未来气候情景下青藏高原草地净初级生产力时空演变特征

[目的]揭示SSP126和SSP585两种气候情景下,不同气候因素(气温和降水)对青藏高原草地净初级生产力的影响,阐明青藏高原地区影响草地净初级生产力时空分布特征的主控气候因素,为未来青藏高原地区植被生态系统的综合治理提供理论依据。[方法]基于青藏高原48个气象站点基准期(1971—2020年)的日值气象数据、土壤类型数据以及模型所需要的站点管理数据,利用DAILY CENTURY(DAYCENT)模型,结合文献中对应站点的NPP实测值和MOD17A3遥感数据,对模型参数进行了校准,利用均方根误差、可决系数、效率系数等统计指标对模型模拟结果进行了评价。其次单向嵌套BCC-CSM1.1气候模式,对未来气候SSP126和SSP585情景下的青藏高原草地净初级生产力进行预测,并对预测结果进行了时空统计分析。[结果](1)在SSP126和SSP585情景下青藏高原草地NPP均呈现出由东南向西北递减的分布特征,且NPP值较高的区域主要位于青藏高原的东南部,NPP值较低的区域则位于青藏高原以西的区域;(2)在SSP126情景下,青藏高原草地净初级生产力总体呈现出下降趋势,波动范围最大的是长远期(2081—2100年),减小幅度为12.1%;在SSP585情景下,NPP总体呈现出平稳的上升趋势,其中近期(2021—2040年)的增长速率最高为12%;(3)与基准期(1971—2021年)相比,在SSP126和SSP585情景下,青藏高原85%以上的草地NPP呈现下降趋势,其中SSP126和SSP585与基准期(1971—2020)相比NPP值分别相对减少28%,23%。[结论]两种不同气候情景下,温度与NPP的相关性均高于降水。低温少雨是造成青藏高原西北地区草地NPP减少的主要原因。

未来气候情景下西藏地区的干湿状况变化趋势

旱灾是西藏地区重要的气象灾害之一,每年均有不同程度的发生,对农牧业生产的影响极大,气候变化背景下开展西藏地区干湿状况变化趋势的预测研究对于预防和减轻该区干旱所造成的损失具有重要意义。选取区域气候模式PRECIS输出的未来A2气候情景(2011-2050年)以及基准气候条件(1961-1990年)逐日资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith方法计算了参考作物蒸散量,基于湿润指数,按照中国气候区划中的干湿指标把西藏分为干旱、半干旱、半湿润、湿润4个气候区,预估了西藏地区2011-2050年干湿状况时空变化趋势。结果表明:与基准气候条件相比,未来A2气候变化背景下,除零星地区外,2011-2050年西藏地区降水量、参考作物蒸散量均呈增加趋势,且参考作物蒸散量增加的幅度小于降水量增加的幅度,但地区间差异都很显著;未来40a西藏气候总体上呈暖湿化趋势,干旱、半干旱区的缩小趋势非常明显,且年平均气温上升的幅度远远大于湿润指数增加的幅度,环境水热要素相对提高,干旱化程度在逐步减小,较利于生态环境的改善;但是,不同气候区在不同时段干湿状况变化趋势不同。2021-2030年干旱、半干旱地区的缩小趋势以及湿润、半湿润的扩大趋势都很明显;2031-2040年、2041-2050年,干旱、湿润区的缩小趋势以及半干旱、半湿润的扩大趋势均很明显。

未来气候情景下四川盆地冬小麦生育期气候资源及生产潜力的变化

选取区域气候模式PRECIS输出的未来A2和B2气候情景(2071-2100年)及基准气候条件(1961-1990年)气象要素资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐的方法和侯光良法等分析四川盆地冬小麦生育期内主要气候资源(≥0℃积温、日照时数、降水量、参考作物蒸散量和缺水率)和冬小麦生产潜力(光合、光温和气候生产潜力)的时空变化特征。结果表明,与基准气候条件相比,在A2和B2情景下,2071-2100年冬小麦生育期内≥0℃积温、日照时数和参考作物蒸散量在四川盆地大部地区呈增加趋势。A2情景下,2071-2100年降水量在盆南和绵阳部分地区呈减少趋势,而在其它地区呈增加趋势;缺水率在盆地大部地区呈增加趋势。B2情景下,2071-2100年降水量在盆地大部呈减少趋势,仅在川东北地区呈增加趋势;缺水率在大部地区呈增加趋势。未来四川盆地大部地区冬小麦受干旱灾害的风险加大。在A2和B2情景下,2071-2100年盆地大部地区冬小麦光合、光温和气候生产潜力呈增加趋势,未来四川盆地气候资源变化对冬小麦的增产有利。

