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

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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第一章 绪论

1.1引言

1.2 国内外研究现状及评述

1.3 论文创新或特色之处

1.4 研究目标与内容

1.5 研究技术路线

第二章 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 研究方法

第三章 IBIS模型模拟结果验证

3.1 基于样点调查数据的植被NPP验证分析

3.2 基于GLO-PEM模型模拟NPP结果对比分析

3.3 基于森林资源清查数据的地上生物量验证分析

第四章 1957－2006年东部南北样带NPP时空变化特征

4.1 东部南北样带植被NPP分布格局

4.2 东部南北样带植被NPP变化趋势

4.3 东部南北样带植被NPP变化趋势的空间分布格局

第五章 植被NPP变化与气候变化关系研究

5.1 东部南北样带气候变化状况

5.2 植被NPP与气候的时空关系

第六章 气候变化条件下样带植被NPP格局变化分析

6.1不同气候变化情景下植被NPP的空间分布格局

6.2不同气候变化情景下植被NPP的时间变化趋势

第七章 结论与讨论

7.1 研究结论

7.2 研究不足

7.3 研究展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