氣候變化情景下黑龍江省森林碳循環(huán)模擬.pdf

1、黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)在東北森林碳預(yù)算中扮演著重要的角色，受全球氣候變暖的影響黑龍江省的氣候也發(fā)生了明顯變化，氣候的變化不可避免的對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。在區(qū)域尺度上，由于測定困難、研究手段的缺乏等因素的影響，目前對黑龍江省森林碳氮循環(huán)及其固碳功能還存在許多認識不足之處。本研究以黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)作為研究對象，將IBIS模型進行了進一步改造用來模擬SRESA1B情境下1961～2100年黑龍江省森林碳循環(huán)的時空動態(tài)，以揭示未來氣候

2、變化對黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。探討森林碳循環(huán)與氣候變化的響應(yīng)與反饋機制對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的管理與決策具有重要的現(xiàn)實意義。
　　將IBIS模型在模型的模擬尺度、模型代碼、模型算法等方面進行改造，并根據(jù)黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)的特征對IBIS模型的部分參數(shù)進行了修訂，優(yōu)化了數(shù)據(jù)存儲格式。開發(fā)了操作簡便的IBIS模型界面化運行系統(tǒng)。并采用模型模擬結(jié)果與樣地實測值和與其它模型模擬結(jié)果對比兩種方式驗證改造后的IBIS模型的可信性和適用性。

3、
　　基準(zhǔn)期(1980s)黑龍江省森林土壤呼吸年平均值為541 gCm2·a-1。年際間土壤呼吸年均值波動較大，總體上呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。研究區(qū)土壤呼吸年均值基本上呈現(xiàn)塊狀分布:北部的低值區(qū)(＜450 gCm2·a-1)、中部中值區(qū)(450～700 gCm2·a-1)、南部高值區(qū)(＞700gCm2·a-1)。未來三個時期(2020s、2050s、2080s)森林土壤呼吸年均值分別為:583gCm2·a-1、648 gCm2·a-1、

4、753 gCm2·a-1。自1980s開始黑龍江省森林土壤呼吸的年均值不斷的呈現(xiàn)快速增加的趨勢，其中1980s～2020s時段土壤呼吸年平均增加幅度最小，增長率為15 gCm-2/10a;而2050s～2080s時段增加幅度最大，增長率為35.1 gCm-2/10a。未來三個時期森林土壤呼吸年均值呈現(xiàn)由東南向西北方向逐漸遞減的空間分布趨勢。四個時間段內(nèi)，研究區(qū)中土壤呼吸年均值最高地區(qū)分布在哈爾濱西部和綏化南部地區(qū)狹長帶狀地區(qū)，而大興安嶺

5、北部的漠河、塔河地區(qū)是森林土壤呼吸年均值最低區(qū)域。
　　基準(zhǔn)期黑龍江省森林NPP平均值為667 gCm2·a-1，年際間略有波動。隨著緯度的增加，NPP年均值由南向北逐漸遞減，具有明顯的地帶性特征。未來三個時期森林NPP年均值分別為:554 gCm2·a-1、608 gCm2·a-1、621 gCm2·a-1。從1980s開始至2020s時期NPP年均值顯著減少，速率為21.4 gCm2·a-1，2020s以后NPP年均值又分別以

6、平均值為16.8gCm2·a-1和13.8 gCm2·a-1的速率增加。未來三個時期的空間分布特征與基準(zhǔn)期相似，均呈現(xiàn)南部地區(qū)高北部地區(qū)低，東部地區(qū)高西部地區(qū)低的分布格局。
　　1961～2100年，黑龍江省森林NEP年平均值為222 gCm2·a-1，變化范圍為-63～361gCm-2·a-1。研究時段內(nèi)黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)是一個碳匯，但是碳匯有減弱的趨勢。NEP年平均值基本上呈現(xiàn)南高北低，東高西低的空間分布特征。黑龍江南部張廣

7、才嶺地區(qū)的森林在四個時期均表現(xiàn)出穩(wěn)定的碳匯;黑龍江中部的小興安嶺地區(qū)和黑龍江北部的大興安嶺地區(qū)是NEP年均值變化劇烈的區(qū)域。
　　SRESA1B情境下，1961～2100年黑龍江省年均溫和平均降水量都發(fā)生了顯著地變化。未來三個時期的年均溫具有升高的趨勢，從1980s至2080s平均升溫為5.5℃。黑龍江省年際間降水波動劇烈，平均降水量呈現(xiàn)出先減少再逐漸增多的變化趨勢。四個時間段內(nèi)氣溫和降水均具有從南向北、從東到西逐漸減少的空間分布

8、趨勢。1961～2100年黑龍江省氣溫的變異系數(shù)在0.1％～6.5％范圍內(nèi)波動，降水的變異系數(shù)在2.2％～14.5％范圍內(nèi)波動，在年際尺度上來說溫度的區(qū)域變異性相對降水變異性小一些。
　　土壤呼吸和NEP與溫度的變異相關(guān)性不強，與降水量的變異呈正相關(guān)關(guān)系;NPP與氣溫和降水的變異都顯著相關(guān)。在年際尺度上來說，降水是導(dǎo)致的土壤呼吸和NEP年際間的變異增大的關(guān)鍵因素，而溫度是影響NPP年際間變異的主要氣象因子。當(dāng)年均氣溫增加2℃，年均

9、降水減少20％時，黑龍江省森林年平均土壤呼吸、NPP和NEP分別減少了4.43％、5.69％、15.89％，黑龍江省森林碳匯能力減弱。年平均NPP、NEP和土壤呼吸空間格局變化主要是受到降水量的增減影響，氣溫對其影響較小。年平均氣溫增加3℃，年均降水不變時，黑龍江省森林年平均土壤呼吸和NPP分別增加了4.07％和1.49％，此時NEP減少了6.2％，黑龍江省森林碳匯能力減弱。氣溫和降水量的增減影響NPP、NEP和土壤呼吸空間格局分布，寒