基于物种分布模型对未来气候变化下云南松毛虫在四川省适生区的预测

为明确云南松毛虫Dendrolimus houi于未来气候变化下在四川省的分布情况,运用最大熵（maximum entropy,MaxEnt）模型中的刀切法和Pearson相关系数分析法对未来气候数据（2050年和2070年）、林地因子及人为因子进行权重划分,筛选出影响云南松毛虫潜在分布的重要且相关系数较低的环境因子,并结合openModeller中的人工神经网络（artificial neural network,ANN）模型、生物气候（BioClim）模型、气候空间（climate space,CS）模型、气候信封（envelope score,ES）模型、基于统计概率和规则集的遗传算法（genetic alorithm for rule-set production,GARP）模型、MaxEnt模型和支持向量机（support vector machine,SVM）模型对云南松毛虫未来的适生区进行预测,利用AUC（area under curve）评价模型的精确度。结果发现,最暖季降水量、人类足迹指数、最冷季降水量和海拔对云南松毛虫在未来气候条件下的潜在分布有较强影响,在2050年贡献率分别为27.2%、16.0%、2.0%和4.9%,在2070年贡献率分别为20.6%、16.8%、9.7%和4.9%。对比7种模型的预测结果,发现SVM模型在2050年和2070年对云南松毛虫适生区预测的AUC为0.93,预测精确度最高,具有较高的可信度;该模型预测结果显示,从2050年至2070年云南松毛虫在四川省的总适生面积增加了4 269.8 km²,其中,中、低适生区面积共减少了17 185.8 km²,高适生区面积增加了21 455.6 km²。     

西北干旱区白刺属植物适生环境的模拟分析

白刺属(Nitraria L.)植物是古地中海第三纪孑遗植物,对我国西北干旱、半干旱地区具有极高的生态效益。本研究基于MaxEnt模型和ArcGIS软件及其SDM工具箱预测了过去到未来不同时期下白刺属6个物种在我国的潜在适生区及其迁移路线,以期为该属植物的保护及资源利用方面提供一定的理论依据。结果表明:白刺属植物当代在我国的高适生区面积占我国国土总面积的6.32%,主要集中在宁夏北部、内蒙古南部和新疆西部地区。与过去相比,白刺属植物的潜在高适生区在当代减少了1.68%。与当代相比,白刺属植物高适生区预测面积在2070年(RCP4.5)气候情景下减少了0.13%,在2070年(RCP8.5)气候情景下增加了1.61%,主要集中在甘肃东南部和宁夏地区;白刺属植物在我国潜在适生区的主导环境因子是最冷月最低温(bio6);最冷季度的平均降水量(bio19)和年均温(bio1)是影响白刺属潜在地理分布的主要环境因子;白刺属植物在末次间冰期(LIG)、末次冰盛期(LGM)、当代及2070年(RCP4.5和RCP8.5)均有向青海等高海拔地区迁移的趋势。     

气候变化情景下基于MaxEnt的麦瘟病在全球及中国的适生性分析

麦瘟病是小麦生产上的一种毁灭性真菌病害, 过去仅在南美洲流行?2016年该病害在亚洲的孟加拉国首次出现, 给世界尤其我国小麦生产带来重大潜在威胁?本研究基于麦瘟病当前在全球(包括孟加拉国)的分布数据和生物气候数据, 采用MaxEnt生态位模型和ArcGIS软件, 预测了当前气候条件下麦瘟病在全球特别是在我国的潜在适生区, 以及RCP2.6?RCP4.5?RCP6.0和RCP8.5 4种气候变化情景下2030s?2050s和2070s麦瘟病在中国潜在适生区分布范围, 进而以刀切法分析了影响其分布的主要气候因子, 并采用ROC对预测结果进行检验?结果表明, 在当前和未来不同气候情景下, 麦瘟病在中国的中风险和高风险区面积将呈增加趋势, 未来情景下与当前气候情景下相比, 中风险和高风险区的面积比例增加范围为0.08%~1.63%, 其中温度和湿度条件对麦瘟病的潜在分布区影响最大?此研究结果对于我国麦瘟病的检疫和防控提供了技术支撑?     

