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全球气候变化对陆地和海洋生态系统的影响分析气候变化是当前全球面临的重大挑战之一，它对地球上的生态系统产生了广泛而深远的影响。
陆地和海洋生态系统作为地球生态系统的两个主要组成部分，同样受到了全球气候变化的冲击。
本文将从陆地和海洋两个方面，对全球气候变化对其生态系统的影响进行分析。
首先，全球气候变化对陆地生态系统的影响是多方面的。
首先，持续的气候变暖导致了冰川融化和冻土消融，这对阿尔卑斯山脉等高山地区的生态系统造成了直接威胁。
冰川退缩不仅导致水资源减少，还可能破坏高山植被的生长条件，对当地生物多样性产生影响。
此外，冻土消融导致地下气体的排放增加，进一步加剧了温室效应。
其次，全球气候变化还导致了极端天气事件的增加，如暴雨、干旱、飓风等。
这些极端天气事件给陆地生态系统带来了严重的破坏，如洪水可能淹没低洼地区的生物栖息地，干旱可能导致植被枯萎和土壤侵蚀。
此外，全球气候变化还加剧了土地退化和沙漠化的速度，这对生物多样性和生态系统功能产生了长期而严重的影响。
全球气候变化对海洋生态系统的影响同样巨大。
首先，海洋温度的上升对海洋生物造成了直接的不利影响。
温暖的海水可能导致珊瑚礁白化和死亡，对海洋生态系统的多样性和稳定性产生破坏。
其次，全球气候变化加剧了海洋酸化的问题。
大量二氧化碳的排放导致海水中碳酸盐浓度上升，这对海洋生物的骨骼和贝壳形成带来了阻碍。
酸化的海水还可能破坏浮游生物的生命周期，进而对整个海洋食物链产生深远的影响。
此外，海平面上升是全球气候变化的另一大问题，它直接威胁到沿海湿地和岛屿生态系统的稳定。
海平面上升可能导致河口湿地的淹没和沙滩的消失，这对当地生态系统和人类社会带来了负面影响。
然而，全球气候变化对陆地和海洋生态系统的影响也存在一些不确定性和争议。
一方面，由于气候变化是一个长期过程，而科学研究往往是基于短期观测和模型推测，因此对气候变化对生态系统的具体影响还存在一定程度的预测和估计不准确性。
另一方面，全球气候变化的影响受到许多其他因素的调节和干扰，如人类活动的影响、自然环境变化等。
气候变化对陆地和海洋生态系统的影响随着全球气温的不断上升，气候变化已经成为人类面临的一大挑战。
根据科学家们的研究，气候变化对陆地和海洋的生态系统产生了极大的影响。
本文将重点探讨气候变化对陆地和海洋生态系统的影响以及可能带来的后果。
一、气候变化对陆地生态系统的影响1.1 降水和干旱气候变化导致全球降水模式出现新的变化，降雨不仅更加不稳定，而且在全球某些地区越来越频繁。
同时，长期不稳定的降水也可能导致严重的干旱。
这对植物和动物的生活和繁殖都会产生很大的影响。
例如，在干旱的环境下，许多当地物种可能一下子就会消失。
之后由此所带来的是生态环境中的居民变得更少，植被也受到严重损害，而大规模植被的破坏对土壤质量的影响，可以加速原本土壤流失的速度。
这样，就会导致土地贫瘠化，无法再生产可用的农作物。
1.2 火灾在干旱的时期，林火也成为了一个非常大的问题。
许多地区都因此而遭受了难以承受的灾难。
火灾不仅会破坏植物的物种丰富性，而且还会消耗氧气，产生大量的烟雾，加速气候变化。
同时，也会影响到植物和动物的栖息地。
这种现象如果持续下去，将会带来更为广泛的生物多样性的威胁。
1.3 气候变化对物种分布的影响气候变化不仅影响了陆地上的生态系统，也影响了不同物种的栖息地。
由于气候的改变，许多动物都必须适应新的生态环境来求得生存。
同时，由于温度变化等因素，不同物种之间形成了新的竞争，很可能导致许多物种的灭绝。
