气候变化背景下北方农牧交错带不同土地利用格局对区域气候的综合影响 — 基于地气耦合模式的情景研究

To meet the challenge of climate change via regulating the spatiotemporal pattern of human-landscape system is at the forefront of the global change research. However, study of the multi-objective land system optimization to achieve climate regulation goals is still at a preliminary stage. To this end, this project, guided by principles of geography, landscape ecology, and land system design with utility of land use modeling and development of the coupled land-atmospheric modeling approach, selects the agro-pastoral transitional zone of north China as the study area (whose human-landscape relationship is becoming increasingly tense and whose climate is becoming warming and drying) and is designed to: (1) distinguish the signal of land-use-change-induced forcing of changes in regional climate elements (e.g., air temperature, precipitation, wind, and humidity) and understand the biogeophysical process of landscape-atmosphere interactions; (2) formulate regional land use change scenarios under different socioeconomic development demands; (3) quantitatively detect the combined effects of changes in land use patterns corresponding to different scenarios on regional climate elements, so as to explore the optimal allocation of land resources that can mitigate climate warming and drying while meeting the requirement of socioeconomic development.

通过调控人地系统时空格局来有效应对气候变化，是当前全球变化研究的前沿问题。然而，考虑气候调节作用的多目标土地系统优化研究还处于初步探索阶段。项目选择人地关系紧张、气候干暖化加剧的中国北方农牧交错带为例，以地理学、景观生态学和土地系统设计的原理为指导，通过土地利用情景模拟和构建地-气耦合数值模拟方法，辨识土地利用变化对区域气候要素(气温、降水、风场和湿度等)的影响，理解土地系统与大气系统相互作用的生物物理过程；制定不同社会经济发展需求定位下的区域土地利用变化情景；定量检测气候变化背景下，不同土地利用情景对应的下垫面景观格局变化对区域气候要素的影响，探寻减缓气候干暖化并满足社会经济发展需求的土地资源优化配置。

通过调控人地系统时空格局来有效应对气候变化，是当前全球变化研究的前沿问题。本项目以人地关系紧张、气候干暖化加剧的北方农牧交错带为例，采用土地利用情景模拟和地-气耦合数值模拟相结合的研究方法，探寻应对区域气候变化的可持续土地系统空间优化配置途径，主要研究进展总结如下：（1）围绕景观格局变化对区域气候的影响，通过回顾近三十年发表的文献，系统总结了本领域的重要研究成果、存在的问题、解决途径和未来研究方向；（2）构建了融合多源遥感地表特征参量数据的地-气耦合数值模拟方法，提高了景观异质性变化对区域气候影响的模拟准确性；（3）建立了与多元社会、经济、环境目标相适应的北方农牧交错带土地利用变化情景，通过土地利用变化情景和未来气候变化情景的耦合模拟，定量揭示了下垫面景观格局变化对区域气候的调节作用。项目顺利完成了预定研究任务，达到了预期目标。研究结果对于人类有序应对气候变化，促进区域可持续发展具有重要的理论和实践意义。