气候变化及其与全球干旱区植被的相互作用
文献类型：学位论文
| 作者 | Mojolaoluwa Toluwalase Daramola |
| 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 | 徐明 |
| 关键词 | 全球旱地 干旱 变暖 水分 植被动态与反馈 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 世界很多地区已经观察到植被增多的现象，这种现象会导致水分和能量的改变，从而影响气候。虽然之前有很多研究试图评估这些变化如何影响气候，但是主要关注湿润地区的森林砍伐对气候的影响等。另一方面，很少有研究关注到全球干旱区的变绿反馈效应。由于干旱区的植物为适应缺水环境，从而其叶片气孔孔径缩小以提高用水效率。因此，可能会导致植被冠层变暖，从而反馈到气候中，这种现象因为生物物理信号的强度不同，所以在空间尺度上存在明显的差异。随着干旱区植被增多，有必要研究与植被生产力相关的变化以及这种生产力对气候的反馈作用及驱动因素等。 因此，目前的研究重点是研究全球干旱区植被与气候之间复杂的相互作用。该概念基于反照率和蒸散发对气候的影响，其中反照率降低导致太阳辐射吸收增加，导致地表升温加剧，而蒸散发增强则增加蒸发冷却效应，从而减缓气候变暖。为进一步探索，本研究结合了全球干旱区的卫星、再分析、建模和地面站数据。根据干旱指数(AI)的分类，降水量/潜在蒸散量(P/PET)小于0.65的区域被定义为全球干旱区。采用Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率进行长期趋势分析。使用Durbin-Watson检验检查了由于长期变异性导致的时间序列中的序列相关性。此外，使用Modified-Mann Kendall趋势检验和无趋势预白化来解释时间序列中的自相关。并使用Pettitt’s Buishand和标准正态齐性检验进行变化点检测以识别时间序列数据中的任何断点。采用部分相关、小波相干性和随机森林等方法研究了气候变量之间的关系。本研究分主要分四个部分进行。 第一部分介绍了全球干旱区温度和降水的近期的周期性和年代际变化。本文利用空间分辨率为0.25°的ERA5月度再分析数据产品，对1979 - 2018年干旱区气候变化进行了研究。结果显示，近几十年来，干旱区变暖和变干的趋势最为明显。近40 a全球干旱区总温度显著升高0.032 ℃/a (p<0.01)。降水趋势存在较大的空间异质性，但全球干旱区年降水量总体变化不大。其中，非洲南部和澳大利亚以及北非和南亚的干旱区夏季降水增加。此外，还观测到不同时期干旱区升温速率的变化。从第一个十年[1979-1988](0.02 ℃/年和0.017 ℃/年)到第四个十年[2009-2018](分别为0.077 ℃/年和0.065 ℃/年)，半干旱区和半湿润干旱区在近20年的增温速度较前20年有所放缓。在降水减少的地区也观察到更强烈的变暖，这表明蒸发冷却的作用因降水减少而减弱。 第二部分主要是研究了1980 - 2020年全球干旱区土壤湿度与降水、温度的空间变化关系。整个干旱区的土壤湿度普遍下降，这一观察结果在多个土壤湿度数据集中是一致的。总体结果表明:土壤水分变化趋势具有空间差异，与降水增加趋势不一致。在一些降水增加的地区，土壤水分减少。根据土壤湿度和降水的变化，将干旱区划分为不同的子分类，对这一观测结果进行了评估。研究发现，前20年降水量显著增加，导致土壤湿度增加。然而，近20年降水变化不显著，但这一时期干旱区变暖也更为强烈。结果还表明了过去20年的强烈变暖通过土壤-大气反馈导致有效水分的减少，从而导致了干燥条件的增强。降水-蒸散(P-ET)的变化趋势也体现了这一点，1980 ~ 2000年降水量-蒸散(P-ET)增加了约0.2 mm/月/年，但2001 ~ 2020年变化不大。过去二十年来干旱区绿化速度的缓慢增长也反映了可利用水分的减少。多种植被指数的植被变化分析表明，1980 ~ 2000年的前20 a绿化更为明显；然而，在最近20年(2001-2020年)，这种绿化速度有所放缓。 第三部分研究了2001 - 2020年全球干旱区植被的变化，以及地表水分和大气需水量对植被变绿和变黄的影响。结果表明:干旱区归一化植被指数(NDVI)以0.0073 / a的速率增加；全球21%的干旱区发生了显著的绿化，其中大部分发生在农田和草地上，而总面积的5%发生了显著的变黄。干旱区平均温度每10年增加0.23℃，这也导致了水汽压差(VPD)的增加。不同植被类型的变化表明，农田和草地的绿化主要发生在土壤水分增加的区域。增加的水汽压差也影响了植被生产力，特别是在湿度下降的地区。水汽压差增加和土壤水分下降的影响在灌丛地尤为明显。尽管干旱区的水汽压差明显增加，但农田和草地的植物生长仍有足够的水分，从而导致这些地区的变绿。研究还表明，干旱区的变黄与可用水分减少和大气需水量增加有关。利用覆盖在绿化和褐化地图上的全球灌溉数据，我们发现人类足迹对变绿的贡献很大。农田的水分供应也与灌溉能力造成的人类足迹有关。但是一些没有运作灌溉的地区位于发展中国家，这些地区可能受气候变化的影响最大。 最后一部分主要评估绿化及其对生物物理特性的影响。本研究分析了近20年来全球干旱区绿化趋势及其生物物理特性的变化，揭示了干旱区植被对气候变化的响应。近期的绿化减缓了干旱区的变暖，特别是在绿化与水分增加有关的地区。结果表明，短波净辐射变化对地表反照率有明显的变绿效应。然而，与土壤湿度变化相关的蒸散发效应主导了对干旱区温度的反馈效应。显著的变绿(变黄)降低(升高)白天地表温度-0.53 ℃/ a (0.86 ℃/ a)和-0.8 ℃/ a (1.32 ℃/ a)。尽管全球干旱区变绿显著，但土壤水分对蒸散的控制作用明显，而蒸散对干旱区温度反馈的控制作用显著。在水分减少的地区，地表温度升高更明显，这促使土壤-大气反馈效应。这种反馈涉及地表温度升高的复杂相互作用，引发感热通量的增强，从而引起更多的变暖，进而导致更多的干旱。因此，这些条件对干旱区生态系统服务和陆地生命的可持续性至关重要。 随着干旱区气候变暖，持续的水分供应对植物的功能至关重要，这对干旱区的可持续性至关重要，因而对人类的生态系统服务也是十分重要的。随着预计的全球气候变暖和干旱区面积的不断扩大，全球干旱区可能很快就会覆盖陆地总面积的一半以上。除了减少温室气体排放外，迫切需要采取适应措施，如开发新的灌溉技术和耐旱作物，以满足全球干旱区的人口需求并维持生态系统健康。 |
| 语种 | 英语 |
| 页码 | 163 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199889]  |
| 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 | Mojolaoluwa Toluwalase Daramola. 气候变化及其与全球干旱区植被的相互作用[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。