这种物种之间的变化，也会产生更为广泛的生态系统的影响。
二、气候变化对海洋生态系统的影响2.1 海洋质量气候变化对海洋水质的影响也非常明显。
它可以影响到海洋的生物多样性、生态系统和海洋化学过程。
随着全球的气温不断上升，海洋水温也随之上升。
这会导致海洋中的冰川和冰层逐渐融化，影响到海洋生物的栖息环境。
温度的变化还会导致海洋中的物种分布发生重大变化，比如三文鱼等经济鱼类等不得不适应更加温暖的海洋环境，而数量稀少的物种如鲸鱼等也更易受到较大的损失。
陆地和海洋生态系统碳循环研究最新进展近年来，随着全球气候变化问题的日益凸显，生态学领域对于陆地和海洋生态系统中的碳循环过程的研究也越发重要。
陆地和海洋生态系统不仅是碳循环的重要组成部分，也是地球生态系统的重要调节者。
在这篇文章中，将介绍陆地和海洋生态系统碳循环研究的最新进展。
首先，我们从陆地生态系统的角度来看。
陆地生态系统中碳循环的过程主要包括植物光合作用，植物呼吸和腐殖质分解。
最新的研究表明，全球变暖对陆地生态系统中的碳循环过程产生了显著影响。
随着气温升高，植物的生长季节延长，植物呼吸增加，导致植物对大气中的二氧化碳吸收减少。
同时，全球变暖还加剧了地表土壤的碳分解速率，导致土壤中的有机碳释放到大气中增加。
此外，研究还发现，植被类型的变化和人类活动对陆地生态系统的碳循环也产生了影响。
例如，森林砍伐和土地利用变化导致土壤有机碳的丧失，进一步增加了碳排放。
海洋生态系统中的碳循环过程也备受关注。
海洋是地球上最大的碳汇之一，通过吸收和贮存大量的二氧化碳来调节全球气候。
然而，最近的研究表明，人类活动对海洋生态系统的碳循环产生了不利影响。
海洋温度上升和酸化加剧导致浮游植物的生理活动受到抑制，从而减少了二氧化碳的吸收。
此外，海洋生态系统中藻类和浮游动物的死亡会导致大量有机碳向海底沉积，并在长时间尺度上固定碳。
然而，过度捕捞和海洋污染等人类活动破坏了海洋生态系统的稳定性，不利于碳循环过程的顺利进行。
除了以上的研究进展，近年来，科学家们还在陆地和海洋生态系统碳循环研究中采取了一些新的方法和技术。
例如，通过利用遥感数据和全球定位系统（GPS）追踪植被变化和植物碳吸收量，可以更准确地估计陆地生态系统中的碳储量和年碳汇。
此外，引入基因测序和分子生物学技术可以对土壤中的微生物群落和土壤有机碳的分解过程进行研究。
同样地，利用海洋观测站点和遥感技术可以监测海洋生态系统中的碳吸收和释放。
总结起来，陆地和海洋生态系统碳循环的研究取得了一些重要的进展。
碳循环与气候变化的相互作用在我们生活的这个地球上，碳循环和气候变化是两个紧密相连、相互影响的重要过程。
它们之间的关系复杂而微妙，对地球的生态平衡、人类的生存和发展都有着深远的影响。
碳，作为生命的基本元素之一，在地球上不断地循环流动。
植物通过光合作用，将大气中的二氧化碳转化为有机物，储存了太阳能和碳。
而动物通过食用植物，获取了这些有机物和能量，同时在呼吸过程中又将二氧化碳释放回大气。
当动植物死亡后，它们的遗体经过微生物的分解，也会将碳以二氧化碳的形式归还给大气。
此外，还有一部分碳会在漫长的地质过程中，形成煤炭、石油和天然气等化石燃料，被深埋在地下。
气候变化，主要指的是全球或区域气候模式的改变，表现为温度、降水、风等气象要素的长期变化趋势。
其中，全球气温的上升是当前气候变化中最为显著和令人担忧的问题。
那么，碳循环和气候变化是如何相互作用的呢？首先，气候变化会对碳循环产生影响。
气温的升高会加快微生物的分解作用，使得土壤中储存的碳更快地释放到大气中，增加了大气中的二氧化碳浓度。
