【毕业学位论文】气候变化对藏北地区草地生产力的影响模拟硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 气候变化对藏北地区草地生产力的影响模拟 士研究生：杨凯 指 导 教 师：林而达 申请学位类别：理学硕士 专 业：气象学 研 究 方 向：气候变化 培 养 单 位： 农业环境与可持续发展研究所 研究生院 提交日期 2007 年 6 月 s. 2007 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 中国农业科学院 专业学位论文答辩委员会名单表 论文题目 气候变化对藏北地区草地生产力的影响模拟 论文作者 杨凯 专 业 气象学 研究方向 气候变化 指导教师 林而达 培养单位（研究所） 环发所 姓名 职称 硕（博）单 位 专 业 签 名 江村旺扎 高级农艺师 硕导 博导 那曲地区行署 农业畜牧 吴绍洪 研究员硕导 博导 中国科学院地理研究所 资源环境 评 阅 人 旦久罗布 畜牧师硕导 博导 那曲地区草原站 畜牧学 答辩 主席 许吟隆 研究员硕导 博导 中国农科院环发所 气象学 罗天祥 研究员硕导 博导 中国科学院青藏高原研究所 生物地理与生态过程 邵雪梅 研究员硕导 博导 中国科学院地理研究所 气候变化和树轮气候学 吴绍洪 研究员硕导 博导 中国科学院地理研究所 资源环境 徐斌 研究员硕导 博导 中国农科院区划所 草地生态 答 辩 委 员 硕导 博导 会议记录（秘书） 孙芳博士 论文答辩时间地点 中国农科院环发所 610 会议室 6 月 17 日下午 2 点 30 分 摘 要 气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题。藏北地区是全球环境和气候变化的敏感带，因此研究气候变化对藏北地区草地生产力的影响，可以为该地区草地资源的可持续利用与科学管理及改善生态环境提供理论依据与科学技术支持，并且对研究全球气候变化和研究气候变化对生态系统的反馈有重要的意义。 本文对藏北地区 1966 年 2003 年降水和温度气候因子进行分析，并采用遥感技术手段对藏北地区 1981 年 2004 年草地生产力变化进行分析，对降水和温度气候因子与草地 行相关性分析，得到气候对草地生产力贡献初步的评估。 利用区域气候模式系统 草地生态模型 联接，模拟评估未来气候变化对藏北地区草地生产力的影响。主要的研究结果如下： 1) 历史分析方面：藏北地区近四十年来温度上升趋势明显，降水的年际波动大，自 90 年代以后具有明显增多趋势，总体来说藏北地区的气候有暖湿方向发展的趋势。基于卫星遥感研究藏北地区 1981 年2004 年草地植被年净第一性生产力（动态变化研究表明，该地区草地植被 24 年以来藏北地区草地植被 年平均草地植被总012gC显低于青藏高原和我国草原区的其它区域，并且年际变化较大，有进一步下降的趋势。根据对温度和降水量两个气候因子与藏北地区草地植被相关性分析，可以得到，降水对草地植被影响要大于温度的影响，总体上区域气候变化对草地植被负面影响大于其正面影响。 2) 模型检验方面：利用 2002 年2004 年藏北地区班戈、申扎、安多、 索县、那曲县实测的高嵩草、矮嵩草、紫花针茅的地上生物量，并结合草地野外试验检验 型模拟藏北地区草地生产力的适用性；对那曲站点的观测天气数据和利用欧洲中心（ 再分析数据（驱动 拟输出逐日天气数据对比分析，并检验区域气候模式与 型相联接的模拟能力。结果表明，当应用 气候情景进行评估工作时，模拟结果可以直接输入型，减少了影响评估结果的不确定性。 影响评估方面：候变化情景下（2080s ），藏北地区各站点相对于基准年的升温幅度非常大，且景中比景升温幅度大。各站点的年平均太阳总辐射值都减少，安多、那曲和班戈 3 个站点还出现了年平均降水量显著增加。在未来气候变化情景下，藏北地区矮嵩草型和紫花针茅型草地地上生物量基本呈增加的趋势。不考虑2 情景下，紫花针茅型草地增加幅度为 景下，矮嵩草型草地增加幅度为 紫花针茅型草地增加幅度为 考虑2 情景下，矮嵩草型草地变化幅度为 紫花针茅型草地增加幅度为 景下，矮嵩草型草地增加幅度为 紫花针茅型草地增加幅度为 而在降水量减少的区域，高嵩草型草地的地上生物量呈减少趋势。在两种排放情景下，考虑到三种类型草地地上生物量相对于气候基准年的变化，与不考虑差不大，有些站点的草地在至出现了低于无此，在未来候变化情景下，藏北地区的草地生产力不大可能从关键词：气候变化，藏北地区，草地生产力，型，影响评估 is on is as , of on so as it is to of on of of of 966on of 981PP of to of on It of of in on of on to 2 2 080s (2071 as 1. In 0 of an in it 990s. In a on 981in of PP to in 4 PP of 012it is PP PP is we of on PP is of on As a of on is 2. of of 2 2 080s(20712 2 961 of of on as (A2 (B2 (A2 (B2 of of an in 2 2 O2 2 (B2 O2 K (A2 (B2 O2 is is no So 目 录 第一章 绪论 .