陆地生态系统模型比较研究进展

陆地生态系统作为地球表层复杂系统中重要一环是全球碳氮循环研究的核心内容之一，在陆地生态系统研究中模型作为一种必不可少的手段备受关注。近年来，国际上发展了多种基于不同原理和目标的模型，其模拟结果也不尽相同。为了对这些模型进行比较研究，国际上开展了多个模型比较研究计划。本在筒述各种模型比较计划的基础上；阐述了目前国际上一些比较成功的模型的研究进展；指出模型的进一步发展必须建立在对生态系统各个组成要素、生态过程及其对气候变化的响应与反馈机制研究的基础之上。耦合大气、岩石圈、生物圈从机理上模拟碳氮动态，同时在进行区域或全球尺度评价时引入遥感、地理信息系统等手段，将是未来模型发展的趋势。     

气候变化对陆地生态系统第一性生产力的影响研究综述

气候变化对陆地生态系统第一性生产力（ＮＰＰ）的影响是一个倍受关注的问题,目前从观测、实验和模拟等向个方面在不同层次上对这个问题进行了大量的研究,气候变化对生态系统ＮＰＰ的影响取决于气候各因子及其组合变化的方向,生态系统与当前气候之间的关系,另外还要受养分及其它因子的影响,目前大量存在的ＮＰＰ模型各有段缺点,模拟结果各异但有会聚的趋势,改进观测方法和理论,建立全球共享ＮＰＰ数据库、进行大规模生态系统层次的实验研究和发展生态系统动态模型（ＤＧＶＭ）是未来一段时期研究的重点。     

中国陆地生态系统植被结构和净第一性生产力对未来气候变化响应

本文对现有的区域植被动态模型进行了改进,改进后的模型包含了生态系统中生物量动态、植被结构动态、氮素循环过程三者之间的耦合,以及植被和土壤的相互作用.新模型的状态变量包括植被的绿色和非绿色生物量及其氮素浓度,3层土壤的水分,土壤的全氮和速效氮含量.利用全国范围内在过去数10年中定点观测生物量、生产力、土壤全氮和速效氮的含量、卫星遥感植被指数、全国植被图、地形图、土壤图等多方面的基础数据,我们进行了模型的参数化工作,并对模型做了初步验证.结果说明本模型能够比较准确地模拟当前气候条件下植被的生物量、生产力和氮素吸收等动态过程.在此基础上,我们将改进后的模型用于中国陆地生态系统对全球变化响应的研究.为此我们采用了7个大气环流模型的输出的降水和温度的改变量和大气CO2浓度加倍条件,结合现有气候条件,生成未来气候变化情景(scenarios),并用这些情景来驱动改进后的模型直到模型到达稳定状态.模拟结果说明:在未来气候变化条件下,温带常绿针叶林、亚热带山地常绿针叶林、落叶阔叶林、常绿阔叶林,典型禾草草原的分布将显著增加,而落叶针叶林、亚热带常绿针叶林、常绿灌木、禾草和半灌木草原、高寒禾草草甸的分布将有显著的下降,其他植被类型对全球变化的响应不太敏感.33°N以南,净第一性生产力将有显著增加,而33°N以北,净第一性生产力增加较少,局部地区生产力甚至下降.模拟的中国陆地生态系统的北部生产力比南部具有较大的变化和不确定范围.因此,从最大程度的减少和降低生态系统对气候变化响应的不确定程度出发,未来气候变化的研究的重点应该在北方.     

陆地生态系统与全球变化的联网观测研究进展

全球变化引起的环境问题已成为国际社会及其科技界共同关注的重大挑战。陆地生态系统的联网观测作为研究全球变化与陆地生态系统相互关系的一种有效手段,越来越受到人们的重视,并且得到了广泛的应用。本文讨论了陆地生态系统联网观测在全球变化科学研究中的作用和地位,并简要介绍了几个有影响的国际陆地生态系统联网观测计划。在此基础上,分析评述了中国陆地生态系统联网观测研究的主要进展以及在全球变化研究中做出的主要贡献,并结合我国科学技术和社会经济发展的需求,指出了近期中国陆地生态系统联网观测研究应该重点发展的领域。     

基于AVIM的中国陆地生态系统净初级生产力模拟

利用AVIM（植被与大气相互作用模式）模拟了现代中国陆地生态系统NPP的分布并计算了全国NPP的碳总量。研究结果表明我国现代陆地生态系统的年NPP变化范围在0~1 389 gC/m2之间,年平均值为355 gC/m2,年吸收3.33 Pg的大气碳。中国陆地植被NPP呈现自东向西逐渐减小的趋势,NPP的最大值出现在云南西双版纳地区,最小值分布于青藏高原以及新疆地区。中国现代陆地植被NPP主要分布于小于100 gC/(m2·a)、300~500 gC/(m2·a)以及500~700 gC/(m2·a)3个区间,其占总计算值的比例都超过了20%以上;大于1 000 gC/(m2·a)的NPP最少,只占总数的2.15%。对中国陆地植被NPP与气候的相关性分析表明,降水是影响我国陆地生态系统NPP的主要原因。     

