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气候变化对青藏高原植被演替和生产力影响的模拟


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摘要

近年来,气候变化已经对全球许多区域的自然生态系统产生了显著的影响。青藏高原因其独特的地理区位和气候环境特征,成为全球气候变化的敏感区域。研究气候变化对青藏高原植被演替分布和净初级生产力(NPP)的影响,对于评估气候变化影响,制定相关的适应策略,保护高原自然生态系统有着积极的意义。 本文对动态全球植被模型LPJ进行调参和修改以使其适用于青藏高原地区,模拟青藏高原的植被分布和NPP格局现状,并通过精度验证。利用RCP4.5和RCP8.5情景下的1961~2100年青藏高原区域的气候情景预估数据,驱动LPJ修正模型模拟未来气候变化对下青藏高原的植被分布和NPP格局的影响。主要成果和结论如下: (1)在LPJ原模型10种植物功能型(PFTs)的基础上新增至19种PFTs,并对其生物气候限制参数和生理生态参数以及模块参数进行了修改,通过多次试运行和验证,最终获得了适用于青藏高原地区的LPJ修正模型,同时该修正模型对青藏高原的模拟效果通过了Kappa统计分析方法的验证和相关研究成果的比较。 (2)LPJ修正模型的模拟结果显示,青藏高原的植被分布现状表现出明显的水平地带性分布特征,即由高原东南部向西北地区呈现森林—灌丛—草甸—草原—荒漠的植被格局。针、阔叶林集中于青藏高原东南部地区和北部边缘地区;高原东部和东南部的大部分地区分布着灌丛;高寒草甸广布于高原东部地区;高寒草原的分布面积最广,主要分布在高原的西(北)部和东北部地区;荒漠植被主要分布于阿里地区的西部和高原北部边缘地带;在高原西北部边缘地区存在大面积的裸地。青藏高原的植被类型呈现明显的金字塔特征,适宜高寒干旱环境的草地(甸)植被占据主要地位。 对青藏高原植被NPP的模拟结果显示,1961~1990年间青藏高原植被年NPP总量平均值为234TgC a~(-1),年NPP平均值为249.5gC m~(-2) a~(-1)。生态系统NPP的分布格局表现出明显的水平地带性分布特征,由东南部地区向西北部地区逐渐降低,从约524gC m~(-2) a~(-1)降低到约55gC m~(-2) a~(-1)。各植被类型中,阔叶林的NPP最高,达到575.6gC m~(-2) a~(-1),针叶林为239.4gC m~(-2) a~(-1),灌丛为67.5gC m~(-2) a~(-1),高寒草甸为271.8gC m~(-2) a~(-1),高寒草原为154.8gC m~(-2) a~(-1),最低值为荒漠的51.8gC m~(-2) a~(-1)。根据对中国植被NPP划分的等级,青藏高原地区的生态系统属于低生产力或极低生产力地区。 (3)在未来气候变化情景下,青藏高原上的阔叶林主要分布在高原的东南部,其分布面积有了较大扩展;针叶林逐渐向高原腹地延伸;灌丛的增加趋势最明显,逐渐成为高原东部地区的主要植被类型;高寒草甸的面积减小,主要是被灌丛所取代;高寒草原向西北方向扩张,其分布面积有明显的增加,占据了高原西部和北部的大面积地区,导致裸地面积不断萎缩。未来气候变化情景下高原的植被类型组成发生较大变化,整体上向有利于生态系统进展演替的方向发展,植被覆盖度增大。 (4)未来气候变化情景下青藏高原植被NPP总体呈上升趋势,模拟末期(2071~2100年)较基准时段(1961~1990年)的增幅在不同情景下分别为78.8%(RCP4.5情景)和133.6%(RCP8.5情景)。划分的各级别NPP值中,较低的200~400gC m~(-2) a~(-1)和极低的0~200gC m~(-2) a~(-1)级别NPP的分布面积减小,分布范围主要在高原西北部的昆仑山西段地区;400~600gC m~(-2) a~(-1)级别的分布面积稳中有升,其分布区域逐渐由高原的东部移至中西部的高寒草原区;600~800gC m~(-2) a~(-1)和800~1000gC m~(-2) a~(-1)级别的分布面积明显上升,占据了高原中东部的大面积区域;1000~1200gC m~(-2) a~(-1)级别的分布范围也逐渐扩大,植被类型主要对应着高原东南部地区的针、阔叶林。 未来气候变化情景下青藏高原各地区的NPP均不断上升,增幅由东向西逐渐增大,但却随时间的推移逐渐降低。到本世纪末期,高原大部分地区的NPP增幅都达到了200gC m~(-2) a~(-1)以上,但阿里高原、藏北高原腹地、高原东南边缘和柴达木盆地的增幅较小,西北部的裸地地区未发生明显改变,高原东南部的针、阔叶林区总体上表现出负增长的趋势。


关键词

  • climate change
  • LPJ Model
  • LPJ模型
  • Net Primary
  • Production (NPP)
  • Tibetan Plateau
  • Vegatation Distribution
  • 净初级生产力(NPP)
  • 气候变化
  • 青藏高原
  • 植被分布

引用方式

郭亚奇. 气候变化对青藏高原植被演替和生产力影响的模拟[D]. 中国农业科学院, 2012.

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