究背景和意义 . 1 内外气候变化对草地生产力影响的研究现状 . 2 于全球气候变化 . 温度和降水的变化对草地生产力的影响 . . 草原生态模型结合气候情景模拟气候变化对草地生产力的影响 .文的主要研究内容 . 5 究的基本技术路线 . 7 第二章 藏北地区概况 . 8 究区自然地理位置 . 8 形地貌 . 9 候特征 . 9 壤 .地植被 .象站点分布 .三章 气候变化对藏北地区草地生产力影响的历史分析. 12 言 .北草地空分布特征 . 数据来源及其预处理 . 分析方法 . 模拟结果的精度检验 . 藏北草地 . 藏北草地 .候驱动力分析 . 气象数据选择 . 分析方法 . 温度变化特征 . 降水变化特征 .水气候因子的相关性分析 . 分析方法 . 水气候因子的相关性 .V 结与讨论 .四章 . 22 言 . . . . 野外试验 . 资料和方法 . 参数的调试和标定 . 模型检验结果与分析 . 小结与讨论 .域气候模式联接. 区域气候变化模式. 型的联接 .五章 未来气候变化对藏北地区草地生产力影响的初步研究. 35 言 . 35 候情景构建和模拟简介 . 35 2 和景下藏北地区的气候变化 . 36 2 和景下气候变化对藏北地区草地生产力的影响 .结与讨论 .六章 结论与讨论 . 41 论 .论 . 数据方面 . 模型和气候情景方面 .考文献 . 44 致 谢 . 50 作者简历 . 51 V 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 府间气候变化专门委员会 域气候模式系统 地生产和利用模拟 被的净第一性生产力 球气候模式 洲中期天气预报中心 内基- 艾姆斯- 斯坦福方法 国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 究背景和意义 气候变化是国际社会公认的最主要的全球性环境问题之一。由于人类活动，全球大气二氧化碳（、甲烷（ 氧化亚氮（度显著增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录得到的工业化前几千年来的浓度值，其中80 005年的 379 15 加到 2005 年的 1774 加到 2005 年的 319 2007 年值）（ 007），这些气体吸收地表面红外辐射能力强，而且它们在大气中的留存时间长达上百年，从而改变了地球的辐射平衡。 第四次评估报告指出，根据全球地表温度器测资料，全球气候呈现以变暖为主要特征的显著变化。最近 12 年中有 11 年位列 1850 年以来最暖的 12 个年份之中。近 50 年平均线性增暖速率（每 10 年 几乎是近 100 年的两倍，相对于 1850年1899 年 2001 年2005 年总的温度增加为 如果以等于或高于当前的速率持续排放温室气体，会导致进一步增暖，并引发 21 世纪全球气候系统的许多变化，这些变化将很可能大于 20世纪的观测结果，21 世纪末全球平均地表气温可能升高 全球平均海平面上升幅度预估范围是 （007）。 草地生态系统是陆地生态系统中最重要、分布最广的生态系统类型之一，在全球碳循环和气候调节中起重要的作用 （朴世龙等, 2004； et 1998,2002）。 我国拥有各类天然草地 中牧区草地 农半牧区 区和林区 地总面积约占国土面积的 40 %，但人均占有草地仅 于世界人均草地面积 于草地资源相对贫乏的国家（国家环境保护局自然保护司,1999） 。受干旱和超载过牧等人类活动影响，近 50 多年来草原面积在不断的减少，退化也十分严重。迄今已有 1930 万 全国草原面积的 其中仅 1995 年2000 年间，我国干旱区草原面积就减少 549 万西走廊减少 5548致我国荒漠界线较 20 世纪 60 年代初向东部草原带推移了 50山、燕山以北的天然草原向北退缩了大约 60原的退化更是惊人， 20 世纪 70 年代中期退化草原面积占全国草原面积的 15， 80 年代中期占 30以上，90 年代中期达到 50以上，而到21 世纪初草原退化已增加到 90（秦大河等, 2005 ） 。过去的几十年中干旱半干旱草地的生产力持续下降，而在未来温度增高 24和降水减少的情景下，草地的生产力将会降低 4090（2001） 。 本文研究区域藏北（那曲）地区，位于青藏高原腹地（刘淑珍等,1999） ，是我国长江、怒江、澜沧江等主要江河的发源地。下辖那曲、安多、聂荣、比如、嘉黎、巴青、索县、班戈、申扎、尼玛 10 个县和 1 个双湖区，辖区总面积约 04西藏自治区总面积的 其中草地总面积约为 104那曲地区土地总面积的 是西藏自治区天然草地面积最大、牧业产值最高的地区之一（高清竹等，2005 ） 。