發(fā)布時(shí)間：2017-08-09 09:01

  本文關(guān)鍵詞：氣候變化情景下黑龍江省森林碳循環(huán)模擬

  更多相關(guān)文章： IBIS模型 土壤呼吸 凈初級(jí)生產(chǎn)力 凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力 氣候變化

【摘要】：黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)在東北森林碳預(yù)算中扮演著重要的角色,受全球氣候變暖的影響黑龍江省的氣候也發(fā)生了明顯變化,氣候的變化不可避免的對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。在區(qū)域尺度上,由于測(cè)定困難、研究手段的缺乏等因素的影響,目前對(duì)黑龍江省森林碳氮循環(huán)及其固碳功能還存在許多認(rèn)識(shí)不足之處。本研究以黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)作為研究對(duì)象,將IBIS模型進(jìn)行了進(jìn)一步改造用來模擬SRESAIB情境下1961～2100年黑龍江省森林碳循環(huán)的時(shí)空動(dòng)態(tài),以揭示未來氣候變化對(duì)黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。探討森林碳循環(huán)與氣候變化的響應(yīng)與反饋機(jī)制對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的管理與決策具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。將IBIS模型在模型的模擬尺度、模型代碼、模型算法等方面進(jìn)行改造,并根據(jù)黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)的特征對(duì)IBIS模型的部分參數(shù)進(jìn)行了修訂,優(yōu)化了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。開發(fā)了操作簡(jiǎn)便的IBIS模型界面化運(yùn)行系統(tǒng)。并采用模型模擬結(jié)果與樣地實(shí)測(cè)值和與其它模型模擬結(jié)果對(duì)比兩種方式驗(yàn)證改造后的IBIS模型的可信性和適用性。基準(zhǔn)期(1980s)黑龍江省森林土壤呼吸年平均值為541 gCm2·a-1。年際間土壤呼吸年均值波動(dòng)較大,總體上呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。研究區(qū)土壤呼吸年均值基本上呈現(xiàn)塊狀分布：北部的低值區(qū)(450 gCm2·a-1)、中部中值區(qū)(450～700 gCm2·a-1)、南部高值區(qū)(700gCm2·a-1)。未來三個(gè)時(shí)期(2020s、2050s、2080s)森林土壤呼吸年均值分別為：583gCm2·a-1、648 gCm2·a-1、753 gCm2·a-1。自1980s開始黑龍江省森林土壤呼吸的年均值不斷的呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì),其中1980s-2020s時(shí)段土壤呼吸年平均增加幅度最小,增長率為15 gCm-2/10a;而2050s-2080s時(shí)段增加幅度最大,增長率為35.1 gCm-2/10a。未來三個(gè)時(shí)期森林土壤呼吸年均值呈現(xiàn)由東南向西北方向逐漸遞減的空間分布趨勢(shì)。四個(gè)時(shí)間段內(nèi),研究區(qū)中土壤呼吸年均值最高地區(qū)分布在哈爾濱西部和綏化南部地區(qū)狹長帶狀地區(qū),而大興安嶺北部的漠河、塔河地區(qū)是森林土壤呼吸年均值最低區(qū)域。基準(zhǔn)期黑龍江省森林NPP平均值為667 gCm2·a-1,年際間略有波動(dòng)。隨著緯度的增加,NPP年均值由南向北逐漸遞減,具有明顯的地帶性特征。未來三個(gè)時(shí)期森林NPP年均值分別為：554 gCm2·a-1、608 gCm2·a-1、621 gCm2·a-1。從1980s開始至2020s時(shí)期NPP年均值顯著減少,速率為21.4 gCm2·a-1,2020s以后NPP年均值又分別以平均值為16.8gCm2·a-1和13.8 gCm2·a-1的速率增加。