【摘 要】
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植被是陆地生态系统的重要组成部分,深入了解中国区域的植被-气候系统有助于更好地研究未来区域气候变化。但是当前对东亚地区的未来气候预估研究多缺乏考虑植被和气候的动态耦合过程,因此本文利用动态植被模型CLM-CNDV以及其与区域气候模式的同步耦合模式RCM-CLM-CNDV进行了多套数值试验,重点关注植被和气候动态耦合在区域气候变化中的影响,研究了1.5℃和2℃温升背景下未来中国区域植被变化特征,耦合
【基金项目】
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">江苏省普通高校研究生科研创新计划“东亚植被-大气相互作用对区域气候的影响”(KYCX181013); 国家自然科学基金面上项目“利用区域气候-动
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植被是陆地生态系统的重要组成部分,深入了解中国区域的植被-气候系统有助于更好地研究未来区域气候变化。但是当前对东亚地区的未来气候预估研究多缺乏考虑植被和气候的动态耦合过程,因此本文利用动态植被模型CLM-CNDV以及其与区域气候模式的同步耦合模式RCM-CLM-CNDV进行了多套数值试验,重点关注植被和气候动态耦合在区域气候变化中的影响,研究了1.5℃和2℃温升背景下未来中国区域植被变化特征,耦合动态植被过程对中国区域气候模拟的影响,RCP8.5情景下植被-气候变化及不确定性分析,动态植被反馈对极端气候事件变化的可能影响等四个方面。主要结论如下:(1)中国区域自然植被对1.5℃和2℃温升具有明显的响应,在不同温升背景下表现出总体植被生产力增强和植被覆盖增加的特征,陆地生态系统将吸收更多的CO2。在1.5℃和2℃温升背景下,中国大部分区域的植被受气候变暖变湿的影响,在逐渐向耐高温的类型转化:在青藏高原和东北地区,寒带植被逐渐转化为温带植被;而在华北地区和东南地区,温带落叶植被转化为温带常绿植被。同时由于受到气温升高和CO2施肥效应的影响,大部分地区植被总初级生产力增加,但是东北地区寒带树木总初级生产力随温度升高而减少。尽管如此,中国区域潜在自然植被生态系统的净初级生产力在1.5℃和2℃温升背景下将比基准时期分别增加13.54%和22.12%,中国区域的自然植被在1.5℃和2℃温升下将吸收更多的CO2。(2)耦合动态植被过程对中国区域气候模拟会产生较大的影响,并且由于植被生物地球物理过程的差异,动态植被的影响存在明显的区域和季节差异。在东北地区和青藏高原的冬季,树木占比增加、裸土减少加上积雪的反照率效应使得地表反照率明显降低,地表净辐射明显增加,此时蒸散发受水分条件约束,从而感热通量和近地面气温显著增加;然而在夏季地表反照率效应被增强的蒸散发效应削弱,从而近地面气温的增加减弱。而在东南地区,树木占比增加造成局地蒸散发增加、水循环加速和云量增加,大气对地表的长波辐射增加明显,“降水-云-辐射”反馈过程使得近地面气温略有上升。此外,由于土壤蒸发、植被蒸发和植被蒸腾之间相互竞争和补偿,蒸散发变化较小,因此耦合动态植被过程对降水模拟的影响明显不如对气温的影响。(3)在RCP8.5情景下,中国大部分区域植被覆盖将有所增加,但是东北地区由于气温预估不确定性较大且植被过程对区域气候较为敏感,因此出现了较大的不确定性。虽然区域气候模式受GCM驱动影响因而气候存在较大的不确定性,但是模式在大部分地区模拟植被不确定性较小,而东北地区模拟植被类型和植被未来变化不确定性较大,其主要原因是东北地区的气温模拟接近部分温带和寒带树木生长和维持的温度阈值:历史时期夏季较高的气温会增加寒带树木受高温胁迫的影响而背景死亡率上升;而未来时期冬季较低的气温不足以推动温带树木的生长,加上夏季寒带树木受高温胁迫的影响,从而导致寒带草地的增多,因此气温的不确定性会造成植被模拟的不确定性。尽管不同模式驱动在东北地区存在多种植被种类变化特征,多模式集合均表明东北地区在RCP8.5情景下存在LAI减少的特征,而在其他地区LAI将有所增加。(4)动态植被反馈对未来气候变化会造成不可忽略的影响,并且由于其对白天气温Tmax和夜间气温Tmin变化的影响存在区域和季节性差异,造成了其对极端气候事件变化的不对称影响。在青藏高原地区,主要由于植被覆盖增加的反照率效应,冬季Tmax明显增加,但是Tmin变化较弱;而由于夏季蒸散发和云辐射等效应的加强,夏季气温变化较小。同理东北地区植被减少造成该区域冬季Tmax降低明显。华北地区由于昼夜净辐射分配的差异,Tmax变化不大的情况下,Tmin有所下降。东南地区本身气候条件比较温暖湿润,植被反馈即使在冬季也能通过“降水-云-辐射”机制和蒸散发效应抵消反照率效应,从而Tmax和Tmin均有所减少。由于上述不同季节Tmax和Tmin的变化,造成了动态植被反馈对极端气候事件变化的不对称影响。此外由于植被变化随着气候变化而加剧,动态植被反馈对极端气候事件变化造成的影响是随着RCP情景增加的。
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