未来气候情景下覆被变化对径流量的影响

以陆浑水库控制流域为研究对象,利用流域DEM、土地利用数据、1987—2001年气候和水文观测数据,在率定SWAT模型参数的基础上,以SCS模型参数的变化来反映覆被变化,分析了未来气候变化情景及覆被变化情景对径流的影响。结果表明:2011—2050年在流域落叶林地面积退化30%情况下径流量将增大7.02%,落叶林地面积增加20%情况下径流量将减少8.48%。

CMIP6气候变化情景下青海三江源区雪灵芝潜在适宜分布预测

青海省三江源区是我国重要的生态安全屏障,气候变化严重影响区域植被的生长与分布。雪灵芝(Arenaria kansuensis)作为三江源区典型高山植物,其分布动态变化对高山生态系统稳定具有重要指示意义。基于物种分布数据和WorldClim气候环境因子,采用刀切法与相关分析确定影响雪灵芝分布的主导环境因子并构建MaxEnt模型,结合第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)中的4种共享社会经济路径(SSPs)预测未来中期(2041-2060年)和远期(2061-2080年)雪灵芝潜在适宜分布区域,探求雪灵芝气候变化响应的空间格局。结果表明:1)当前气候条件下,中部地区更适合雪灵芝生存。在未来中、远期区域竞争路径(SSP370)气候情景下适宜区面积扩张,而其他情景下适宜区面积均下降,适宜区质心整体向东南迁移。2)大部分地区在中间路径(SSP245)气候情景下不适宜生存,尤其是西部治多县、格尔木市南部(唐古拉山乡)、曲麻莱县及东部的兴海县和共和县。3)影响其空间分布的主要气候因子为年降水量和最冷季降水量。最适宜生长的地区条件是年降水量500~750 mm和最冷季降水>15 mm。研究结果为预测未来气候变化情景下高寒地区指示植物物种的空间分布及其生态系统变化提供了方法参考,也为青海省濒危植物物种保护政策提供了理论依据。

未来气候情景下中国植被净初级生产力稳定性及气候影响

中国陆地生态系统在全球碳循环中发挥着重要作用,植被净初级生产力(NPP)是重要碳循环分量。但对中国植被NPP未来变化趋势、稳定性及应对气候变化机制的研究尚少见报道。本文应用前期发展的生态系统过程模型CEVSA-RS,分别模拟了RCP4.5和RCP8.5气候情景下2006—2099年中国植被NPP,利用分段线性回归分析NPP年际变化转折点,采用滑动窗口法分析NPP稳定性的变化及气温和降水的影响。结果表明:(1)中国植被NPP在RCP4.5和RCP8.5气候情景下的总量分别为4.41 Pg C a^(-1)和4.40 Pg C a^(-1),季风区分别贡献了总量的72.8%和73.4%。(2)两种情景下NPP年际变化均为先增后减,转折点分别为2062年和2055年;转折年份之前NPP分别以5.3 g C m^(-2)10a^(-1)、6.5 g Cm^(-2)10a^(-1)显著增加,后以前期的4.28倍和2.57倍速率下降。(3)两种气候情景下滑动窗口计算的NPP稳定性分别以-2.9%10a^(-1)和-4.3%10a^(-1)的速率显著下降。(4)RCP4.5和RCP8.5情景下,气温显著升高,干旱指数显著下降,饱和水汽压差显著升高,全国趋向暖干化。(5)降水稳定性的降低主导着温带季风区NPP稳定性的降低,而气温稳定性的降低主导着青藏高原区NPP稳定性的降低。本文结果表明,未来气候系统的稳定性降低、气候趋向暖干化将导致全国植被NPP不升反降。因此,积极开展减缓和适应气候变化行动,如双碳行动,具有重要的科学和现实意义。

