中国干旱-半干旱区植被变化对地表温度的生物地球物理反馈
文献类型：学位论文
| 作者 | 朱艺旋 |
| 答辩日期 | 2022-12 |
| 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 | 张扬建 |
| 关键词 | 叶面积指数 生物地球物理过程 地表温度 非辐射强迫 土地利用/土地覆盖变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 陆地生态系统对全球变化的反馈是生态环境研究的重要领域。与生物地球化学反馈相比，植被对气候的生物地球物理反馈在方向和大小上存在很大不确定性，反馈机制尚不明确，因此在气候谈判中尚未被考虑。此外，过去研究多集中在热带和寒带地区，温带地区的反馈研究由于人类活动干扰大、反馈过程复杂而存在很大不确定性。中国干旱-半干旱区生态环境脆弱，对气候变化十分敏感，且该区深受人类活动影响，在2000年前后实施了大批生态工程，是典型的生态工程区。在气候变化和人类活动的共同影响下，中国干旱-半干旱区生态系统发生了巨大变化。与此同时，植被变化也通过改变陆地-大气间水分、能量与动量的交换对气候系统产生生物地球物理反馈作用，对此开展科学研究对于区域气候变化有着重要意义。但是，目前关于干旱-半干旱区植被变化的气候效应研究较少。 基于此，本论文基于多源遥感数据集，利用内在生物物理机制（Intrinsic Biophysical Mechanism，IBM）方法对我国干旱-半干旱区植被变化的气候效应进行研究，解析植被变化对地表生物地球物理过程的影响，量化辐射过程和非辐射过程对地表温度变化的相对贡献，揭示中国干旱-半干旱区植被变化对气候反馈的生物地球物理驱动机制。得到的主要研究结果如下： （1）2000-2018年间，中国干旱-半干旱区土地利用/土地覆盖类型（land use/ land cover, LULC）发生了剧烈变化，耕地、林地和居民地面积分别增加了3.83×103 km2、7.37×103 km2和2.78×104 km2，草地面积减少了1.97×104 km2。植树造林、草地恢复等生态工程以及节水灌溉和人口增长导致的耕地扩张和城市化是过去20年该地区土地利用/土地覆盖变化（land use /land cover change, LULCC）最显著的模式； （2）中国干旱-半干旱区广泛变绿（86.8 %的区域叶面积增加），植被长势总体趋好，局部退化，退化像元稀疏地分散在青藏高原、新疆北部、内蒙古北部以及华北平原区。耕地和森林的变绿速度大于草地，各植被叶面积在四季均呈增大趋势，LULCC仅改变变绿的速率大小但不改变变绿的方向； （3）植被变绿导致中国干旱-半干旱区大部分区域的地表反照率减小，耕地、林地、草地覆盖区的地表反照率变化均表现出春、夏、冬季减小，秋季增加的季节特征。植被生长对地表反照率的影响是通过一系列改变冠层结构的过程实现的，变绿引起的地表反照率变化在不同植被类型间差异很大。植被生长和类型变化对地表反照率变化的相对贡献因LULCC类型而异，在植被类型相互转化的大部分地区，变绿主导了地表反照率的变化，但草地转林地除外，LULCC对其地表反照率变化的贡献率约66.38 %。草地具有较小的叶面积，其像元尺度的反照率更易受到背景反照率的污染，而林地的反照率则更易受冠层辐射的直接影响，冠层结构和背景反照率对地表反照率的影响不仅因植被类型而异，且随时间发生变化； （4）研究期间干旱-半干旱区的年蒸散量显著增大（p < 0.05），就不同植被类型而言，林地和耕地蒸散发的增加速率大于草地；季节尺度上，蒸散发在各季节均有所增加，其中，夏季的增量最大，约占全年蒸散发增量的50 %。蒸散发与植被生长变化有很强的正相关性，植被变绿主导了干旱-半干旱区蒸散发的变化，此外，LULCC以及区域的自然条件和降水条件等也会对蒸散发产生影响； （5）植被变化对地表温度的生物地球物理反馈表现出明显的季节不对称性，研究区总体表现为夏、秋季降温，冬、春季增温，植被变化引起的地表温度年变化速率为-0.0096 K/year（非辐射效应：-0.0114 K/year；辐射效应：0.0018 K/year），以非辐射效应为主。干旱-半干旱区植被变绿使得地表温度的上升速度降低，对气候变暖起到缓解作用。空间分析结果显示，研究区植被的气候效应没有明显的纬度模式，黄土高原和东北平原区夏秋季节降温效应最明显，青藏高原等地区冬春季节增温明显。植被变化对地表温度的生物地球物理反馈的方向受背景气候条件的调控，在冬、春季，显著正反馈的像元主要分布在更为干旱的地区，而负反馈的像元则分布在年累积降水量大于400 mm的相对湿润地区；在夏、秋季，正反馈的像元则多分布在年平均气温低于0 ℃的相对寒冷地区。 （6）LULCC在调节干旱-半干旱区的气候方面发挥着重要作用。相比LULC稳定区域，LULCC区域植被变化的气候效应表现出的季节特征以及辐射、非辐射机制的相对贡献率因LULC转换类型不同而表现出较大差异。总的来说，研究期间耕地扩张、草地恢复可能导致地表冷却超过-0.01 K和-0.05 K，而植树造林和城市化则会产生约0.02 K和0.04 K的增温作用，从生物地球物理反馈的角度来看，避免在极端干旱地区大规模植树造林是一项有效的气候策略。此外，LULCC对地表温度的反馈可能因各类土地管理实践而加强、削弱甚至消除。 以上研究结果再次证实，植被正通过多种生物地球物理过程影响着气候系统，因此，只考虑生物地球化学效应来缓解气候变暖是不完整的。研究还强调了LULCC对区域气候变化的多重影响，应被决策者充分考虑。本论文为中国干旱-半干旱区气候变化缓解政策的制定以及土地管理活动提供了一定的科学依据，并有助于优化该区“植被-大气”相互作用模型。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 136 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199827]  |
| 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 | 朱艺旋. 中国干旱-半干旱区植被变化对地表温度的生物地球物理反馈[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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