未來三個(gè)時(shí)期的空間分布特征與基準(zhǔn)期相似,均呈現(xiàn)南部地區(qū)高北部地區(qū)低,東部地區(qū)高西部地區(qū)低的分布格局。1961-2100年,黑龍江省森林NEP年平均值為222 gCm2·a-1,變化范圍為-63～361 gCm-2·a-1。研究時(shí)段內(nèi)黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)碳匯,但是碳匯有減弱的趨勢(shì)。NEP年平均值基本上呈現(xiàn)南高北低,東高西低的空間分布特征。黑龍江南部張廣才嶺地區(qū)的森林在四個(gè)時(shí)期均表現(xiàn)出穩(wěn)定的碳匯；黑龍江中部的小興安嶺地區(qū)和黑龍江北部的大興安嶺地區(qū)是NEP年均值變化劇烈的區(qū)域。SRESAIB情境下,1961～2100年黑龍江省年均溫和平均降水量都發(fā)生了顯著地變化。未來三個(gè)時(shí)期的年均溫具有升高的趨勢(shì),從1980s至2080s平均升溫為5.5℃。黑龍江省年際間降水波動(dòng)劇烈,平均降水量呈現(xiàn)出先減少再逐漸增多的變化趨勢(shì)。四個(gè)時(shí)間段內(nèi)氣溫和降水均具有從南向北、從東到西逐漸減少的空間分布趨勢(shì)。1961～2100年黑龍江省氣溫的變異系數(shù)在0.1%～6.5%范圍內(nèi)波動(dòng),降水的變異系數(shù)在2.2%～14.5%范圍內(nèi)波動(dòng),在年際尺度上來說溫度的區(qū)域變異性相對(duì)降水變異性小一些。土壤呼吸和NEP與溫度的變異相關(guān)性不強(qiáng),與降水量的變異呈正相關(guān)關(guān)系；NPP與氣溫和降水的變異都顯著相關(guān)。在年際尺度上來說,降水是導(dǎo)致的土壤呼吸和NEP年際間的變異增大的關(guān)鍵因素,而溫度是影響NPP年際間變異的主要?dú)庀笠蜃印．?dāng)年均氣溫增加2℃,年均降水減少20%時(shí),黑龍江省森林年平均土壤呼吸、NPP和NEP分別減少了4.43%、5.69%、15.89%,黑龍江省森林碳匯能力減弱。年平均NPP、NEP和土壤呼吸空間格局變化主要是受到降水量的增減影響,氣溫對(duì)其影響較小。年平均氣溫增加3℃,年均降水不變時(shí),黑龍江省森林年平均土壤呼吸和NPP分別增加了4.07%和1.49%,此時(shí)NEP減少了6.2%,黑龍江省森林碳匯能力減弱。氣溫和降水量的增減影響NPP、NEP和土壤呼吸空間格局分布,寒冷干旱或者高溫多雨的地區(qū),氣溫對(duì)其影響要高于降水；在溫暖濕潤地區(qū),降水是主要影響因子。年平均氣溫增加4℃,年均降水增加20%時(shí),黑龍江省森林年平均土壤呼吸、NPP和NEP分別增加了6.83%、7.64%、2.32%。NEP變化率為正值,黑龍江省森林碳匯能力增強(qiáng)。年平均NPP、NEP和土壤呼吸空間格局變化主要是受到降水變化影響,但是在氣溫增溫過高同時(shí)降水也增加過多的地區(qū),年平均NPP、NEP和土壤呼吸顯著降低。
【關(guān)鍵詞】：IBIS模型 土壤呼吸 凈初級(jí)生產(chǎn)力 凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力 氣候變化
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S718.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 1 緒論15-27
• 1.1 引言15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)15-24
• 1.2.1 森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究方法綜述18-24
• 1.3 研究目的和意義24-25
• 1.4 研究內(nèi)容及技術(shù)路線25-27
• 1.4.1 研究內(nèi)容25
• 1.4.2 技術(shù)路線25-27
• 2 IBIS模型原理及改進(jìn)27-40
• 2.1 IBIS模型結(jié)構(gòu)及原理27-31
• 2.1.1 地表過程模塊27-28
• 2.1.2 植被生理模塊28-30
• 2.1.3 植被物候模塊30-31
• 2.1.4 植被動(dòng)態(tài)模塊31
• 2.1.5 陸地的碳平衡模塊31
• 2.2 IBIS模型的不足31-32
• 2.3 IBIS模型改進(jìn)32-35
• 2.3.1 模型代碼的改造32