同时，气候变暖还可能导致森林火灾的频率和强度增加，大量的植被在火灾中被烧毁，原本储存其中的碳迅速释放。
另外，降水模式的改变也会影响植物的生长和分布，进而影响植物对二氧化碳的吸收和储存。
另一方面，碳循环的改变也会加剧气候变化。
人类活动，特别是大量燃烧化石燃料和砍伐森林，导致大气中的二氧化碳浓度急剧上升。
这些额外增加的二氧化碳就像一层厚厚的毯子，阻挡了地球表面的热量向外散发，从而导致地球温度升高。
而且，随着大气中二氧化碳浓度的增加，海洋吸收的二氧化碳也增多，这会导致海洋酸化，对海洋生态系统造成严重破坏。
我们再来看看碳循环与气候变化相互作用带来的一些具体影响。
对生态系统来说，这可能导致物种的灭绝和生物多样性的减少。
许多动植物可能无法适应快速变化的气候条件和碳循环模式，生存受到威胁。
例如，某些依赖特定温度和降水条件的物种可能会失去它们的栖息地，从而走向灭绝。
全球变化之全球变化科学导论(大气所考博真题知识点归纳)XXX《全球变化科学导论》要点总结第一篇全球变化研究的基本问题第一章全球变化科学产生的背景及其研究内容及意义1、什么是全球变化？其产生背景？答：全球变化作为一个科学术语和一门交叉学科，是随着全球环境问题的出现和人类对其认识程度的不断深化而提出并发展起来的。
全球变化科学的精髓是系统地球观，强调将地球的各个组成部分作为统一的整体来加以考察和研究，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用和地球上的物理的、化学的和生物的基本过程之间的相互作用，以及人类与地球之间的相互作用联系起来进行综合集成研究。
即全球变化科学是研究作为整体的地球系统的运行机制、变化规律和控制变化的机理（自然的和人为的），并预测其未来变化的科学。
它研究的首先是一个行星尺度的问题——将大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈看成是有机联系的全球系统，把太阳和地球内部作为两个主要的自然驱动器，人类活动作为第三种驱动机制。
发生在该系统中的全球变化是在上述驱动力的推动下，通过物理、化学和生物学过程相互作用的结果。
全球变化科学是在时代发展、科学进步、人类活动的强烈影响和社会需要的背景下产生的，主要表现在以下几个方面：（1）硬件条件。
在20世纪末，全球国际性应用的探测器和预测预报系统已有约1000个高空站、个气象站、3000个飞行器、7000艘充气船、500个浮标、长期立体动态信息库，还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统。
（2）由于强烈的人类活动和社会经济的飞速发展，目前在环球范围内产生以下十大情况问题，急需国际社会合作共同解决。
主要有大气污染、温室气体排放和气候变暖、臭氧层破坏、土地退化、水资源匮乏和水体污染、海洋环境恶化、森林锐减、物种濒危、垃圾成灾、人口增长过快。
（3）从人类社会文明发展看，全球变化科学的产生是历史进程的必然。
（4）从历史发展角度看，全球变化研究有其科学思想的代表。
陆面过程模式研究进展——以CAS-LSM为例王龙欢;谢正辉;贾炳浩;王妍;李锐超;谢瑾博;陈思;秦佩华;师春香【期刊名称】《高原气象》【年(卷),期】2021(40)6【摘要】陆面过程是气候系统的重要组成部分,影响大气环流和气候变化。
陆面过程模式中人类活动、生物物理和生物化学过程的合理描述有助于理解陆面与大气之间相互作用机制。
本文首先回顾了陆面过程模式的发展历程,陆面过程模式从最初简单的箱式模型发展到考虑了较为完备的陆面物理、化学和生物过程,正朝着精细化、集成化的方向发展。