气候变化对新疆意大利蝗潜在分布的影响

意大利蝗Calliptamus italicus(L.)是新疆草原主要优势蝗虫之一,每年给新疆畜牧业经济带来严重损失,气候变化对其潜在分布影响的预测对其科学防治有重要意义。本研究采用意大利蝗的分布数据和生物气候数据,结合MaxEnt模型和ArcGIS软件,预测了BCC_CSM1.1气候模式下政府间气候变化专门委员会第五次工作报告(IPCC AR5)采用的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种气候情景在2021-2040年(2030s)、2041-2060年(2050s)和2061-2080年(2070s)的意大利蝗新疆潜在适生区分布范围。结果表明:在BCC_CSM1.1的各情景下,意大利蝗适生区在北疆及天山一带分布格局基本保持不变,但高度适生区面积都有所增加,其中在天山和阿尔泰山地区,意大利蝗中、高度适生区范围将向更高海拔区域蔓延,在北疆阿勒泰地区高度适生区明显增加。极端水分条件和水热条件对意大利蝗在新疆潜在分布发挥主要作用,其中4月、10月、3月和11月降水量对意大利蝗在新疆潜在分布影响最大,因其直接影响土壤相对含水量和土壤温度,从而决定意大利蝗卵的存活量。     

气候变化情景下四川省猕猴桃溃疡病菌潜在地理分布模拟

近年来,猕猴桃溃疡病在四川各猕猴桃主产区严重发生,造成严重经济损失。本研究采用MaxEnt模型分析四川省猕猴桃溃疡病菌潜在分布,并预测2030年代、2050年代、2070年代和2080年代的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5等3种气候变化情景下适生区变化。预测结果运用ROC曲线评价模拟准确性。结果表明:所建立13个模型的训练数据和测试数据AUC (areas under curve)值均高于0.9,达到极高的精度。当前气候条件下,猕猴桃溃疡病菌在四川的高适生区主要位于成都市、德阳市、绵阳市、广元市、巴中市、达州市和雅安市,中适生区在四川21地市州均有分布。2030年代-2080年代,气候变化情景下,与当前情景相比,高适生区和低适生区区域均显著增加,中适生区区域先增加后减少,不同适生区几何中心位置和迁移规律均有所不同但总体上均向北移动。     

气候变化情景下革苞菊属在中国的潜在地理分布北大核心CSCD

革苞菊属(Tugarinovia Iljin)为阿拉善荒漠特有属,预测气候变化对革苞菊属潜在地理分布的影响对其保护至关重要。本研究基于革苞菊属当前在中国的34个分布点和22个环境变量,利用最大熵(MaxEnt)模型模拟当前和未来(2050s、2070s)3种共享社会经济路径下(SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5)革苞菊属在中国的分布格局变化,采用ROC曲线下方的面积AUC值检验模型预测效果,以刀切法和综合贡献率分析影响其分布的主要环境因子。结果表明:(1)MaxEnt模型模拟准确度较高(AUC=0.992);海拔、最暖季度降水量、最冷季度降水量和年平均温度是影响革苞菊属地理分布的主导环境因子。(2)当前革苞菊属适生区面积和高适生区面积范围均较小,适生区面积为37.08×10^(4)km^(2),高适生区面积为6.89×10^(4)km^(2),主要沿着阴山和贺兰山一带呈破碎化分布。(3)未来3种气候情景下革苞菊属高适生区面积总体呈增加趋势,且在SSP5-8.5气候情景下增加幅度较大;其适生区质心主要向东(阿拉善左旗)迁移。     

气候变化及人类活动对蒙古沙拐枣分布格局的影响

蒙古沙拐枣(Calligonum mongolicum Turcz.)是中国荒漠植被的重要建群种,也是人工固沙造林的优选种。为了阐明气候变化及人类活动对其分布格局的影响,以119个蒙古沙拐枣地理分布信息和24个环境变量为基础,结合CMIP5的缩减全球模型数据,应用MaxEnt模型和Arc GIS空间分析技术,分别构建不同气候情景及人类活动干扰下的蒙古沙拐枣适宜生境预测模型,定量展示未来不同气候变化情景(RCP2. 6,RCP 4. 5,RCP 8. 5)和人类活动干扰下蒙古沙拐枣在我国的分布格局变化。结果表明:训练集的AUC值为0. 958,测试集的AUC值为0. 951,MaxEnt模型的预测结果可靠;影响蒙古沙拐枣分布的主要气候因素是降水量和海拔;人类活动干扰下蒙古沙拐枣的适生比例由13. 04%下降到9. 57%,蒙古沙拐枣的繁殖栖息与人类活动成负相关。当前气候条件下蒙古沙拐枣总适生面积比例为13. 04%,在RCP2. 6、RCP4. 5、RCP8. 5三种情景下至2050s,预测的总适生面积比例为13. 36%、13. 18%和14. 78%;至2070s,预测的总适生面积为13. 39%、12. 76%和12. 71%,适生范围及面积变化趋势各有差异,各级适生区面积及总适生面积有不同程度的增减,且在高浓度排放情景(RCP8. 5)下响应最为明显。     

