全球干旱特征变化及其对陆地生态系统生产力影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 曾昭齐 |
| 答辩日期 | 2023-11 |
| 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 | 吴文祥 |
| 关键词 | 全球变暖 观测与CMIP6模式数据 干旱特征变化 陆地生态系统生产力 干旱风险 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 作为陆地生态系统物质循环和能量流动的重要组成部分和人类社会的基本物质来源，陆地生态系统生产力涉及气候变化和人类活动对全球碳、水循环的独特影响。准确刻画陆地生态系统生产力及其驱动要素变化对于理解大气-生物圈相互作用和预估未来全球气候变化趋势具有重要理论意义和实践价值。 目前关于陆地生态系统生产力变化研究在两个方面得到初步共识：（1）一方面，大气二氧化碳浓度增加通过其“植被生理效应”提高了植被水分利用效率和光合速率，是过去几十年陆地生态系统生产力明显增加的关键因素；（2）另一方面，二氧化碳浓度增加通过其“辐射效应”导致全球变暖、干旱事件频发，从而导致与干旱相关的陆地生态系统生产力减少量（下文统一简述为干旱相关的植被减产量）也显著增加。截至目前，二氧化碳“植被生理效应”仍主导着陆地生态系统生产力变化，促使陆地生态系统平均每年从大气中吸收约30%人类活动排放的二氧化碳，从而在减缓全球变暖方面发挥着至关重要的作用。然而未来持续增加的干旱灾害是否会最终抵消二氧化碳“植被生理效应”对陆地生态系统生产力增长的促进作用，使陆地生态系统由碳汇转变为碳源，对这个关键科学问题的回答仍不明确。 基于以上科学问题，本论文利用全球实测和CMIP6地球系统多模式数据，基于多种干旱指数，对全球干旱特征变化及其对陆地生态系统生产力的影响进行了系统研究。其中，第三章提出了刻画多类型干旱特征的新方法，分析了历史时期和未来不同气候情景下干旱发生频率、持续时间和发生等级等特征的时空变化及其驱动机制；第四章优化了干旱相关的植被减产量量化模型，分析了低和高温室气体排放情景下全球1851–2100年植被干旱敏感性和干旱相关的植被减产量时空变化；第五章利用CMIP6地球系统模式输出的1pctCO2、1pctCO2-bgc和1pctCO2-rad三种理想化实验，分析了二氧化碳“植被生理效应”和“辐射效应”对未来干旱相关的植被减产量变化的相对贡献，阐明了未来干旱相关植被减产量的变化机制；第六章在综合前几章节研究结果的基础上，构建了全球干旱危险性、陆地生态系统干旱暴露度、脆弱性和风险评估模型，系统评估了未来不同气候情景下全球和区域陆地生态系统干旱风险时空分布特征。论文主要结论如下： （1）虽然历史时期（1851–2014）持续增加的气溶胶通过其冷却效应在一定程度上减缓了全球干旱化趋势，但这种减缓作用不足以抵消温室气体排放对全球干旱化的贡献。重要的是，全球气溶胶排放在2012年左右已达到峰值，而二氧化碳等温室气体在未来较长一段时间里仍将持续增加。因此在未来低和高温室气体排放情景下，全球干旱化趋势将进一步加速，这导致全球大部分地区干旱发生频率、持续时间和发生等级较历史时期都显著增加。 （2）在低和高温室气体排放情景下，本世纪末（2076–2100）全球干旱相关的植被减产量相对于历史时期将分别增加2.3倍和3.5倍。即使在全球平均降水显著增加的地区，未来干旱相关的植被减产量也呈现大幅度增加的趋势，这主要因为持续增加的大气需水量增加了植被对降水波动的敏感性。同时，未来干旱相关的植被减产量增加速度将大于二氧化碳“植被生理效应”导致的植被总产量增加速度。因此，仅从干旱影响角度看，陆地生态系统也很有可能由碳汇转变为碳源。 （3）虽然二氧化碳“植被生理效应”也通过减少植被蒸腾和增加感热通量在北半球中高纬度地区和亚马逊流域地区小幅度加剧了干旱化趋势，但植被水分利用效率和光合速率的提高可以有效应对植被生理调节引起的微弱干旱化影响，使陆地生态系统生产力保持相对稳定的状态。然而当叠加二氧化碳“辐射效应”影响后，干旱相关的植被减产量在全球大部分地区显著增加，这表明二氧化碳“辐射效应”将主导未来干旱相关的植被减产量变化。 （4）在高温室气体排放情景下，干旱发生频率和影响面积增加导致本世纪末全球平均干旱危险性和陆地生态系统干旱暴露度相对于历史时期将分别增加5.8倍和2.9倍。然而由于植被干旱抗性和恢复能力的提升以及植被干旱敏感性的降低导致陆地生态系统干旱脆弱性在本世纪末相对于历史时期将降低约50%，这部分抵消了干旱危险性和陆地生态系统干旱暴露度增加对干旱风险的贡献，使陆地生态系统干旱风险在本世纪中期（2041–2060）和末期没有明显变化，但相对于历史时期都将增加1.8倍左右。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 172 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209303]  |
| 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 | 曾昭齐. 全球干旱特征变化及其对陆地生态系统生产力影响研究[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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