过去50年季风气候变化对东亚陆地生态系统生产力的影响研究

The regional climate of East Aisa is dominated by monsoon Asia, and the region is most critical and senstive to global climate change. During the past 50 years, the East Aisa monsoon had the obvious decadal change, and cause the changes of air temperature, precipitation and its distribution. However, the impact of these changes on terrestrial ecosystems in the corresponding regions and its regional variations, is currently uncertainty. This study is to simulate the spatial and temporal distribution of terrestrial ecosystem net primary productivity (NPP) in East Asia over the period of 1961 to 2010 on the basis of fully validation and improving the ability of ecosystem model AVIM2 and CEVSA. On the basis of diagnostic and cluster analysis on the spatial and temporal patterns of the East Asian regional temperature and precipitation over the past 50 years, the influence of the spatial variation of the East Asian monsoon precipitation on terrestrial ecosystem NPP, and the impacts of rising temperature and abrupt temperature change on terrestrial ecosystem NPP as well as their regional differences will be discussed. The mechanisms of climate change on terrestrial ecosystem NPP in the specific areas will be discussed. The uncertainty range of the simulation results will be evaluated. This research can provide a reference for the regional sustainable development and to provide more reliable scientific references for diplomatic negotiations on climate change.

东亚区域气候受季风主导，是全球气候系统中最为关键和敏感的区域。过去50年，东亚季风发生了明显的年代际变化，由此引起特定区域气温和降水量的突变以及降水分布型的变化，而这些变化对陆地生态系统的影响及其区域差异，目前尚不明确。本研究拟通过地面调查结合通量观测资料，在对陆地生态系统模型AVIM2和CEVSA进行充分验证和完善的基础上， 利用AVIM2和CEVSA模拟研究1961～2010年东亚陆地生态系统生产力的时空分布。在对过去50年东亚区域气温和降水量时空变化格局进行诊断分析和空间聚类分区的基础上，揭示东亚季风区降水量空间格局变化对区域陆地生态系统净初级生产力的影响；探明升温和气温突变对陆地生态系统净初级生产力的影响及其区域差异；揭示气候变化对特定区域陆地生态系统生产力的影响机制，并评价模拟结果的不确定性范围。研究成果可为区域可持续发展提供参考，为气候变化相关外交谈判提供更可靠的科学依据。

本项目利用陆面过程模型（AVIM2）和生态过程模型（CEVSA2）模拟实验深入研究了过去50年季风气候变化对东亚陆地生态系统生产力的影响。同时，通过收集相关通量观测和野外考察数据开展了“模型-记录”交叉验证和综合集成研究，深化了我们对季风影响东亚陆地生态系统碳循环机制的理解。在本项目支持下，共发表标注本项目编号的期刊论文11篇，其中SCI论文4篇，达到了预期目标。总结起来，本项目在以下几个方面取得了显著进展：（1）在站点尺度上，开展了极端降水对人工森林碳循环影响的模拟实验，深化了降水影响人工林碳积累的机制。利用千烟洲人工林通量观测数据校准AVIM2模型，然后模拟了极端降水条件下人工森林净初级生产力的变化过程。研究发现，降水由弱（中度降水）变强（强降水）的过程中，人工林固碳量不增反降。由于极端降水事件降低了土壤的含水量，低含水量的土壤层抑制了人工林对水分的需求，进而影响了生态系统的碳积累效应。（2）通过模型模拟进一步论证了大气氮沉降有助于我国森林生态系统的碳积累，指出了氮沉降对植被中碳的积累有重要贡献，也发现了氮素利用效率与氮沉降速率之间的联系。（3）基于季风影响陆地生态系统碳循环的理论基础，发现西太平洋副高与中国植被生长状况密切相关，这一发现加深了季风影响陆地生态系统碳循环的机制理解。西太平洋副高偏强或副高的位置偏西时，华北和华东的大部分区域的NDVI和GPP明显增加；但在偏弱年或位置偏东时，中国绝大部分区域的NDVI和GPP明显降低。（4）通过比较不同来源的气象数据驱动的陆地生态系统NPP的时空差异，评估了气象驱动数据对模型模拟结果的不确定性，这有益于正确理解季风气候影响东亚陆地生态系统碳循环的机制。研究发现，利用高密度的观测的气象台站驱动数据可以有效避免高估或低估大部分地区的NPP；与高密度观察数据驱动结果相比，NCEP/NCAR和普林斯顿大学的气象数据均引起了高估中国大部分地区的NPP值，但后者驱动模拟的NPP值与前者的相比，被高估的程度比较低 。