• 2.3.2 模擬尺度的改造32
• 2.3.3 模型算法的改造32-34
• 2.3.4 模型輸入?yún)?shù)的改造34-35
• 2.4 IBIS界面操作系統(tǒng)建立35-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 3 研究區(qū)概況及IBIS模型參數(shù)預(yù)處理40-47
• 3.1 研究區(qū)概況40-43
• 3.1.1 自然概況40-41
• 3.1.2 植被概況41-43
• 3.2 IBIS模型參數(shù)數(shù)據(jù)處理43-46
• 3.2.1 地形數(shù)據(jù)43-44
• 3.2.2 植被及土壤數(shù)據(jù)44-45
• 3.2.3 氣候數(shù)據(jù)預(yù)處理45-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 4 IBIS運(yùn)行步驟及模型驗(yàn)證47-56
• 4.1 IBIS運(yùn)行流程47-51
• 4.2 IBIS模型驗(yàn)證51-54
• 4.2.1 基于樣地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證分析51-52
• 4.2.2 基于IBIS模型的模擬結(jié)果驗(yàn)證分析52-53
• 4.2.3 其它模型的模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 5 黑龍江省森林土壤呼吸模擬56-62
• 5.1 基準(zhǔn)期黑龍江省森林土壤呼吸時(shí)空動(dòng)態(tài)56-58
• 5.1.1 基準(zhǔn)期森林土壤呼吸的年際變化特征56-57
• 5.1.2 基準(zhǔn)期森林土壤呼吸的空間分布格局57-58
• 5.2 未來三個(gè)時(shí)期黑龍江省森林土壤呼吸時(shí)空動(dòng)態(tài)58-60
• 5.2.1 未來三個(gè)時(shí)期森林土壤呼吸的年際變化特征58-59
• 5.2.2 未來三個(gè)時(shí)期森林土壤呼吸的空間分布格局59-60
• 5.3 黑龍江省森林土壤呼吸年代間變化趨勢(shì)60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 6 黑龍江省森林NPP和NEP模擬62-72
• 6.1 基準(zhǔn)期黑龍江省森林NPP時(shí)空動(dòng)態(tài)62-63
• 6.1.1 基準(zhǔn)期森林NPP的年際變化特征62-63
• 6.1.2 基準(zhǔn)期森林NPP的空間分布格局63
• 6.2 未來三個(gè)時(shí)期黑龍江省森林NPP時(shí)空動(dòng)態(tài)63-66
• 6.2.1 未來三個(gè)時(shí)期森林NPP的年際變化特征63-64
• 6.2.2 未來三個(gè)時(shí)期森林NPP的空間分布格局64-66
• 6.3 黑龍江省森林NPP年代間變化趨勢(shì)66-67
• 6.4 黑龍江省森林NEP空間格局及其變化趨勢(shì)67-70
• 6.4.1 森林NEP的年際變化特征67-68
• 6.4.2 未來氣候情景下森林NEP的空間分布及變化特征68-70
• 6.5 本章小結(jié)70-72
• 7 氣候變化對(duì)黑龍江省碳循環(huán)影響分析72-87
• 7.1 黑龍江省氣候變化模擬72-76
• 7.1.1 黑龍江省氣溫的時(shí)空變化特征72-74
• 7.1.2 黑龍江省降水的時(shí)空變化特征74-76
• 7.2 氣溫和降水對(duì)黑龍江省森林碳循環(huán)的影響76-80
• 7.2.1 氣溫和降水變異對(duì)土壤呼吸的影響76-78
• 7.2.2 氣溫和降水變異對(duì)NPP的影響78-79
• 7.2.3 氣溫和降水變異對(duì)NEP的影響79-80
• 7.3 氣候變化對(duì)黑龍江省森林碳循環(huán)影響80-85
• 7.3.1 未來氣候變化情景選取80-81
• 7.3.2 三種氣候變化情景下森林碳循環(huán)預(yù)測(cè)81-85
• 7.4 本章小結(jié)85-87
• 8 結(jié)論87-91
• 參考文獻(xiàn)91-103
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文103-104
• 致謝104-105

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：644435