中亚大湖区生态系统防风固沙功能时空动态及其对气候变化的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 高璇 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 郑度 ; 赵东升 |
| 关键词 | 中亚大湖区 气候变化 极端气候事件 土壤风蚀 防风固沙功能 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 中亚大湖区是“一带一路”的关键区域，是北半球大陆温带、暖温带面积最大的干旱区，同时也是全球沙尘气溶胶最主要的来源地之一。严重的土壤风蚀对区域自然生态系统和社会经济系统产生了一系列负面影响。气候变暖背景下，区域降水格局改变，极端气候事件频率和强度增加，显著影响植被的生理生态过程，进而影响生态系统的防风固沙功能。同时，全球变暖导致风速下降。然而，植被和气候变化下，中亚大湖区生态系统防风固沙功能的变化模式及其主要驱动因素仍不清楚。本文基于遥感数据、再分析数据、第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）未来情景数据，利用修正的土壤风蚀方程（RWEQ）模型，探究了土壤风蚀和生态系统防风固沙功能对气候变化（气候平均态和气候极端态）和植被变化的响应，并评估了未来气候变化情景下中亚大湖区土壤风蚀和生态系统防风固沙功能的风险。本文的结论主要如下： （1）1982—2014年，中亚大湖区气温总体呈现显著升高趋势，降水呈现轻微增加趋势，风速呈现降低趋势，标准化降水蒸散发指数（SPEI）呈现减小趋势（干旱加重）。但空间上，及不同季节间各气候指标变化趋势的差异性较大。季节尺度上，春季增温幅度、降水增加幅度要明显高于其他三个季节。对于平均风速而言，春季风速以增加趋势为主，而秋季以减小趋势为主。对于SPEI，秋季SPEI的下降幅度相比春季、夏季和冬季要大很多。就气候极端态变化而言，不同极端气候事件发生的强度和频率同样表现出明显的差异性。极端高温事件的频率和强度总体呈现增加趋势，空间上显著的增加趋势主要分布在研究区的西部。而极端低温事件，频率和强度变化都不显著。整个研究期，极端降水事件的频率和强度总体表现为增加趋势。而对于极端风速，极端风速的频率和强度总体都呈现减小趋势，但值得注意的是，在研究区的东南部的高海拔地区观察到极端风速频率和强度的明显增加趋势。气候变化影响下，中亚大湖区极端干旱事件的频率总体呈现增加趋势，而极端湿润事件的频率总体呈现减小趋势，而对于极端干旱事件和极端湿润事件的强度，整体变化都不显著。 （2）整个研究期，中亚大湖区植被覆盖在区域尺度上呈现退化趋势。空间上，及不同季节间归一化植被指数（NDVI）变化趋势存在较大的差异性。年平均NDVI的增加趋势主要分布在研究区的东部，而减小趋势主要分布在西部。各季节中，春季NDVI增加趋势最明显，而冬季NDVI减小趋势最明显。对于平均态气候变化而言，气温升高、降水减少、干旱程度加重是中亚大湖区西部地区植被退化的重要原因。而东部地区植被的恢复与该区域降水的增加趋势和区域的湿润化密切相关。而对于研究区东南部高海拔地区植被的恢复，温度升高是其主导因素。对于气候极端态变化而言，极端高温事件、极端低温事件、极端干旱事件的增多都不利于区域植被的生长，而极端降水事件、极端湿润事件均有利于植被的恢复。整个研究期，中亚大湖区植被生长季开始时间（SGS）和生长季结束时间（EGS）在区域尺度上都呈现提前的趋势，由于EGS提前的幅度大于SGS提前的幅度，生长季长度（LGS）在区域尺度上呈缩短趋势。空间上，物候变化存在明显异质性，高纬度和高海拔地区观察到显著的LGS延长趋势。对于平均态气候而言，气候变暖会提前春季物候，而区域的湿润化和风速增加会推迟春季物候。此外，秋季物候对气温变化的响应在不同气候区存在明显差异性。干旱气候区，随着气温升高，秋季物候会发生明显提前；而寒冷气候区，气温升高会导致秋季物候的延迟。