气候变化对青藏高原生态系统固碳服务的影响评估

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气候变化对植被与大气间相互作用的影响是区域碳循环过程变化的主要因素之一。青藏高原作为气候敏感区,其固碳服务功能的变化在区域生态系统碳储量和碳平衡方面产生直接的影响和至关重要的作用,在气候变化背景下,固碳服务如何响应未来气候变化具有重要的研究价值,为理解和认识青藏高原固碳功能,应对在未来气候变化下碳管理、参与区域碳中和目标的实现提供参考。本文利用ANUSPLIN方法,基于218个气象站点数据计算得到1960-2018年青藏高原降水、气温的时空分布特征和变化趋势;然后利用基于过程的动态植被模型IBIS(集成生物圈模型)模拟和分析青藏高原1960-2018年净初级生产力和净生态系统生产力的时空变化特征和趋势,并基于不同气候分区作了分析;最后利用CMIP6中多个模型分析2015-2100年未来长时间序列下青藏高原的未来气候变化趋势、植被固碳潜力以及碳利用效率,并探讨在未来长时间序列下的影响机制。主要结果与结论如下:(1)1960-2018年间,青藏高原有暖湿化趋势。降水量表现为增加,多数气候分区的多年平均降水在时间尺度上表现为上升趋势,在降水量较高的滇北区、波密-川西区和四川区,降水量表现为轻微的下降趋势,变化速率在空间上的分布范围在-6.09—-12.39 mm/10a之间。区域多年平均气温空间上在-14.89至21.49℃之间,全区气温的变化几乎表现为上升趋势,变化速率在空间上的分布范围在-0.03—0.07℃/10a。(2)青藏高原历史时期生态系统固碳服务功能在时间上总体呈上升趋势,在空间上总体自东南向西北逐渐降低,固碳潜力的动态变化在空间上具有异质性。植被净初级生产力呈现东南高西北低的空间格局,与水热状况在空间上的分布趋势基本一致。净初级生产力在空间上表现为上升趋势的区域在高原腹地、高原东部和东南部,西北部、西南部和东南河谷地区为下降趋势,下降的区域所处的分区主要在柴达木区和藏北区北部,但全区和各个分区的净初级生产力区域平均水平在多年长时间序列下都表现为增加趋势。青藏高原净生态系统生产力由西北向东南逐渐增加,在区域碳循环中总体表现为碳汇,在空间分布上大部分区域表现为碳汇,北部和西南部区域表现为碳源,碳源主要分布的气候区涉及柴达木区以及藏北区、藏中区和藏南区西部相接区域。净生态系统生产力时间变化趋势在空间上的分布表现有一定的空间异质性,与净初级生产力的变化趋势分布不同,空间上高原东部和南部边缘地区以及西南局部表现为下降趋势,高原中部腹地和西部为上升。下降的区域主要分布在达旺-察隅区、滇北区、四川区和柴达木区,其中达旺-察隅区区域总体变化趋势表现为下降,其他各区净生态系统生产力总体水平则表现为上升。(3)三种未来气候情景下多模型预测的青藏高原固碳潜力显著增加。生态系统总初级生产力和净初级生产力在不同程度的气候变化下均表现为增长趋势,随辐射强迫的增加趋势增强,并且总初级生产力的增长趋势高于净初级生产力的增长趋势。在月尺度,总初级生产力和净初级生产力表现为明显的夏季高、冬季低的季节变化趋势,且情景间的差异主要表现在夏季,夏季二者分别随着辐射强迫的增强而增加。青藏高原碳利用效率在未来长时间序列下表现为降低趋势,且随辐射强迫的增加降低趋势依次增强;在月尺度上,研究发现青藏高原未来碳利用效率具有夏季高、冬季较低的季节变化特征。气温、降水和CO2浓度等气候变化关键因子对青藏高原生态系统碳利用效率的影响表现不同,在整个青藏高原气温相对于降水和CO2浓度对碳利用效率起主导影响。
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