未来不同气候情景下全球草地生态系统及净初级生产力时空动态分析

为揭示未来气候变化对草地生态系统的影响及其响应,本研究基于4种未来气候情景(包括SSP126,SSP245,SSP370和SSP585)数据,利用改进的综合顺序分类法和分段模型评估了2020—2100年全球草地生态系统及其净初级生产力(Net primary productivity,NPP)的时空格局及动态演变趋势。结果表明,在4个气候情景中,全球年均温和年降水量均将呈现整体上升的趋势。在SSP126和SSP245情景中,全球草地面积将下降,预计到2090 s将分别下降194.10和178.43万km^(2),主要原因在于冻原与高山草地面积的减少。相比之下,在SSP370和SSP585情景中,全球草地面积将呈现上升的趋势,预计到2090 s将分别上升67.59和136.72万km^(2),热带萨王纳面积增加最多。全球草地NPP在SSP126,SSP245,SSP370和SSP585情景中均将呈现上升趋势,预计到2090将分别上升0.25,1.96,5.78和7.52 Pg DW,其中,热带萨王纳NPP的贡献最大。在全球暖湿化背景下,冻原与高山草地和热带萨王纳更易受气候变化的影响。

未来气候情景下中国植被净初级生产力稳定性

生态系统模型模拟是研究全球变化背景下区域气候变化对生态系统影响的重要方法之一,大多数气候模型预测全球大部分区域的NPP将增加,然而未来气候情景下近百年的长时间尺度下NPP及其稳定性的变化却鲜有研究。本数据结合建立在生理生态学基础上的CEVSA模型,通过强迫法发展了遥感驱动的生态系统过程模型——CEVSA-RS模型,采用的基于区域气候模型第4版(RegCM4.6)和CMIP5的HadGEM2-ES数据情景,输入驱动的气候变量,包括时、空间分辨率分别为0.25°,3 h的气温、降水量、云量和空气相对湿度,后将其处理为以旬为时间步长,0.1°空间分辨率,使用Chinacover2010的土地覆盖数据,模型输出为空间分辨率为0.1°的2006–2099年的NPP及其变化趋势,以及全期(2006–2099年)、前期(2006–2035年)、中期(2036–2065年)和远期(2066–2099年)NPP稳定性多年均值。通过共享本数据集,以期为积极开展减缓和适应气候变化行动,如双碳行动,提供具有科学和现实意义的数据参考。

未来气候情景下中国东北森林生态系统碳收支变化

应用FGOALS模式输出的未来气候情景数据驱动中国森林生态系统碳循环模型FORCCHN,模拟了东北地区森林生态系统碳收支未来可能的时空变化。预测结果表明:未来平衡发展情景(A1B)气候变化情景下,2003—2049年东北森林生态系统净初级生产力(NPP)和土壤呼吸在达到饱和状态前均呈波动上升趋势,将分别增加10.84%、134.43%,且土壤呼吸的增加速率远远大于NPP的增加速率;2003—2049年,东北森林生态系统可能仍将具有明显碳汇功能,但强度呈下降趋势,将下降95.64%;未来47年东北森林虽然碳汇能力在减弱,但吸碳总量还在不断增加,说明未来47年东北森林对降低大气中温室气体浓度上升以及缓解气候变化将会起到积极作用。

气候变化情景下中国东部地区未来气候舒适度变化预测

选取中国东部691个数据记录较完整的站点,统计各站点1971-2010年间每年每季的热日、冷日和舒适日天数,利用温湿指数(THI),评价中国东部季风区近40年的舒适度变化,并结合未来情景下气象数据的比较和分析,展望21世纪末中国东部地区的舒适度变化趋势。结果表明,1971-2010年间,中国东部季风区在一定程度上变暖,东北和华南的气候敏感度高于其他地区,沿海的气候敏感度高于内陆,东北地区对气候变化的响应程度较高。

