Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 黑河流域生态系统动态模拟研究 | |
| 其他题名 | Study on Dynamic Simulation of Ecosystem in Heihe River Basin |
| 彭红春 | |
| 出版年 | 2007 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 程国栋 |
| 学位授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 中文摘要 | 全球气候变化越来越引起各国科学家、政府的关注，研究干旱区是全球气候变暖中响应机制和变化是非常重要的问题。黑河流域内分布着高山冰雪带－山区森林草原带－绿洲－荒漠，是一个研究不同景观在气候变化中的响应变化的理想区域。\n与传统研究手段相比，生态模型克服了时空、设备和资金上的限制，解决了景观研究中的不可重复性，可以从多尺度研究景观生态的动态变化和预测。本论文利用陆地生态系统模拟模型TESim，将黑河流域按照植被分为阔叶林生态系统、针叶林生态系统、农田生态系统、荒漠生态系统、草甸草原生态系统、灌木生态系统和典型草原生态系统，模拟了1971～2005年黑河流域35年的动态变化。\n对于模拟结果，本论文采用了实测数据、卫星遥感数据、涡度相关数据进行验证。验证结果表明，TESim模型能够较好的模型黑河流域的动态变化，但是在营养元素结果输出、地下部分的模拟还存在不足。\n本论文通过当前气候情景下的黑河流域生态系统进行模拟，对模拟结果中的净初级生产力（NPP）、异养呼吸（HR）和净生态系统生产力（NEP）的季节动态、年际动态和空间分布进行了分析。通过GCMs模型对未来气候情景的预测结果，对未来的气候变化进行情景假设，分为降水增加20%、气温升高1.4℃、降水增加20%＋气温升高1.4℃三种情景进行模拟，得出未来可能的气候变化情景下黑河流域生态系统的NPP和NEP的变化情况。通过对当前气候情景和未来气候情景假设的模拟结果的分析，得出以下规律：\n一、年际动态\n从整个黑河流域来看，1971～2005年的35年间，NPP和NEP总的变化趋势是上升，NEP的年际间变化幅度较大，超过NPP的幅度。黑河流域的NEP在上世纪70年代到80年代中期，正值和负值数目大体相当，交替充当着“碳汇”和“碳源”的角色，在其后约20年内，基本上起着“碳汇”的作用。\n从各个生态系统来看，灌木林、草甸草原、针叶林的年NPP最低值和最高值分别出现温度的最低年和最高年，荒漠的NPP与降水成正相关（r＝0.65，P < 0.01）。\n二、碳固定量\n从整个黑河流域来看，单位面积NPP的平均值为62.2 g.m-2.a-1，NPP总量平均值为8.00 TgC.a-1，在1971～2005年的35年间，NPP增长了2.77 TgC.a-1，约提高了40%。\n模型估算的1971～2005年流域的单位面积NEP的平均值为5.72 g.m-2.a-1，NEP总量平均值为0.74 TgC.a-1，表明1971～2005年期间黑河流域是一个碳汇。黑河流域的陆地生态系统总碳贮量为345.3 TgC，其中植被碳贮量和土壤碳贮量分别为22.0 TgC和323.3 TgC。\n不同生态系统的单位面积NPP由高到低的顺序依次为：阔叶林 > 针叶林 > 灌木林 > 草甸草原 > 农田 > 典型草原 > 荒漠。从不同生态系统的NPP总量来看，从高到底的顺序依次为：草甸草原 > 荒漠 > 典型草原 > 灌木林 > 农田> 针叶林 > 阔叶林。\n从碳储量的分布来看，上游的面积最小却是碳的主要贮存区，而下游有广阔的面积，但是单位面积的碳储量很低，整个黑河流域的碳产量呈现“大面积贫瘠，小面积富集”的特点。\n三、未来气候变化情景下的动态变化\n1、降水和气温同时改变的叠加效应要超过单独一个因子变化的效应\n2、不同气候变化情景对NPP和NEP的作用是不相同的\n降水增加20%：NPP和异养呼吸增加，NPP的增幅要超过异养呼吸，从而使NEP也增加，都充当“碳汇”的作用。\n温度升高1.4℃：NPP和异养呼吸增加，部分植被生态系统NEP降低，成为“碳源”，但是整个黑河流域的NEP是增加的，充当着“碳汇”的作用。\n降水增加20%＋气温升高1.4℃：NPP和异养呼吸增加，但是不同生态系统的NPP和异养呼吸增幅不同，部分生态系统NEP下降且成为“碳源”，大部分增加，整个黑河流域仍然是“碳汇”。\n3、各个植被生态系统对降水和气温的改变的响应不同\n未来气候变化情景的不同对NPP的影响是不同的，通过NPP对不同情景的响应进行分析，发现不同的生态系统对气温和降水的响应方式是不同的。\n针叶林、荒漠对降水增加要比对气温升高更加敏感，草甸草原、阔叶林、灌木林对气温升高比对降水增加更加敏感。其中的原因各不相同，有些是由其所处的环境影响的，有些是由于模型的处理方案造成。\n4、草本植物对气温升高和降水增加的敏感程度要超过木本植物\n通过对未来气候变化下的情景模拟，模型可以较好的模拟出相应的变化，各植被生态系统对降水和气温的响应结果可以得到较好的解释。 |
| 英文摘要 | Governments and scientists in the world are paying more and more attention to global climate change. Study on the response of arid region to the global warming is an important issue. There are alpine ice-snow belt, forest-steppe zone, oasis and desert in Heihe River Basin, which is an ideal study region on a response of different landscape to climate change.\nComparing with traditional methods, an ecological model conquers temporal and spatial, equipment and fund limits, and resolves the non repeatability of landscape research and studies and predicts dynamic landscape change from multiple scales. This article simulated the dynamics of Heihe River Basin from 1971 to 2005 with TESim model which classified the vegetation into 7 classes, broadleaf forest, needleleaf forest, crop, desert, meadow, steppe and scrub ecosystems.\nSimulated results were validated with data from measurements and remote sensing eddy covariance method. The validation shows that TESim model was able to simulate the dynamics of Heihe River Basin in a whole, whereas simulated nutrient elements and below-ground parts poorly.\nThis article analysized the simulated results of net primary productivity (NPP) and heterotrophic Respiration (HR) and net ecosystem productivity (NEP) from seasonal and interannual dynamics. The three scenario setting of future climate change in Heihe River Basin, which were increments of 20% precipitation and 1.4 ℃ air temperature and the Simultaneous change of both, were assumed with GCMs prediction and the climate dynamics of the past 35 years. The results of current and future climate scenarios showed:\n1. Interannual Dyanmics\nThe trend of NPP and NEP from 1971 to 2005 was increasing generally. The interannual change of NEP was more intensive than that of NPP. NEP in Heihe River Basin was positive and negative values in turn from 1970's to the middle of 1980's，which means that Heihe River Basin played role in \ |
| 中文关键词 | 黑河流域 ; TEsim模型 ; 情景设置 ; 净初级生产力 ; 净生态系统生产力 |
| 英文关键词 | Heihe River Basin TESim model Scenario Setting Net Primary Productivity Net Ecosystem Productivity |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 地图学与地理信息系统 |
| 来源机构 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/286561 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 彭红春. 黑河流域生态系统动态模拟研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,2007. |
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