农业灌溉与施肥、干旱区河流输水、点源污染排放、城市规划实施等与生产生活密切相关的人类活动,影响陆地碳氮水循环过程及河流水生生态系统。
地下水侧向流动、土壤冻融界面变化等过程改变陆气水分收支和能量平衡,影响天气气候与环境。
因此,迫切需要在陆面生态水文模拟中合理表示这些过程和人类活动的作用。
随后介绍了陆面过程模式CAS-LSM的研究进展及应用。
陆面过程模式CAS-LSM可应用于干旱区内陆河流域模拟,定量评估河流输水的生态水文效应;结合气候系统模式,可以实现监测河流水环境特别是氮输送的变化;与区域气候模拟结合,实现城市规划实施的天气与气候效应的定量评估。
【总页数】17页(P1347-1363)【作者】王龙欢;谢正辉;贾炳浩;王妍;李锐超;谢瑾博;陈思;秦佩华;师春香【作者单位】中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室;中国科学院大学地球与行星科学学院;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室;国家气象信息中心【正文语种】中文【中图分类】P467【相关文献】1.NIM陆面过程模式的研究Ⅱ：青藏高原夏季陆面过程的数值模拟2.不同大气强迫作用下陆面模式CAS-LSM多年冻土活动层厚度模拟与不确定性研究3.一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究第二部分:陆面过程模式与区域气候模式的耦合模拟试验4.一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究第一部分:陆面过程模式及其“独立(off-line)”模拟试验和模式性能分析5.陆面模式砾石参数化在BCC_AVIM陆面过程模式中的应用及检验因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
陆地碳循环研究进展一、本文概述随着全球气候变化问题的日益严峻，陆地碳循环研究已成为地球科学研究领域的热点之一。
本文旨在综述近年来陆地碳循环研究的最新进展，包括碳源、碳汇、碳通量及其影响因素等方面的研究。
通过系统地梳理和分析相关文献，本文旨在揭示陆地碳循环的内在机制，评估其对全球气候变化的响应与反馈，为应对气候变化和制定碳减排政策提供科学依据。
本文将首先介绍陆地碳循环的基本概念和研究背景，阐述其在全球碳循环中的重要地位。
接着，从碳源和碳汇的角度，分别探讨植被、土壤和大气等陆地生态系统中碳的循环过程及其影响因素。
在此基础上，本文将重点关注近年来关于陆地碳通量、碳储量和碳循环动态变化的研究，分析这些变化对全球气候变化的潜在影响。
本文将对未来陆地碳循环研究的方向和挑战进行展望，以期为推动全球碳循环研究的深入发展提供参考。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面、系统的了解陆地碳循环研究进展的视角，为应对全球气候变化和促进可持续发展贡献智慧与力量。
二、陆地碳循环的基本过程陆地碳循环是地球碳循环的重要组成部分，涉及大气、植被、土壤和水体等多个系统之间的碳交换和转化过程。
其基本过程主要包括光合作用、呼吸作用、分解作用以及碳的输入输出等。
光合作用是陆地碳循环的起点，通过绿色植物的光合作用，大气中的二氧化碳被转化为有机碳，固定在植物体内。
这一过程是陆地生态系统生产力的重要体现，也是全球碳循环中最重要的碳汇之一。
呼吸作用则是碳从有机体释放回大气的过程。