对于极端态气候而言，极端高温事件的增多、极端低温事件的减少、极端降水事件的减少、极端干旱事件的增加、及极端湿润事件的减少会导致SGS的提前。相比极端气候事件对春季物候的影响，极端气候对秋季物候的影响相对较小。 （3）中亚大湖区植被覆盖条件下的土壤风蚀量（SLv）在整个研究期呈现轻微增加趋势，但是在2003—2014年存在一个较大幅度的增加，这与区域风速的增大和植被的退化密切相关。风速和植被覆盖度是影响中亚大湖区土壤风蚀的最主要因素。风速的减弱可以降低区域风蚀造成的土壤流失量，而植被的退化会通过减弱生态系统防风固沙功能增加土壤风蚀量。因此，尽管整个研究期区域平均风速呈下降趋势，SLv仍为轻微增加趋势，这主要归因于区域植被的明显退化。1982—2014年，生态系统防风固沙功能的保有率（F）在区域尺度上为显著下降趋势，但在1992年前后表现为不同趋势，1992年前为增加趋势，之后为减少趋势。植被退化是F下降的最重要驱动因素。此外，防风固沙功能的变化具有季节差异性，秋季F下降幅度相对较大，而春季和夏季下降幅度相对较小。与此同时，气候变化下，气温的升高和干旱的加重也会增加土壤的可蚀性，减弱植被的固沙功能。对于气候极端态变化而言，极端高温事件、极端风速事件、极端干旱事件的增加会加剧区域土壤风蚀，不利于区域生态系统防风固沙功能；而极端降水事件和极端湿润事件的增加可以减轻区域的土壤风蚀，为生态系统防风固沙功能提供有利条件。 （4）未来情景下，中亚大湖区气温升高的幅度随辐射强迫的增加而增加，SSP5-8.5情景下升温幅度要显著大于SSP2-4.5情景下的升温幅度，并且随着时间的推移，2个情景之间气温的差异越来越大。未来降水总体也呈现增加趋势，但不同情景、不同时段（近期：2015—2044年；远期：2045—2074年），变化趋势存在明显空间差异性。对于平均风速，SSP5-8.5情景下，远期风速呈现较大速率和较明显的下降趋势，而SSP2-4.5情景下远期风速在较大区域内表现为增加趋势。2个情景、2个时段下，SPEI都以减小趋势为主体，其中SSP5-8.5情景下，远期SPEI减小的幅度最大、最明显，SPEI的减小趋势也进一步说明区域未来干旱程度将加重，这与持续升温密切相关。对于未来极端态的气候变化，极端高温事件的频率和强度总体表现为增加趋势，其中SSP5-8.5情景下远期极端高温事件的频率和强度增加幅度最大。气候变暖背景下，未来极端低温事件的频率和强度总体都表现为减小趋势。对于极端降水事件，未来极端降水事件的频率和强度呈现增加趋势的区域显著多余呈现减小趋势的区域。平均风速下降的背景下，极端风速的频率和强度以减小趋势为主体，并且SSP5-8.5情景下极端风速的减小幅度总体要明显于SSP2-4.5情景下的幅度。未来中亚大湖区极端干旱事件的频率和强度都呈现增强趋势。而对于极端湿润事件，2个情景下都观察到大范围极端湿润事件频率和强度的增加趋势，这可能与极端降水事件频率和强度的增加密切相关。未来情景下，中亚大湖区的土壤风蚀量总体呈现减小趋势，生态系统防风固沙功能总体呈现增加趋势，并且变化趋势受到辐射强迫的影响，在SSP5-8.5高排放情景下，土壤风蚀量的减小幅度和生态系统防风固沙功能的增加幅度都最大。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 162 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199823]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 高璇. 中亚大湖区生态系统防风固沙功能时空动态及其对气候变化的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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