青藏高原陆地生态系统碳收支动态及其驱动研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 胡志刚 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 张宪洲 |
| 关键词 | 碳收支 陆地碳汇 生态模型 气候变化 人类活动 青藏高原 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 被誉为地球“第三极”和“亚洲水塔”的青藏高原，是世界上海拔最高、面积最大的高原，不仅是中国乃至亚洲的重要生态安全屏障，也是对气候变化最为敏感的区域之一。该地区具有典型的高寒干旱特征，但近年来整体呈现出暖湿化趋势。1961-2020年间，年均气温每10年上升0.35 ℃，增温速率是全球同期的两倍以上，年降水量则以每10年7.9毫米的速度增加。与此同时，尽管该地区人类活动强度总体仍较低，但呈现出快速增长趋势。1970-2020年间，区域人口翻了一番，牲畜数量亦有类似增长。剧烈的气候变化与不断增强的人类活动显著改变了该地区的碳收支过程，这一变化不仅影响区域生态安全，也直接关系到区域乃至全球碳中和目标的实现。然而，由于其幅员辽阔、地理环境空间异质性强以及观测数据稀缺等因素，碳收支的时空动态估算仍存在较大不确定性，其驱动机制也尚不清晰。特别是温度与降水等气候因子的协同作用机制，以及人类活动对碳汇的影响程度，仍需进一步深入研究。 本研究综合运用遥感数据、气象数据、大气二氧化碳浓度数据、人类活动相关数据、通量观测数据及土壤数据等多源数据，利用TEM（Terrestrial Ecosystem Model）机理模型和NEERSM（Remote Sensing Model for Net Ecosystem Exchange）遥感模型，分别模拟了潜在和实际碳收支，并通过计算两者的差值，量化了人类活动对碳收支的影响。结合趋势分析、相关分析和滑动窗口分析等方法，系统研究了总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（ER）和净生态系统生产力（NEP）三个碳收支要素的时空分布和动态特征，并进一步揭示其驱动因素与调控机制。同时根据不同未来情景下的气候数据，预测了青藏高原陆地生态系统碳收支的未来变化趋势。 本研究主要形成以下结论： （1）青藏高原整体为碳汇，碳收支各组分呈显著波动上升趋势。 2000-2020年，青藏高原陆地生态系统实际NEP为0.055 Pg C/a，整体表现为碳汇。实际的GPP、ER和NEP分别以0.0036 Pg C/a2、0.0020 Pg C/a2和0.0016 Pg C/a2的速度增加，但存在明显的不稳定性，其中NEP的波动最为明显，2011年后出现显著下降后又于2016年后快速回升。实际NEP呈增加趋势的面积比例从高到低依次为森林（73.0%）、农田（61.4%）、高寒草甸（60.8%）、灌丛（59.9%）、高寒草原（52.0%）和高寒荒漠（30.0%），以森林最为显著。 （2）人类活动对碳汇的作用总体向好，尽管其影响仍以负面为主。 2000-2020年，青藏高原陆地生态系统人类干扰NEP约为 −0.02 Pg C/a，并以0.002 Pg C/a2的速度增加。人类干扰GPP和人类干扰NEP分别在60%和74%的区域呈增加趋势。在所有植被类型中，人类干扰NEP增加的面积比例均显著高于减少的面积比例，其中以高寒草原（83%）最高，其次为高寒草甸（76%）。人类活动对高寒草地碳汇的负面作用减弱了，正面作用增强了。 （3）碳收支各组分的主导因素不同，碳吸收对降水变化滞后响应。 GPP、ER和NEP分别由CO2浓度、温度和降水主导，GPP由CO2浓度主导的面积占38%，ER由温度主导的面积占33%，NEP由降水主导的面积占36%并广泛分布于整个高原。碳收支在不同植被类型中的主导因素存在差异，草地碳汇主要由降水主导，而森林碳汇主要由CO2主导。降水与下一年碳收支的相关性大于其与当年碳收支的相关性。同时滑动窗口分析结果显示，相比当前时间窗口内的变化趋势，降水的变化趋势与下一时间窗口内碳收支的变化趋势一致性更高、相关性更强。 （4）降水对碳吸收影响加强，温度对碳吸收的驱动受水分限制。 2000-2013年，温度与碳收支的相关性总体上强于降水，但2013-2020年，降水与碳收支的相关性总体上强于温度。GPP与温度的正相关面积比例由2000-2013年间的55%增加到2013-2020年间的74%，但GPP与温度的正相关面积比例则降低了。NEP与降水的正相关面积比例由2000-2013年间的70%增加到2013-2020年间的75%。2000-2013年，NEP主要由温度主导，由其主导的面积接近35%，而2013-2020年间，NEP由温度主导的比例降低到22%，而降水主导的比例则增加到35%。温度只有在相对湿润的区域促进GPP和NEP，在干旱区域则以负相关为主，表明温度升高对碳吸收促进作用受水分条件限制。 （5）青藏高原陆地生态系统未来碳汇能力受生态系统呼吸增长的制约。 未来几十年内，青藏高原陆地生态系统GPP、ER和NEP在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下均呈现增加趋势，但在后两个情景下增加更快。由于ER的同步快速增加，NEP的增长速率将受限，并且四个情景下NEP增长均有放缓趋势。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 142 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217255]  |
| 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 | 胡志刚. 青藏高原陆地生态系统碳收支动态及其驱动研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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