植物和动物通过呼吸作用将体内的有机碳分解为二氧化碳和水，从而释放碳回到大气中。
植物根系和土壤微生物的呼吸作用也是土壤碳释放到大气的重要途径。
分解作用主要由土壤中的微生物完成，它们将死亡的植物和动物残体分解为二氧化碳和水，以及形成稳定的土壤有机碳。
这一过程对于维持土壤碳库的稳定和减缓大气二氧化碳浓度的上升具有重要意义。
除了上述基本过程外，陆地碳循环还包括碳的输入输出过程。
陆地生态系统碳循环与气候影响气候变暖和全球碳排放的增加，对地球的生态系统和气候产生了巨大的影响。
陆地生态系统在碳循环中发挥着重要的角色，它们不仅是碳的主要储存库，还通过光合作用和呼吸作用参与到大气中的二氧化碳的交换中。
本文将探讨陆地生态系统碳循环和其对气候的影响。
一、碳循环的基本原理陆地生态系统的碳循环是指陆地上植物、土壤、动物等生物体与大气中二氧化碳之间的相互转化与交换过程。
碳的交换主要通过光合作用和呼吸作用完成。
在光合作用中，植物通过吸收阳光和二氧化碳，将其转化为有机物，释放出氧气。
这些有机物可以储存在植物体内，也可以通过植物的死亡和腐烂进入土壤，最终转化为土壤有机碳。
而在呼吸作用中，植物和动物通过分解有机物释放出二氧化碳。
这种过程称为土壤呼吸和动物呼吸。
碳循环还包括了土壤与大气之间的二氧化碳交换以及植物和动物死亡后的有机碳释放等。
二、陆地生态系统的碳储存陆地生态系统是地球上的重要碳储存库之一。
在陆地上，森林、草原和湿地等生态系统储存着大量的碳。
其中，森林是最重要的碳储存库之一。
森林植被通过光合作用吸收大量的二氧化碳，并将其转化为有机碳。
这些有机碳可以存储在植物体内、土壤中和死亡的植物以及动物体内。
由于森林覆盖面积的不断减少，森林的碳储存能力也在下降，对气候的净影响逐渐减小。
三、气候变化对碳循环的影响气候变化对陆地生态系统碳循环产生了一系列直接和间接的影响。
首先，气候变暖使植物生长季节延长，增加了光合作用的时间和强度，促进了植物对二氧化碳的吸收。
其次，气候变化也导致了极端天气事件的增多，如干旱和洪涝，这对生物的生长和生存环境造成了不利的影响，减少了碳的吸收和储存。
此外，气候变化还可能导致植被类型和分布的改变，影响到不同生态系统的碳循环。
例如，温暖而湿润的气候可以促进森林的生长和碳吸收，而干燥的气候则可能导致植物的死亡和碳释放。
四、碳循环对气候的反馈作用陆地生态系统碳循环对气候变化具有重要的反馈作用。
陆地生态系统研究的最新进展陆地生态系统是指由植物、动物、微生物等在陆地环境中构成的生态系统。
它们与环境之间相互作用，维持了生物多样性和人类生存所需的各种生态服务。
近年来，随着全球重要国际议定书的签署和全球气候变化的不断恶化，陆地生态系统的研究也得到了广泛关注。
本文将就陆地生态系统研究的最新进展进行探讨。
一、森林生态学森林是陆地上的一个重要生态系统，其生态系统服务包括木材、药材、食品、能源、净水、风险防范、景观等多种方面，因此在全球范围内被广泛利用。
越来越多的研究表明，不同类型的森林对人类的生存环境具有不同的积极和负面影响，因此对于保护森林和研究森林生态学显得尤为重要。
近年来，随着先进的技术手段和研究方法不断发展，对森林生态学的研究也有了更深入的认识。
例如，利用遥感技术、生态学数据库、计算机程序等手段，研究人员不仅发现不同类型的森林具有不同的生态效益，还深入探讨了森林景观格局与森林生态系统功能的关系，极大地推动了森林生态学研究的进展。
二、土壤生态学作为地球最薄且最重要的有机自然物质层，土壤在陆地上的生态系统演化中发挥着极其重要的作用，以往关于土壤生态研究主要集中在农业、植被等方面。