气候变化下栎枯萎病菌在中国的潜在适生区预测

为降低未来气候变化下栎树枯萎病暴发的风险，基于现有的栎枯萎病菌Bretziella fagacearum分布数据，筛选影响其分布的关键环境变量，利用优化后的MaxEnt模型预测当前气候条件和未来气候条件（低强迫情景SSP126和高强迫情景SSP585）下其在中国的潜在适生区。结果显示，最暖月最高温度、最干季度平均温度、年降水量、最干月降水量是影响栎枯萎病菌分布的关键环境变量；优化后MaxEnt模型的受试者工作特征曲线下面积值高于0.90，表明该模型预测结果可靠。当前气候条件下栎树枯萎病菌的适生区面积约为1.39×10⁶ km²，占中国陆地总面积的14.48%，高适生区主要分布在湖南省北部、浙江省中南部、湖北省东南部、江西省西部和新疆维吾尔自治区北部。未来气候条件（低强迫情景SSP126和高强迫情景SSP585）下栎树枯萎病菌适生区面积均呈增加趋势，尤其高适生区的气候异常程度最高，造成其面积增加。此外，高适生区的质心均有由湖南省向北迁移的趋势。     

基于MaxEnt和ArcGIS的黑腹尼虎天牛潜在地理分布预测

为明确我国检疫性有害生物黑腹尼虎天牛Neoclytus acuminatus的潜在地理分布范围，基于MaxEnt模型、ArcGIS软件及全球分布数据预测当前气候和未来气候（2个情景）条件下黑腹尼虎天牛在全球和中国的潜在分布区域，并分析影响黑腹尼虎天牛分布的关键环境变量。结果显示，MaxEnt模型的曲线下面积（area under curve，AUC）为0.962，表明模型预测结果可靠；影响黑腹尼虎天牛潜在地理分布的5个关键环境变量分别是5月平均降雨量、11月平均最高温度、温度变化方差、7月平均降雨量和最湿季度平均气温，贡献率分别为40.5%、33.2%、23.9%、2.2%和0.1%。在当前气候条件下，黑腹尼虎天牛在全球的适生区较广泛，总面积约为3 928.63×10⁴ km²，且在我国湖北、安徽及浙江等省存在高适生区和中适生区；在未来气候条件下，黑腹尼虎天牛在全球范围内的适生区总面积会进一步增加，并且在我国的高适生区面积也会进一步扩大。     

小麦印度腥黑穗病菌在我国的潜在地理分布研究

小麦印度腥黑穗病菌(Tilletia indica Mitra)是我国进境植物检疫性真菌,在我国尚未分布,主要危害小麦等作物。本研究在收集小麦印度腥黑穗病菌的已知地理分布数据,以及筛选影响该病菌分布的关键环境变量的基础上,运用MaxEnt模型对该病菌在当前和未来场景下我国的潜在地理分布进行了预测。结果显示,小麦印度腥黑穗病菌当前的潜在地理分布区面积占全国总面积的58.48%,其中,中高度适生区主要分布在北纬40°以下,面积占全国总面积的31.29%。2050年和2070年RCP8.5场景下,潜在地理分布区范围进一步扩大至63.24%和62.65%。本研究结果可为科学地制定小麦印度腥黑穗病菌的检疫和防控措施提供参考。     

基于MaxEnt模型预测苹红缢管蚜在中国的适生区

为评估苹红缢管蚜Rhopalosiphum oxyacanthae入侵我国的潜在地理分布范围,基于其在全球的118个分布点和筛选的9个环境变量数据,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件对苹红缢管蚜于当前和未来气候条件下在我国的潜在适生区进行预测。结果表明,基于苹红缢管蚜的全球分布数据,MaxEnt模型预测的平均AUC值为0.919,预测结果准确性较高。当前气候条件下,苹红缢管蚜在我国的总适生区面积占全国陆地面积的48.73%,其中高、中、低适生区的面积分别占全国陆地面积的5.92%、13.30%和29.51%,高适生区主要位于河南、江苏、安徽、湖北、湖南、贵州、江西、浙江、福建、广西、台湾等省区。未来RCP2.6和RCP8.5气候情景下,苹红缢管蚜在我国的总适生区面积增加并呈逐渐向东北方向迁移扩散的趋势,其中低适生区面积逐渐增加,高、中适生区面积逐渐减少,原先中南部的高适生区逐渐转变为低适生区或非适生区,但新疆维吾尔自治区北部、吉林省与辽宁省边界处的高适生区面积呈逐渐增加趋势。表明苹红缢管蚜在我国的适生范围极为广泛,具有较高的入侵风险,应加强进境口岸对该虫的检疫监管力度。     