统计降尺度法对未来区域气候变化情景预估的研究进展

由于迄今为止大部分的海气耦合气候模式 (AOGCM)的空间分辨率还较低,很难对区域尺度的气候变化情景做合理的预测,降尺度法已广泛用于弥补AOGCM在这方面的不足。简要介绍了 3种常用的降尺度法:动力降尺度法、统计降尺度法和统计与动力相结合的降尺度法;系统论述了统计降尺度方法的理论和应用的研究进展,其中包括:统计降尺度法的基本假设,统计降尺度法的优缺点,以及常用的 3种统计降尺度法;还论述了用统计降尺度法预估未来气候情景的一般步骤,以及方差放大技术在统计降尺度中的应用;同时还强调了统计降尺度方法和动力降尺度方法比较研究在统计降尺度研究中的重要性;最后指出统计与动力相结合的降尺度方法将成为降尺度技术的重要发展方向。

未来气候变化情景下海南岛绿橙种植气候适宜性分析

基于海南岛主岛19个气象站点连续40a(1980-2019年)逐日气象数据及地形等要素,建立空间分析模型,综合确定海南岛绿橙种植气候适宜区指标。在气候适宜度模型基础上构建海南岛绿橙种植温度、日照、降水以及综合适宜度模型,采用地理信息系统(GIS)技术综合分析,利用自然点断法对绿橙种植气候适宜性进行精细化区划,并利用RCP4.5未来气候情景模式模拟数据探讨未来30a(2020-2049年)气候变化情景下海南岛绿橙种植适宜区变化趋势。结果表明:现阶段海南岛绿橙种植最适宜区主要分布于中部地区,面积0.87×10^(4)km^(2),气候适宜度为0.9~1.0;适宜区主要分布于东部局部地区及中西部大部地区,面积1.83×10^(4)km^(2),气候适宜度为0.7~0.9;次适宜区主要分布于西部沿海及中西部海拔较高地区,面积0.51×10^(4)km^(2),气候适宜度为0.4~0.7;不适宜区主要分布于中部山区,面积0.17×10^(4)km^(2),气候适宜度为0~0.4。未来气候变化情景下海南岛气温、降水分布呈较大变化,温度适宜区由四周向中部逐渐缩小,降水适宜区由东部逐渐迁移至中部地区。未来绿橙种植气候最适宜区主要分布于琼中、屯昌和保亭县大部分地区、万宁市西部及白沙县中东部等地。

全球气候变暖对中国种植制度可能影响:Ⅵ.未来气候变化对中国种植制度北界的可能影响

【目的】气候变化已是一个全球性的问题,中国未来气候将继续变暖,这一变化将对中国的农业生产造成一定的影响。本文旨在研究未来气候变化对中国种植制度北界、冬小麦种植北界、雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界以及热带作物种植北界的影响。【方法】依据全国种植制度气候区划指标、冬小麦种植北界指标、雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界指标以及热带作物种植北界指标,采用经典的农业气候指标计算方法,分析与1950s—1980年相比,未来30年(2011—2040年)及本世纪中叶(2041—2050年)全国种植制度界限北界、冬小麦种植北界、雨养冬小麦-夏玉米稳产的种植北界、以及热带作物的种植北界的变化。【结果】(1)与1950s—1980年相比,2011—2040年和2041—2050年的一年两熟带和一年三熟带种植北界都不同程度向北移动,其中一年一熟区和一年二熟区分界线,空间位移最大的省(市)为陕西省和辽宁省,且2041—2050年种植北界北移情况更为明显;一年两熟区和一年三熟区分界线,空间位移最大的区域在云南省、贵州省、湖北省、安徽省、江苏省和浙江省境内,且2041—2050年种植北移情况更为明显。在不考虑品种变化、社会经济等方面因素的前提下,这些区域由于气温升高种植制度由一年一熟变为一年两熟、由一年两熟变为一年三熟,区域内单位面积周年粮食产量可不同程度提高。(2)与1950s—1980年相比,2011—2040年和2041—2050年的冬小麦的种植北界在辽宁省、甘肃省和宁夏回族自治区都不同程度向北移动,在青海省冬小麦种植界限为西扩明显。在不考虑其它因素影响的前提下,该区域由于冬小麦替代春小麦可带来单位面积产量的提高。热带作物安全种植北界在广西省和广东省境内北移情况比较明显。而未来降水量的增加将使得大部分地区雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界向西北方向移动。【结论】到2011—2040年和2041—2050年,气候变化将会造成全国种植制度界限不同程度北移、冬小麦种植北界北移西扩、热带作物种植北界北移。而未来降水量的增加将使得大部分地区雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界向西北方向移动。