但随着近些年人们对被称为“地球呼吸器”的土壤孔隙空气及微生物种群等重要成分的注重，对土壤生态研究的需求也越来越高。
近年来，研究人员利用分子生物学技术结合多样化的土壤性质分析方法来研究土壤菌群，用水分分是技术、气候模拟模型等来反应土壤水分变化，通过分析土壤磁场参数探索生物-地理信息互动等科技手段来研究土壤生态学。
这些新研究方法也为我们深入了解土壤生态学的内涵提供了更加坚实的研究基础。
三、陆地生态系统服务陆地生态系统在维持全球各种生态系统平衡的过程中起着至关重要的作用，同时也为人类提供着各种生态系统服务。
例如，陆地生态系统可以为人类提供食物、饮用水、药品和材料等自然资源服务；还可以提供污染防治、碳汇和水文调节等生态保护服务；甚至可通过旅游、文化和符号等多种方式为人类提供生态文化服务。
第15卷第4期2000年8月地球科学进展ADVAN CE I N EA R TH SC IEN CESV o l.15 N o.4A ug.,2000全球变化研究陆地生态系统与气候相互作用的研究进展Ξ曹明奎①,李克让②(①马里兰大学地理系,美国;②中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101)摘 要:陆地生态系统与气候系统通过地面与大气之间能量平衡、水汽交换和生物地球化学循环相互作用,影响大气中温室气体浓度和气溶胶,继而影响气候变化。
较系统分析总结了当代国际上陆地生态系统与气候相互作用的最新研究进展。
首先介绍了陆地生态系统与气候相互作用的机制与过程,总结了陆地生态系统与气候相互作用研究的三个发展阶段,以及当代相互作用的过程模拟研究中三类主要的全球生态系统模型,即生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型。
并介绍了气候对生态系统变化的响应,即两种主要的反馈机制。
最后,对未来的研究方向和重点作了分析。
关 键 词:陆地生态系统;气候变化;相互作用;反馈机制;综合动态生态系统模型中图分类号:Q14212 文献标识码:A 文章编号:100128166(2000)022******* 生态系统与气候系统处在动态平衡之中,一个系统的变化会引发另外一个系统的响应。
人类活动,如土地利用、农业生产和工业废物排放等可使生态系统与气候系统同时发生变化,从而导致了人类、生态和气候之间的复杂相互作用。
尽管人们早就意识到生态系统对气候的重要作用,但直到70年代后期才开始对生态系统变化的气候效应进行深入研究。
气象学家过去一直认为生态系统的结构和功能变化只能改变局部微气象条件,而对全球和区域尺度上的气候变化则影响甚微。
但是近十年来大气环流模型、全球生态系统模型和卫星遥感观测证实了生态系统可在各种尺度上对气候产生作用,是影响气候变化的重要因素。
1 生态系统与气候相互作用的机制与过程近年来的研究指出,生态系统通过生物物理过程和生物地球化学循环对气候过程产生作用。
生物物理过程是受植被形态特征(如冠层高度、结构和叶面积)和生理活动(如蒸腾作用)所影响的辐射、热量、水和动量交换过程。
生物地球化学循环是指碳、氮、硫等元素在无机和有机形态之间的转化过程,它们与CO2、CH4、N2O等温室气体的产生和消耗以及气溶胶体的形成密切相关。
植被类型和覆盖率影响地面反射率、粗糙度和蒸腾蒸发。
不同植被类型在空间上的相间分布可增强大气水平和垂直变化梯度,影响风速、降雨和雷暴发生频率。
植物—土壤系统控制地面蒸腾蒸发,影响区域水文循环。
植物还可通过叶片气孔的开启闭合对蒸腾作用进行生理调节.通常条件下,气孔阻力是空气动力学阻力的10倍,若受到高温和缺水胁迫,其差别将进一步扩大。
