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
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。
集成生物圈模型;气候变化;驱动机制;东部南北样带;植被NPP;分布格局
中国林业科学研究院
博士
生态学
刘世荣
2010
中文
Q948
101
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）