草地畜牧业是那曲国民经济的基础，牧业产值占1 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 其国民生产总值的 70%以上，牧业收入占那曲农牧民总收入的 80%以上（那曲地区统计局, 2001 ；俞联平等, 2004 ）。然而由于该地区生态环境极其脆弱，是气候变化的敏感地带，自然条件恶劣，草地破坏后其恢复难度很大。再加之长期以来，对草地资源的不合理利用，载畜量的不断增加，导致草地环境急剧恶化，草地退化严重，生产力日趋下降( 张建国等, 2004) 。该地区生态与环境状况不仅对青藏高原有影响，而且对全国的江河、气候、生态与环境都有直接影响，甚至对全球也有不容忽视的影响。因此研究气候变化对藏北地区草地生产力的影响，积累藏北地区草地基本科学数据，可以为该地区草地资源的可持续利用与科学管理及改善生态环境提供理论依据与科学技术支持；并且本研究针对的是全球环境和气候变化敏感的藏北地区，该地区处于青藏高原，是影响全球气候变化的一个重要地区，对研究全球气候变化和研究气候变化对生态系统的反馈有重要的意义。 内外气候变化对草地生产力影响的研究现状 于全球气候变化 近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。中国的气候变化趋势与全球气候变化的总趋势基本一致。这种全球性的气候变暖，是由自然的气候波动和人类活动增强的温室效应共同引起的。 “政府间气候变化专门委员会（”发表的第三次评估报告指出，近50 年的气候变暖主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳等温室气体的增温效应造成的。 现有的预测结果表明，未来 50 年100 年全球和中国的气候将继续向变暖的方向发展。近几百年的气候变化已经给全球与中国的自然生态系统和社会经济系统带来了重要影响，未来气候变化的影响也将是深远而巨大的，许多影响是负面的或不利的（气候变化国家评估报告编写委员会,2007） 。 目前，有关全球气候变化的研究大致为三个方面（金之庆,1996） ：研究气候变化的动因，即研究自然因素和人类活动对气候变化所产生的影响；研究气候变化对人类的生存环境（包括经济、社会、生态等领域）带来的冲击；如何减缓和适应未来气候变化。 气候变化的研究方法主要有：在时间尺度上通过古生物、古气象、古地质等研究，揭示全球气候变化的进程与规律；在空间尺度上通过驱动沿梯度变化的样带研究，揭示全球气候变化对空间格局的影响；在机理研究上，通过生态学实验研究，揭示全球气候变化对生态系统过程的影响；通过建模，模拟全球气候变化的过程与趋势（张炜银,2001） 。 度和降水的变化对草地生产力的影响 在气候变量中，水分供应和水分平衡是影响草地生产力和草地分布的最重要的因子。在草地生态系统中，地上部净生产力与年降水量有很好的线性关系。草地产量变化 90%是由年降水量造成的(et 1988) 。 在中国的干旱、半干旱区，在未来降水增加不多的气候条件下，由于温度升高、蒸散量增大，牧草的产量将随有效水分的减少而降低。300400水量的草甸草原，每减少 502 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 水分供应，产草量减少 20%25% ，在典型草原和荒漠草原区，这种反应就更明显（丁一汇等, 1995） 。 肖向明等人在研究中运用型的结果表明, 锡林河流域典型草原生产力动态和土壤有机质含量对气候变化非常敏感，降水和气温的季节分配的变化比年降水量和年平均气温的变化对草原生态系统的影响更大（肖向明等, 1996 ）。赵海滨等人在草原干旱对天然牧草生长发育及产量形成的影响研究中也发现，大气降水的时间分别对天然牧草产量的影响不同，以 6 月下旬最大，降水量每增减 1牧草产量增减 草返青至 5 月下旬、8 月上旬至牧草黄枯这两个时期的大气降水对天然牧草产量的影响较小，表明天然牧草产量形成的水分关键期为6 月上旬至 7 月下旬（赵海滨等, 2002 ）。 李银鹏、季劲钧运用区域评估模型 评估放牧利用和气候变化对草地生产力和载畜量的影响，结果表明：内蒙古草地区域生产力剧烈的年际变化与降水量密切相关，而与温度没有明显相关关系（李银鹏等,2004）。在内蒙古近 30 年中，虽然气温和降水都有所上升，可能对草地植被有重要的影响，但过渡放牧以及畜牧量的增多，也是引起草场退化的原因 （李青丰等,2002; 谢海生, 1994 ；王玉辉, 2004 ）。 汪青春在青海省对牧草生长发育与气象条件的关系进行研究。他运用实测值进行对比发现，在青海省铁卜加和同德降水量与单位面积产草量有明显的对应关系，气温和产草量无明显的对应关系（汪青春,1998 ）。郭继勋和祝廷成等也有类似的结论，他们根据羊草群落地上部产量连续 13年的定位观测资料分析指出：在天然草原上，产草量的动态主要受