全球变暖对青藏高原生态系统碳循环的影响研究

本研究拟利用中国陆地生态系统通量研究观测网络近5年积累的有效的CO2、水、热通量观测数据和中科院高原生态试验站的野外观测数据，改进我国自主知识产权的大气－植被相互作用模式AVIM2，形成能模拟高原地区冻土融化过程和高原生态系统过程的新版AVIM2。利用新版AVIM2模拟1971～2000年青藏高原生态系统水、热通量和碳循环过程的年际动态变化特征，预测21世纪青藏高原生态系统碳的源和汇对全球变暖的响应。此项研究可推动我国碳循环模式的发展，为我国和全球碳平衡研究中的一些不确定性问题提供全新解释。有助于我们了解青藏高原生态系统碳的源和汇的动态变化特征，正确评估青藏高原植被的固碳能力及未来变化趋势以减少国家尺度碳循环研究的不确定性，为我国的碳循环外交谈判提供科学依据。

本项目的研究目标是：利用通量观测数据和野外地面调查数据改进大气－植被相互作用模式AVIM2，在模式改进和验证的基础上，模拟1971～2000年青藏高原生态系统水、热通量和碳循环过程的年际动态变化特征，预测21世纪青藏高原生态系统碳的源和汇对全球变暖的响应。围绕此研究目标，课题组开展了大规模高原野外调查，获取了大量宝贵的草地地上、地下生物量和土壤碳、氮含量观测数据。以往关于青藏高原草地的观测研究往往只关注于草地的某些方面，缺乏对于整个草地生态系统的观测，不适用于模式的验证和改进。课题组此次获取的这批数据涵盖草地碳循环的各个组分，为完整研究高原草地生态系统碳循环奠定了基础。基于野外地面调查结果，课题组研究了青藏高原地上和地下生物量空间分布的气候效应，得出研究结论：土壤水分是草地生物量累积的主要驱动因子；通过将所有野外取样点进行区域划分后进一步分析发现，气温和降水量等环境因子对青藏高原草地地下生物量的控制存在显著区域差异。通过研究草地降水利用效率与环境因子的关系后发现，温度是控制草地降水利用效率的主要因子。在模式验证和改进的基础上，模拟了1971-2000年青藏高原的碳通量，得到如下结论：近30年青藏高原平均净初级生产力（NPP）总量为0.424Gt C/ a，是全国总量3.445 Gt C /a的12.3%；30年平均青藏高原是一个很弱的碳源，平均值为-0.00291Gt C/ a。近30年NPP和NEP都略有增加趋势，二者与年平均气温和年降水量呈显著正相关。与年降水量的相关系数要远高于同年平均气温的相关系数，说明降水量是制约青藏高原NPP和NEP增长的主要因子，此研究结论与课题组野外采样数据分析得到的研究结论是一致的。对未来100年青藏高原碳通量的模拟结果显示，未来青藏高原NPP及NEP均表现为显著上升趋势。NPP总量增速约为0.0368Gt C/10a，西北部NPP增幅小于东南部； NEP增加速率约为0.0112Gt C/10a。未来青藏高原NEP基本都为正，整个未来时段NEP的平均值为0.122Gt C /a，预示该地区未来以碳汇为主。