未来气候变化对安徽淮河以南一季稻气候生产潜力的影响评估

针对未来气候变化及其对一季稻的可能影响,利用第5次耦合模式比较计划(coupled model intercomparison project phase 5,CMIP5)中5个气候模式(global circulation models,GCMs)和3种RCPs情景输出的逐日气候要素资料以及安徽淮河以南50个气象站1961-2010年逐日平均气温、降水量等观测资料和各县一季稻生育期、单产资料,预估未来21世纪安徽淮河以南一季稻生育期气候变化,并基于潜力衰减法估算近期(2018-2039年)、中期(2040-2069年)和远期(2070-2099年)一季稻气候生产潜力及其对气候变化的响应。结果表明:(1)5个GCMs对安徽淮河以南气温与降水量具有较好的模拟能力,且气温模拟效果更佳。(2)不同RCPs情景下未来一季稻各生育期将提前、全生育期缩短。预估的安徽淮河以南一季稻生育期持续增暖,北部增温幅度高于南部,其中RCP8.5情景下变暖幅度更显著;未来全生育期降水量整体变化趋势不明显,但南部增加较为明显,而太阳总辐射均显著减少。(3)不同RCPs情景预估的一季稻气候生产潜力均呈显著下降趋势,以远期降幅最大。(4)一季稻气候生产潜力与全生育期平均气温和降水量显著相关,且增暖负效应突出。可见,未来气候变化可能对一季稻气候生产潜力的提高不利。

未来气候条件下裸果木在中国的潜在分布区研究

基于220个裸果木(Gymnocarpos przewalskii Maxim.)分布点及12个气候因子,利用MaxEnt模型和ArcGIS系统对影响裸果木潜在分布的主要气候因子进行了分析,并对2041年至2060年以及2061年至2080年RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候情景下裸果木在中国的潜在分布区进行了预测。结果表明:MaxEnt模型对未来气候条件下裸果木潜在分布区的预测结果非常好。影响裸果木分布的主要气候因子为年均降水量和最湿季降水量,二者贡献率之和基本高于50%,并且,在不同未来气候情境下年均降水量的贡献率基本高于30%。总体来看,在未来气候条件下,裸果木的适生区主要集中在新疆西部的阿克苏和阿合奇地区及新疆东部的哈密地区,内蒙古阿拉善西南部,青海海西地区中部,甘肃的嘉峪关大部、酒泉和张掖西北部。在2041年至2060年以及2061年至2080年,裸果木的总适生区面积均在RCP4.5气候情景下最大(分别为104.60×10^5和104.87×10^5 km^2),并分别在RCP2.6和RCP8.5气候情景下最小(分别为90.81×10^5和94.11×10^5 km^2)。研究结果显示:降水对裸果木分布的影响最大,其中,年均降水量是首要限制因子;与现代分布区相比,裸果木在未来气候条件下的适生区明显缩小,并逐渐向甘肃河西走廊水资源充足区域(包括甘肃的嘉峪关、张掖和酒泉等地)移动。

基于区域气候模式未来气候变化研究综述

随着全球气候变化愈加剧烈,区域气候的差异化特征越来越明显,单单利用全球气候模式对区域气候进行研究已经不能满足时空尺度的要求。由于区域气候模式具有更高的空间分辨率等优势,使用区域气候模式能够有效解决这一问题,目前区域气候模式已在全球范围内得到广泛应用。本文简述了区域气候模式发展历程、最新研究进展以及全球主流的动力降尺度区域模式,归纳了气候情景发展;分别从气温和降水两方面着重总结了区域气候模式在全球不同区域不同情景应用情况,分析了未来全球不同区域气候变化趋势,尽管不同研究者所使用模式存在差异,对未来降水预估不尽相同,区域性比较明显,但几乎所有研究一致认为未来全球仍将经历一个持续增暖过程。文章最后对区域气候模式模拟过程中存在的问题进行了概述并对未来区域气候模式发展方向进行了展望,给出中国区域气候模式未来发展方向。

