气候变化对北半球及全球植被生长的影响
气候变化对北半球及全球植被生长的影响
【摘要】： 人类活动引起的大气CO_2浓度上升,导致全球变暖和降水格局变化。这些全球环境变化对植被产生了深远影响,如物候、生产力和结构。在全球持续变暖的背景下,1998～2012年北半球部分区域经历了降温。不同植物群落的春季转绿日期对升温、降温的响应是否对称,目前尚不清楚。在全球降水变率增加的背景下,降水滞后效应影响着降水与生产力的关系,降水滞后效应怎样受气候、土壤因子的影响仍不清楚。全球旱区有着干旱化的趋势,但植被活力在近几十年仍然有着增强趋势,这种气象上有着干旱化,但生理上却处于湿润化状态是否由CO_2施肥效应主导,需要进一步明确。这些问题的解答对于准确预测未来全球碳循环具有重要意义。为此,本文在北半球中高纬度地区、旱区以及全球尺度上分别开展了自然控制试验,结合遥感、地面观测和模型数据展开研究。主要结果如下:(1)北半球中高纬地区的森林和草地植物群落春季转绿日期对升温、降温的响应表现出一致的不对称性,即对降温的响应更大。在物种尺度上也支持这种不对称性。1°C降温相对1°C升温引起的冷激日数和积温需求的更多变化可能是潜在的机理。另外,升温引起的干旱化可能减弱了当前LOD不对称性的程度。未来情景下,春季转绿日期可能逐渐由对降温响应更大转变为对升温响应更大。本文还发现春季植被生长对降温也表现出更大的响应,但当前的动态全球植被模型无法模拟遥感观测到的格局。此外,升温、降温情况下,春季植被生长与转绿日期的关系存在差异。在森林和温带草地中,春季植被生长对转绿日期的响应在升温情况下更敏感;在寒冷型草地中,春季植被生长对转绿日期的响应在降温情况下更敏感。(2)在北半球旱区,具有降水滞后效应的典型生态系统主要分布在中国的青藏高原、美国西部和哈萨克斯坦。降水滞后生态系统的生产力对降水的响应/敏感性要低于非滞后生态系统的,并且两种类型生态系统的响应/敏感性差异随着年均降水的增加而减小。两种生态系统在降水变率、干旱和湿润年份发生频率上没有显著差异。降水滞后生态系统相对非滞后生态系统,其气候、土壤因子沿着降水梯度具有更高的敏感性,多个气候、土壤因子对降水滞后效应的形成具有贡献,其中可利用水的贡献最大。(3)气象干旱化-生理湿润化和气象湿润化-生理干旱化的全球分布格局较为复杂,沿着纬度梯度、干旱梯度和在植物群落中分布呈现不同特征,气象干旱化-生理湿润化在北半球温带地区分布广泛,湿润地区较干旱地区更易发生这种不匹配,温带森林和热带森林的分布比例较高;气象湿润化-生理干旱化在北半球高纬地区、干旱半湿润区以及北方森林和热带非森林分布较为广泛。两类不匹配生态系统的总初级生产力增加的趋势相似,但气象干旱化-生理湿润化生态系统的水分利用效率相对增长的速度更快,致使更加节水,年蒸发量相对增加较少。CO_2施肥效应及其变化趋势是两类不匹配生态系统形成的主要驱动因素。在未来气候条件下,气象干旱化-生理湿润化的比例将增大,热带植物群落可能受益于CO_2施肥效应,抵消掉部分气候变化带来的负面影响,但北方植物群落仍将受到气象湿润化-生理干旱化的负面影响。这些研究结果为今后更加精确地预测未来陆地生态系统对气候变化的响应和全球碳循环提供了重要理论依据。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2022
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