全球变化与陆地生态系统研究：回顾与展望

全球变化与陆地生态系统相互关系的研究是国际地圈－生物圈计划（IGBP）的核心研究计划之一，也是整个全球变化的研究核心领域之一。该计划自上世纪八十年代启动以来，已经取得了一系列重要的研究成果，对于推动全球变化研究发挥了重要作用。中国学者在全球变化与陆地生态系统研究领域也开展了许多工作并取得了重要成绩。按照我国科学技术和社会经济发展的需求，本文提出了未来我国在该领域的研究重点，包括（1）中国陆地生态系统重要生命元素的代谢及其耦合机制研究；（2）全球变化敏感区域或重要样带上陆地生态系统对全球变化的影响研究；（3）我国的C、N、P、S生物地球化学循环与全球变化的关系研究；（4）发展中国特色的区域植被动态模型。     

陆地水循环过程的综合集成与模拟

在气候变化与人类活动的影响下,陆地水循环过程发生了明显改变,并导致了一系列资源环境问题。深入认识陆地水循环过程的变化机理,发展陆地水循环过程综合集成模拟技术,预估未来陆地水循环的变化趋势,是当前水循环研究面临的重要任务。主要关注人类活动影响下的大尺度(大河流域或大陆尺度)陆地表层系统水循环模拟,梳理了近年来陆地水循环过程综合集成与模拟相关的研究进展,指出当前大尺度陆地表层系统水循环模拟模型的主要问题是对自然过程与人类活动过程间相互作用描述不足,以及人类活动参数化方案的不完善。因此,完善人类活动参数化方案,构建陆地水循环过程的综合集成模型,是模拟研究的重要发展方向之一。同时,考虑多要素过程的综合集成模型有助于解释气候变化与人类用水活动影响水循环变化的关键机制,为探索变化环境下陆地水循环变化成因及其效应提供理论与实践基础,其结果将为区域水资源配置及应对全球变化的战略决策提供科学依据。     

陆地生态系统的二氧化碳封存

陆地生物圈在全球碳（C）循环方面起着重要作用。尽管陆地生物圈是碳的净源,但一些陆地生态系统目前正在吸收碳,这对于控制现存的陆地（森林、农田和沙漠）生态系统以维持或增加碳的吸存量而言,是切实可行的。利用森林生态系统可吸存和保存全球大量的碳。农业生态系统和贫瘠的土地可用于保存现有的陆地碳,但这些系统中的植物对二氧化碳的吸存速率相对较低。可把森林生态系统和农田生态系统的生物量视为一种能源,而且林木可用于储存城市环境中的能量。通过开展一些生态系统的管理实践,进行碳吸存和保存可获得额外利益。     

中国全球变化与陆地生态系统关系研究

预测陆地生态系统对大气和气候的反馈作用及在更微观的尺度上预测全球变化对自然和农业生态系统的结构和功能的效应是国际地圈－生物圈计划（ＩＧＢＰ）的核心项目“全球变化与陆地生态系统”（ＧＣＴＥ）的重要研究目标，中国科学家自１９８５年正式立面开 全球变化研究以来，全面加入了国际全球的研究，取得了巨大成果，文章就近年来中国在全球变化与陆地生态系统关系研究方面取得新进展作了评述，并指出未来中国进行全球变化与陆     

真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

近年来,全球变暖趋势越来越明显,大气CO2浓度不断升高被认为是引起全球气候变化的主要原因之一.大气CO2来源主要有海洋释放、土壤呼吸、化石燃料燃烧、动植物呼吸和植被破坏等;而大气CO2的归宿被认为主要有海洋吸收和植物光合作用等.全球陆地生态系统中的碳有2126 Pg.其中46%储存在森林中.土壤真菌占地下总微生物量的8...     