Economic losses from reduced freshwater under future climate scenarios: An example from the Urumqi River,Tianshan Mountains

As important freshwater resources in alpine basins, glaciers and snow cover tend to decline due to climate warming, thus affecting the amount of water available downstream and even regional economic development. However, impact assessments of the economic losses caused by reductions in freshwater supply are quite limited. This study aims to project changes in glacier meltwater and snowmelt of the Urumqi River in the Tianshan Mountains under future climate change scenarios (RCP2.6 (RCP, Representative Concentration Pathway), RCP4.5, and RCP8.5) by applying a hydrological model and estimate the economic losses from future meltwater reduction for industrial, agricultural, service, and domestic water uses combined with the present value method for the 2030s, 2050s, 2070s, and 2090s. The results indicate that total annual glacier meltwater and snowmelt will decrease by 65.6% and 74.5% under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios by the 2090s relative to the baseline period (1980-2010), respectively. Compared to the RCP2.6 scenario, the projected economic loss values of total water use from reduced glacier meltwater and snowmelt under the RCP8.5 scenario will increase by 435.10×10⁶ and 537.20×10⁶ CNY in the 2050s and 2090s, respectively, and the cumulative economic loss value for 2099 is approximately 2124.00×10⁶ CNY. We also find that the industrial and agricultural sectors would likely face the largest and smallest economic losses, respectively. The economic loss value of snowmelt in different sectorial sectors is greater than that of glacier meltwater. These findings highlight the need for climate mitigation actions, industrial transformation, and rational water allocation to be considered in decision-making in the Tianshan Mountains in the future.     

Mapping the current and future distributions of Onosma species endemic to Iran

Climate change may cause shifts in the natural range of species especially for those that are geographically restricted and/or endemic species. In this study, the spatial distribution of five endemic and threatened species belonging to the genus Onosma (including O. asperrima, O. bisotunensis, O. kotschyi, O. platyphylla, and O. straussii) was investigated under present and future climate change scenarios: RCP2.6 (RCP, representative concentration pathway; optimistic scenario) and RCP8.5 (pessimistic scenario) for the years 2050 and 2080 in Iran. Analysis was conducted using the maximum entropy (MaxEnt) model to provide a basis for the protection and conservation of these species. Seven environmental variables including aspect, depth of soil, silt content, slope, annual precipitation, minimum temperature of the coldest month, and annual temperature range were used as main predictors in this study. The model output for the potential habitat suitability of the studied species showed acceptable performance for all species (i.e., the area under the curve (AUC)>0.800). According to the models generated by MaxEnt, the potential current patterns of the species were consistent with the observed areas of distributions. The projected climate maps under optimistic and pessimistic scenarios (RCP2.6 and RCP8.5, respectively) of 2050 and 2080 resulted in reductions and expansions as well as positive range changes for all species in comparison to their current predicted distributions. Among all species, O. bisotunensis showed the most significant and highest increase under the pessimistic scenario of 2050 and 2080. Finally, the results of this study revealed that the studied plant species have shown an acute adaptability to environmental changes. The results can provide useful information to managers to apply appropriate strategies for the management and conservation of these valuable Iranian medicinal and threatened plant species in the future.     

基于MaxEnt模型预测气候变化下飞扬草在中国的潜在地理分布

为明确入侵杂草飞扬草Euphorbia hirta Linn.在中国的潜在地理分布，基于MaxEnt模型结合ArcGIS地理信息系统软件，对飞扬草在历史气候及未来气候2个情景下的潜在适生区进行预测，并采用刀切法分析各环境因子对飞扬草适生区的影响。结果显示，在飞扬草潜在地理分布变化过程中，影响最大的环境因子是最湿季度降水量，其次是最暖季度平均温度。历史气候条件下，飞扬草在中国的总适生区面积占全国陆地总面积的32.45%，其中高适生区占13.57%，中适生区占10.06%，低适生区占8.82%。未来气候条件下，预测结果表明2050年飞扬草的潜在适生区将进一步扩张，其中在高强迫SSP585情景下飞扬草的总适生区面积大于低强迫SSP126情景下的总适生区面积，而SSP126情景下的高适生区面积则大于SSP585情景下的高适生区面积。表明飞扬草在中国的潜在适生区分布范围较广，可能在未来进一步扩散至全国，建议相关部门加强监控，防止飞扬草进一步入侵和扩散。     

