作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2017/3/13 10:13:25
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戴尔阜团队探索森林对气候变化的响应差异

 

■本报记者 沈春蕾

全球气候变暖对陆地生态系统尤其是森林生态系统有着重要的影响,气温升高、辐射强迫的增强将显著改变森林生态系统的结构和功能。

近年来,中科院地理科学与资源研究所研究员戴尔阜团队模拟了2010-2100年江西省泰和县森林分布及森林地上生物量变化,以探究树种、森林类型和森林景观对未来气候变化的响应差异,研究成果发表在国际顶级刊物《全球变化生态学》。

选择典型区域

南方红壤丘陵区作为我国森林尤其是人工林的重要组成部分,对气候变化的响应日益强烈。

戴尔阜团队的野外调查区域选择了我国江西省赣江流域中上游,该区域是我国南方森林分布的典型区域,样地调查选择了以人工林为主的泰和县、兴国县,和以原始林为主的井冈山、九连山自然保护区。

他告诉《中国科学报》记者:“在经过流域的整体调查后,我们综合考虑了各区域自然地理条件,最终选择了泰和县作为南方森林分布的典型区域,开展气候变化对森林景观的影响研究。”

依托中科院千烟洲生态试验站,团队的野外调查工作耗时近一个月,主要包括两个方面:一是对林业、土地利用以及气候资料的搜集工作,主要包括林业小班图、国家林业调查基础数据以及各县气象站及气象点的历史气候数据;二是对研究区土壤及植物样方的调查工作。

设计控制情景

气候变化情景是建立在一系列科学假设的基础上,并对未来气候状态的一个合理描述,是人们根据未来可能出现的社会经济发展状况制定的温室气体排放情景,是对未来温室气体和气溶胶浓度进行的一个量化表达。

戴尔阜指出:“为了探究我国南方森林对未来气候变化的响应机制,降低未来气候变化可能带来的损失,有必要模拟与预测不同树种、不同森林类型在不同气候变化情景下森林分布及森林地上生物量的变化。”

团队采用了最新的3种典型浓度排放路径气候情景预估数据(RCP2.6、RCP4.5以及RCP8.5)。戴尔阜解释,RCP8.5代表假定人口最多、技术革新率不高、能源改善缓慢,所以收入增长慢,从而导致长时间高能源需求及高温室气体排放,到2100年辐射强迫上升至8.5瓦/平方米,以此类推,4.5和2.6分别代表了到2100年的辐射强迫。这里的辐射强迫是能改变辐射能量平衡,引起气候变化的物理因子,其中最重要的就是引起温室气体浓度的变化。

目前,上述气候情景被广泛应用于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告,我国第三次气候变化国家评估报告以及全球范围内气候变化科学研究当中,是当前及未来一段时期内气候变化影响与响应研究的焦点。

此外,戴尔阜团队还设计了一个控制情景,即保持当前气候状态不变,来对比未来气候变化对森林的影响差异。团队应用生态系统过程模型PnET-II和森林景观动态模型LANDIS-II模拟了2010-2100年江西省泰和县森林分布及森林地上生物量变化。

其中,PnET-II是一个模拟森林生态系统中碳、水动态过程的生态模型,通过参数化可以模拟不同树种生产力对气候变化的响应差异;LANDIS-II是一个能够模拟森林动态的空间直观模型,可以直接空间表达不同气候变化下森林的演替、干扰及相互作用过程。

这些方法已经被广泛应用在全球的森林景观动态研究当中,并取得了一系列突出的研究进展。

探究气候影响

戴尔阜团队去除了非气候变化因素对森林的影响,提出了合理的假设,即仅考虑在气候变化下森林景观的动态变化。

他们通过一系列树种生理生态参数值的率定来模拟气候变化情景下不同树种的生长、种子传播、树种建立等一系列生态演替过程,从树种到森林类型再到森林景观,以不同研究尺度来探究泰和县森林结构的空间变化。

戴尔阜说:“其中,LANDIS-II模型结果可以输出某个时间不同树种的空间分布图,基于模拟模型的结果,我们可以直观地得到在没有人类干扰的情况下,气候变化将显著影响泰和县森林空间分布格局,其中常绿阔叶林面积将逐渐增大,在未来演替过程中将侵占人工杉木林。”

同时,在未来气候情景下森林地上生物量呈现先增加后降低的变化趋势,到2100年森林总地上生物量在RCP4.5情景下达到最高值,表明该情景下的气候条件可能更有益于该区域树种的生长与建立。

尽管森林地上生物量的空间格局在各个气候情景下较为一致,但不同树种、不同森林类型之间在总量上仍存在较大差异。

团队的研究阐明了从树种-森林类型-森林景观不同研究尺度对未来气候变化的响应差异,并提出了适应于该区域的应对未来气候变化的森林管理方式建议。

在未来的研究中,戴尔阜团队将会综合考虑人类活动的干扰,如土地利用、森林管理等人类活动对森林生态系统的结构和功能的影响,从而更加全面而综合地研究森林景观的动态变化。

他表示:“在区域上,我们将会选择我国不同森林类型的典型分布区或森林类型的过渡区,继续探究过去及未来气候变化可能带来的影响。”

《中国科学报》 (2017-03-13 第6版 院所)
 
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