气候变化下复合极端事件对中国植被的影响与风险
文献类型：学位论文
| 作者 | 宗学政 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 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 | 尹云鹤 |
| 关键词 | 复合极端事件 植被响应 气候变化 风险评估 干旱-高火险复合事件 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 植被是陆地生态系统的关键组成部分，容易受到干旱和野火等极端事件的影响，从而导致生物量下降和植被死亡。在气候变化下，干旱和高温等极端事件的发生在时空尺度上相互交织，形成的复合极端事件对生态系统造成了严重威胁。鉴于陆地生态系统在减缓人为二氧化碳（CO2）排放和实现“双碳”目标中的关键作用，研究植被对复合极端事件的响应并评估其风险成为了重要内容之一。目前的研究主要从空间尺度上关注由2种极端事件同时发生形成的复合极端事件及影响，缺少探究不同极端事件在时间尺度上的关联性及其形成的复合极端事件危险性，针对更为复杂的多灾种（>2种致灾因子）的复合极端事件发生规律、危险性及其对植被影响的定量研究也较为薄弱。因此，深入探究不同类型复合极端事件的发生规律，揭示植被对复合极端事件危险性的响应过程并评估其风险，对未来开展降低气候风险行动和实现碳中和目标具有重要意义。 本文基于1961-2020年中国大陆逐日地面观测气象数据，针对高温、干旱、高火险、强风、极端降水和低温六种主要类型的致灾因子，发展了耦合时空尺度的复合极端事件识别框架，从发生概率、强度和持续天数的角度系统分析了各类复合极端事件在过去60年的发生发展规律。利用多源遥感数据探究了植被叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）、总初级生产力（Gross Primary Productivity, GPP）和净初级生产力（Net primary productivity, NPP）对复合极端事件的响应和脆弱性。然后借助第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的多模式气候情景数据，预估了未来不同辐射胁迫强度下复合极端事件危险性的变化，进而结合脆弱性和暴露度定量评估了未来植被面临的复合极端事件风险及其时空分异规律。在发现干旱和高火险之间具有强关联性的基础上，以2009/2010年发生在中国西南地区的严重干旱事件为例，解析了干旱-高火险复合极端事件下发生的野火对植被生产力的影响机制，并借助景观燃烧动力学模型揭示了干旱-高火险复合极端事件对野火发生及潜在火行为的促进作用，进一步探究了未来降低干旱-高火险复合极端事件下野火风险的措施。研究主要成果与结论如下： （1）探究了不同类型复合极端事件的长期变化规律及其空间差异性，表明致灾因子发生的时间顺序会影响其形成的复合极端事件危险性。多变量复合极端事件（多种致灾因子同时发生）与时间复合极端事件（致灾因子连续发生）具有相似的空间分布，但多变量复合极端事件的强度比时间复合极端事件高出1.1-2.6倍。自1961年以来，有6种与高温和干旱有关的复合极端事件发生概率、强度和持续天数表现为显著增加趋势，特别是在南方湿润地区。 （2）揭示了气候变化对复合极端事件危险性的影响，预估了未来气候变化下复合极端事件危险性的变化及差异。与早期研究时段（1961-1990年）相比，最近30年（1991-2020年）全国高温与干旱、高温与极端降水、极端降水与强风、干旱与高火险、高火险与强风事件之间的关联性分别增强了59.5%、24.5%、5.1%、5.2%和9.0%。而随着未来气候持续变化，SSP5-8.5情景下与干旱有关的复合极端事件在21世纪末期的发生概率将比基准情景增加超过一倍。 （3）识别了不同生态地理区面临的主要复合极端事件类型，揭示了植被对主要类型复合极端事件的响应差异性。虽然森林会比林地、稀树草原和草地等类型对复合极端事件表现出更强的抵抗力（>0.9），但其受到干扰后的恢复力较弱（0.3-0.4），这与不同类型生态系统对极端事件的响应有关。随着形成复合极端事件致灾因子种类的增加，植被会表现出更高的脆弱性，表明多灾种的复合极端事件对植被的负面影响程度更大。在全国范围内约有60%区域的植被LAI、GPP和NPP随着高温-干旱-高火险-强风复合极端事件危险性的增强而显著降低。 （4）揭示了未来气候变化下植被复合极端事件风险的空间格局，表明减缓气候变化对降低植被复合极端事件风险的必要性。预计到2071-2100年，气候变化将加剧植被面临的干旱-高火险、高温-干旱和极端降水-强风复合极端事件风险，SSP5-8.5情景下的平均风险增加变率分别约为SSP1-2.6情景的4.8、2.1和2.1倍，区域差异显著。由于草地和农田对复合极端事件的脆弱性更高（约为其他植被类型的1-2倍），其在未来的复合极端事件风险也将比其他类型植被高出一倍以上。 （5）探究了干旱-高火险复合极端事件下发生的野火对植被生产力造成损失的机制。野火直接降低了地表和树冠可燃物载量，对植被生产力造成的干扰程度显著高于干旱事件的直接影响。在干旱-高火险复合极端事件影响下，植被含水率很低且容易被点燃，野火发生概率及潜在火行为（火强度和蔓延速度）比正常天气下增加超过100%，也加快了针叶林内地表火向树冠火的转化过程。面对未来不断增加的干旱-高火险复合极端事件影响，可以通过降低林内地表和冠层可燃物载量来抑制树冠火的发生及减弱火行为，从而降低植被的野火风险（降幅超过80%）。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 165 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209317]  |
| 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 | 宗学政. 气候变化下复合极端事件对中国植被的影响与风险[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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