省自然植被气候生产潜力的分布规律和变化趋势及其对气候变化的响应,利用黑龙江省80个气象站观测数据,结合Miami模型,通过小波分析和EOF分析等方法,对黑龙江省自然植被气候生产潜力的变化特征进行分析。结果表明:1970年以来,气温、降水、蒸散和标准气候生产潜力呈增加趋势,2000—2014年粮食安全存在隐患。标准气候生产潜力(W)与蒸散气候生产潜力年代际变化相近。4种气候生产潜力主周期均为26~31年。W空间分布呈正、负相间。W与气温、降水量和蒸散量呈正相关,气温是主要限制因子。“暖湿型”气候对W有利,生产潜力增加幅度7.41%~14.82%。研究结果对优化农业布局,提高农业气候资源利用率以及促进粮食作物稳产高产等有参考价值。

黑龙江省林口林业局森林的潜在生产力

依据气象资料及森林资源数据,利用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型,对黑龙江省林口林业局的森林潜在生产力进行估算,得出了潜在生产力与温度和降水量的关系,并对林口林业局森林实际生产力进行了评价。结果表明：林口林业局水分条件较好,但热量不足,温度是森林生产力的主要限制因子,其森林潜在生产力为9.38-12.64 m^3/（hm^2·a）;森林实际生产力为2.22 m^3/（hm^2·a）,仅为潜在生产力的17.56%-23.67%,森林生产力水平低的主要原因是幼龄林比例过大;森林潜在生产力处于黑龙江省中上游水平,在同纬度地区处于下游水平。研究结果对林口林业局制订人工林培育方案,优化森林结构,保护与利用森林资源具有参考意义。

1961—2018年西藏高原青稞产区气候生产潜力时空变化特征

定量评估西藏高原青稞产区不同气候区气候生产潜力空间分布格局、演变特征及其影响机理,对于西藏高原青稞生长环境变化研究和产业可持续发展具有重要意义。基于西藏高原青稞产区不同气候区的7个典型气象站观测资料序列,采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、气候倾向率、MannKendall突变检验等方法,分析西藏高原青稞产区气候生产潜力时空分布特征及其对气候变化的响应。结果显示:1961—2018年青稞产区各站气温生产潜力(NPP_t)呈极显著增加趋势,降水生产潜力(NPP_r)呈显著增加趋势,蒸散生产潜力(NPP_e)和标准气候生产潜力(NPP_b)也均表现为波动的增加趋势。西藏高原主要青稞产区东部及沿雅江一带气候生产潜力限制因子为降水,高寒的北部地区气候生产潜力限制因子为气温或蒸散。NPP_t、NPP_r、NPP_e、NPP_b均表现为年代际增加趋势,20世纪80—90年代发生突变,且在21世纪初显著增加。1961—2018年气候的"暖湿型"变化趋势有利于当地青稞气候生产潜力的提高,青稞的生产不仅依赖于气候资源,还依赖于水资源的调配和利用。

白令海西部小区域声传播特征研究

白令海是连接太平洋、北冰洋唯一要道,经济、军事地位极其重要。利用中国第5次北极科学考察CTD（Conductivity,Temperature,Depth）数据,在分析白令海西部小区域水文环境基础上,结合大陆坡地形,利用UMPE（University of Miami Parabolic Equation）抛物方程模型模拟声传播特征,并利用Bellhop射线声学模型分析其形成的物理机制。陆坡区域受流混合影响,50~350 m形成低温、低盐水团。声波沿陆坡向深海传播时,声能向500 m以上汇聚,次表层50 m左右形成声道,深层为声影区;声波沿陆坡向浅海传播时,50 m左右出现声道,深层传播损失较大,无声影区;＂斜坡增强效应＂使得声源置于浅水海域时,50 m声道强度大于声源置于深水海域。

气候变化背景下羌塘国家自然保护区植被净初级生产力时空变化

基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型,利用西藏羌塘国家自然保护区附近5个气象站1971-2018年气温、降水数据和第五次耦合模式比较计划(CMIP5)多个全球模式历史和未来预估数据,分析保护区附近及保护区气温、降水、植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征。结果表明:(1)保护区附近年平均气温从西部到东部渐低,年降水量从西部到东部渐多。年平均气温(T)呈显著升高趋势,年降水量(R)和年蒸散量(E)均呈微弱增加趋势,伴随各站气温NPP(NPPt)呈显著升高趋势,降水NPP(NPPr)呈微弱增加趋势,大部分站点蒸散NPP(NPPe)和标准NPP(NPPb)均呈微弱增加趋势;(2)NPPt从西部到东部逐渐变小,NPPr从西部到东部逐渐变大,NPPe、NPPb从西部到东部先变大后变小。狮泉河、改则站植被NPP限制因子为降水,申扎、班戈站为蒸散,安多站为蒸散或气温;(3)21世纪不同年代NPPt、NPPr、NPPe和NPPb与20世纪所有年代相比均显著增大。保护区NPPt、NPPr、NPPe和NPPb在未来不同排放情景下相对于1960-1990年均明显增加。保护区在近48a和未来气候“暖湿化”趋势下,植被NPP均有所增加,东南部的寒冷湿润地区增加幅度较大,而西北部寒冷干旱地区增加幅度较小。未来气候有利于当地植被NPP提高,从而改善生态环境。