未来气候背景下我国野生知母潜在适生区分布预测

目的:针对野生知母资源分布面积萎缩的现状,对其潜在适生区进行预测,为扩大知母在我国的引种栽培和仿野生种植提供参考。方法:采用MaxEnt生态位模型和ArcGIS技术相结合的方式,对全国184个野生知母分布记录点、生物气候、土壤、地形因子进行分析,预测野生知母在中国的潜在适生分布区域。结果:野生知母在我国高适生区主要位于河北、山西、北京、陕西东北部、吉林西部、辽宁西部和黑龙江西南部,其面积占全国陆地面积的3.02%。与1970-2000年相比,野生知母的高适生区面积在2040-2060年预测将增加0.56个百分点,2060-2080年将增加0.78个百分点。采用受试者工作特征曲线(ROC)计算训练集和验证集样本的曲线下面积(AUC)分别为0.961和0.916,表明MaxEnt模型的预测结果可靠性较好。土壤亚类、降水量季节性变动系数和最热月最高温度是影响野生知母分布的主要环境因子。结论:该结果为知母野生物种的保护以及科学合理增加知母种植面积提供了理论依据。

中国夏玉米和冬小麦生育期对历史及未来水热条件的响应

全球变化背景下中国区域的气候在2000年以来出现了新的时空变化特征。针对中国的夏玉米和冬小麦,该文选取2000-2013年农业物候观测站点及邻近的气象观测站点的数据,结合2021-2040年3种未来气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)的模拟数据,分析夏玉米和冬小麦各物候和生育期的变化情况,以及这两种作物生育期与对应水热条件的相关性,并进一步预测未来时期夏玉米和冬小麦轮作总的生育期历时变化。结果表明:超过50%的站点显示夏玉米各主要物候期均呈一定程度的推迟,而冬小麦物候期推迟的站点数并不明显。2000-2013年对应各作物物候期的气温变化不是一般认为的升温趋势,夏玉米生育期平均气温没有明显的变化,但降水增加的站点稍多;而超过60%的站点显示冬小麦生育期的气候呈干冷化趋势。整体上,夏玉米和冬小麦各站点整个生育期与平均温呈负相关,平均温每升高1℃,生育期将缩短3.97d;在未来3种气候情景下,夏玉米和冬小麦的总生育期历时最大的缩短趋势达0.13d/a。

基于FORCCHN的未来东北森林生态系统碳储量模拟

以东北森林为研究对象，应用中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN，模拟该区森林生态系统碳储量未来可能的时空变化。结果表明：2003—2049年东北森林生态系统可能仍将具有明显碳汇功能，但强度呈下降趋势；土壤碳储量的变化趋势是从增长到饱和然后逐渐降低的过程，植被碳储量则基本上随时间变化呈逐渐增长趋势。空间上，该区土壤碳储量都有不同程度增加或降低，但植被碳储量都在不同程度的增加；土壤碳储量可能在植被碳储量之前得到饱和，因而东北森林生态系统碳吸收能力的降低主要是由土壤碳储量的减少造成的，而植被碳的增加将会在一定时间内减缓这一过程。

基于CMIP5全球气候模式的中国典型区域干湿变化分析

基于CMIP5多全球气候模式数值模拟结果,包括空间分辨率0.5°的逐月历史气候数据和RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下未来气候变化预估数据,利用潜在蒸散发和降水量构建能够表征地表干湿状况的湿润指数,对中国东部季风区7个典型区1901—2100年干湿变化趋势进行了模拟和分析.结果表明:各分区在1901—2005年湿润指数均呈现下降趋势,其中珠江、长江、淮河流域变化较为平缓,黄河、海河流域和东北地区波动较大.可见在过去的100多年中,东部季风区整体上呈现不同程度的干旱化.在2006—2100年不同温室气体排放情景下,各分区的湿润指数呈现不同程度的波动,除了黄河上游地区湿润指数呈现增长趋势外,其他区域没有明显的变湿趋势.