气候变化对陆地水循环影响研究的问题

简要地回顾了现存的由气候情景驱动水文模型研究气候变化对陆地水循环影响的方法。指出这种单向连接方法很难将气候变暖及人类活动引起的陆地水循环变化反馈给大气。这既影响对降雨的预测精度,又不能正确地描写陆地水循环的变化。近10年来气候学家对大气环流模型中陆面过程模型的改进以及水文气候学家对大尺度水文模型研究所取得的进展,展现了它们之间的互补性,以及未来用水文-气候耦合模型方法研究气候变化与人类活动对陆地水循环影响及水资源预测的可能性。     

Integrated Water Systems Model for Terrestrial Water Cycle Simulation

The terrestrial water cycle is influenced by a wide range of climatic variables and human disturbances. In the era of the Anthropocene, when humans drive the changes in atmospheric and hydrological processes in river basins, there is an urgent need to include human impacts in the study of the terrestrial water cycle. This paper focused on the large-scale hydrological modeling which takes account of human impacts, reviewed the research progress of the natural and human-induced changes in the terrestrial water cycle and the development of comprehensive terrestrial hydrological models in recent years, and proposed that an integrated water system model with human-related processes such as crop water demand model, engineering regulation and social water demand, be the key to large-scale water cycle simulations under changing environment. Based on the existing large-scale land surface hydrological model, there is a need to put forward the integration of the human-related processes. A comprehensive integrated water system model that considers multi-processes can help us to understand the key mechanisms of how climate change and human activity influence the regional water cycle. It also provides a theoretical and practical basis for investigating the causes and effects of changes in terrestrial water cycle under a changing environment, and thus offers scientific support for climate change adaptation in the water sector.     

陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究

陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心，也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题，是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势，陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上，提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路，阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。     

气候变化对陆地生态系统第一性生产力的影响研究综述

气候变化对陆地生态系统第一性生产力(NPP)的影响是一个倍受关注的问题,目前从观测、实验和模拟等几个方面在不同层次上对这个问题进行了大量的研究。气候变化对生态系统NPP的影响取决于气候各因子及其组合变化的方向、生态系统与当前气候之间的关系,另外还要受养分及其它因子的影响。目前大量存在的NPP模型各有优缺点,模拟结果各异但有会聚的趋势。改进观测方法和理论、建立全球共享NPP数据库、进行大规模生态系统层次的实验研究和发展生态系统动态模型(DGVM)是未来一段时期研究的重点。     

气候变化对中国北方荒漠草原植被的影响

气候变化对陆地生态系统的影响及其反馈是全球变化研究的焦点之一。利用气候变量实现对遥感植被指数所表示的植被绿度信息的模拟，可以尝试作为表达生物圈过去和未来状态的一种途径。利用1961-2000年的气温、降水和1983-1999年的NOAA/AVHRR资料，分析了中国北方地带性植被类型荒漠草原植被分布区的短尺度气候的年际和季节变化，及其对植被的影响。结果表明，过去40年中该区域年际气候变化表现为增温和降水波动。年NDVI的最大值（NDVI_max）可以较好地反映气候的变化，过去17年中NDVI_max出现的时间略有提前。综合分析NDVI、植被盖度、NPP、区域蒸散量、土壤含水量及其气候的年际变化，表明增温加剧了土壤干旱化，降水和土壤含水量仍是制约本区植被生长的根本原因。     

热带内外地区相互作用研究

本文回顾了近年来有关热带内外地区相互作用的研究进展。它主要包括三个方面：（１）热带外扰动对热地区的影响；（２）热带地区大气了研究；（３）热带对热带外地区的影响。本文内容涉及了有关观测资料分析、理论研究以及数值试验三个方面的研究成果。     

论灾害和环境的交融与互馈

环境为人类生存发展提供了空间和所需要的资源,因此是重要的基础性生产要素。自本世纪５０年代以来,环境问题已成为世界关注的焦点,人类对环境的认识出现了两次飞跃性进展。大量事实表明,灾害与环境同是地球运动和人类社会经济活动的产物。环境是灾害活动的背景和基础,灾害是环境异常恶化的表现,二者相互作用,同步消长,形成密切的交融与互馈关系。在减灾行动中,只有把防灾抗灾和保护与治理环境有机地结合起来,才能取得充分的效果。     

全球变化陆地样带研究及其进展

对IGBP中的研究热点——全球变化陆地样带研究——作了较为详细的综述。分析了IGBP样带兴起的原因,在全球的分布以及各条样带的主要研究任务,特别对于美国俄勒冈样带(OTIER)和中国东北温带样带(NECT)作了详细的论述。美国OTTER项目的完成,表明即使是ROREST-BGC这样需要众多环境变量的机理性模型,其所需的大部分变量可以用遥感手段获得,从而为机理性模型斑块推向区域、保证其模拟精度,并使其具有良好的操作性提供了途径,对于以后的样带研究有良好的启发性。中国NECT已经进入实质性研究阶段,对于生态脆弱地区的判定,空间仿真模型的建立以及从NDVI推导参数都取得了较大进展。