Runoff of arid and semi-arid regions simulated and projected by CLM-DTVGM and its multi-scale fluctuations as revealed by EEMD analysis

Runoff is a major component of the water cycle,and its multi-scale fluctuations are important to water resources management across arid and semi-arid regions.This paper coupled the Distributed Time Variant Gain Model(DTVGM)into the Community Land Model(CLM 3.5),replacing the TOPMODEL-based method to simulate runoff in the arid and semi-arid regions of China.The coupled model was calibrated at five gauging stations for the period 1980–2005 and validated for the period 2006–2010.Then,future runoff(2010–2100)was simulated for different Representative Concentration Pathways(RCP)emission scenarios.After that,the spatial distributions of the future runoff for these scenarios were discussed,and the multi-scale fluctuation characteristics of the future annual runoff for the RCP scenarios were explored using the Ensemble Empirical Mode Decomposition(EEMD)analysis method.Finally,the decadal variabilities of the future annual runoff for the entire study area and the five catchments in it were investigated.The results showed that the future annual runoff had slowly decreasing trends for scenarios RCP 2.6 and RCP 8.5 during the period 2010–2100,whereas it had a non-monotonic trend for the RCP 4.5 scenario,with a slow increase after the 2050 s.Additionally,the future annual runoff clearly varied over a decadal time scale,indicating that it had clear divisions between dry and wet periods.The longest dry period was approximately 15 years(2040–2055)for the RCP 2.6 scenario and 25 years(2045–2070)for the RCP 4.5 scenario.However,the RCP 8.5 scenario was predicted to have a long dry period starting from 2045.Under these scenarios,the water resources situation of the study area will be extremely severe.Therefore,adaptive water management measures addressing climate change should be adopted to proactively confront the risks of water resources.     

Ecological determinants and risk areas of Striga hermonthica infestation in western Kenya under changing climate

Striga hermonthica (Del.) Benth is a parasitic weed that is damaging major cereal crops in sub-Saharan Africa (SSA). Although Striga is recognised as an agricultural scourge, there is limited information available indicating the extent of its growth and spread as impacted by the changing climate in Kenya. This study investigated the impact of current climate conditions and projected future (2050) climate change on the infestation of Striga hermonthica in the western Kenya region. Specifically, the study aimed to predict Striga hermonthica habitat suitability in five counties in the western Kenya region through using the maximum entropy (MaxEnt) model and bioclimatic, soil, topographic and land use, and land cover (LULC) variables. Striga hermonthica geolocations were collected and collated and ecological niche models were developed to determine the habitat suitability. The results showed that approximately 1767 km² (10% of the total study area) is currently highly suitable for Striga hermonthica occurrence. The future projections showed a range between 2106 km² (19% of the total study area) and 2712 km² (53% of the total study area) at the minimum carbon (RCP 2.6) and the maximum carbon emission scenarios (RCP 8.5) respectively. Elevation, annual precipitation, LULC, temperature seasonality and soil type were determined to be the most influential ecological predictor variables for Striga hermonthica establishment. The study revealed the importance of using climate, soil, topographic and LULC variables when evaluating agricultural production constraints such as Striga's prevalence. The methodology used in this study should be tested in other Striga affected areas.     

基于MaxEnt模型预测外来入侵植物刺果瓜在中国的潜在地理分布

为明确外来入侵植物刺果瓜 Sicyos angulatus在我国的潜在地理分布,基于MaxEnt模型、ArcGIS软件及全球分布数据,在历史气候条件及未来气候条件下 （低强迫情景SSP126和高强迫情景SSP585）预测刺果瓜在中国的潜在地理分布。结果显示, MaxEnt模型的曲线下面积（area undercurve, AUC）值为0.977,表明模型具有较高的可靠性;气温季节性变化、最热月的最高温、最干月降水量和最湿季节的降水量是影响刺果瓜在中国潜在地理分布的4个关键环境变量;历史气候条件下刺果瓜主要发生在中国东部、中部和西部,适生区总面积占中国陆地总面积的23.29%;未来气候条件下,刺果瓜在中国的适生区范围有所减少, SSP126和SSP585情景下刺果瓜在中国的适生区总面积分别为186.10×10⁴ km²和162.68×10⁴ km²,分别占中国陆地总面积的19.35%和16.91%,但还是主要覆盖黄淮海平原夏播玉米区和南方丘陵玉米区等产区,质心由南向北移动。