气孔阻力因植被类型和环境条件而异。
一般针叶林气孔阻力最大,农作物最低,阔叶林和野生草本植物居中。
气孔阻力在无缺水胁迫和植物生长最适温度下达最低点,随温度偏离最适点及植物水势和CO2浓度的提高而增加。
陆地生态系统是CO2、CH4和N2O等温室气体的源与库。
全球植被和土壤共贮存2200Gt(1Gt= 109t)有机碳,是大气中碳贮量的3倍。
植物光合作用每年固定55Gt CO2,土壤微生物分解释放大致Ξ基金项目:科技部国家重点科技攻关项目“全球气候变化及其影响的若干科学问题研究”(编号:96-911-01)资助。
第一作者简介:曹明奎(19632),男,山西人,博士,访问学者,主要从事全球生态系统与气候相互作用的动力学模型研究。
收稿日期:1999210213;修回日期:2000201210。
相当的CO2到大气中。
生态系统与大气之间净CO2交换速率决定于光合作用、呼吸作用和土壤微生物分解之间的平衡,这些过程受温度、降水、土壤质地和养分供应的强烈影响,因此与全球气候和环境变化密切相关。
生态系统碳贮量及其与大气CO2交换速率的微小变化就能导致大气CO2浓度的明显波动。
北半球大气CO2浓度的季节变化显示了陆地生态系统对碳循环的控制作用。
有机物质的嫌气分解是大气中甲烷的主要来源,但旱地土壤中的甲烷氧化细菌能消耗一部分甲烷。
自然湿地、稻田、反刍动物和垃圾分解每年释放甲烷280 T g(1T g=106t),占大气甲烷总来源的60%。
在湿地和稻田中,甲烷的产生和再氧化受温度、酸碱度、氧化还原电位和淹水深度的影响,并与植物生长密切相关。
植物生长一方面是有机物质的来源,另一方面植物通气组织是土壤中甲烷进入大气以及大气中氧气进入土壤的主要通道,因此控制甲烷产生、氧化及其向大气的传输速率。
反刍动物将其所摄取食物能的3%～8%转化为甲烷,转化率随饲料质量和动物生产效率的提高而降低,因此粗放经营的家畜生产系统比集约生产系统释放更多的甲烷。
N2O是仅次于CO2和CH4的温室气体,大气中N2O的95%来自于生态系统氮循环中的硝化和反硝化过程。
高温、湿润、中性酸碱度,高碳氮含量的土壤是N2O产生的最佳环境。
随土壤水分含量的增加,N2O产生速率出现两个高峰:一个在中等水分含量区(以硝化过程为主),另一个在接近饱和含水量区(以反硝化过程为主)。
嫌气反硝化过程比好气硝化过程有更高的N2O转化效率,但当土壤含水量达到饱和以后,一部分N2O会被反硝化细菌转化为N2,因此N2O释放速率会显著下降。
2 生态—气候系统相互作用的模型模拟2.1 模型研究的历史发展自70年代以来生态—气候系统相互作用研究已经历了三个发展阶段。
在70年代,第一代大气环流模型应用地面参数系统,研究地面反射率、粗糙度和土壤湿度变化对气候的作用。
这些参数系统的引入大大改善了大气环流模型对地面蒸发、显热、潜热交换、水汽汇集和降雨的估计,但它仍然把地面与大气之间的能量和水汽交换作为纯物理过程来模拟,因而不能现实地估计植被—土壤系统变化的气候效应。
80年代以来,第二代大气环流模型与生物物理模型相连接,研究生物物理过程对地面能量转化和水文循环的影响。
生物物理模型考虑植被形态特征(如冠层结构、根系深度、叶面积)和生理过程(植物生长和气孔传导)对蒸腾蒸发和热量交换的影响,应用水势和气孔传导理论模拟植物—土壤—大气连续体的水热交换过程。
这些模型应用70年代大规模资源调查所提供的植被分布、土壤类型和土地利用数据,对区域蒸腾蒸发、降雨和径流做出了比较现实的估计。
这一阶段,这些模型主要应用于分析森林砍伐、作物种植、农田灌溉和沙漠化的气候效应。
生物物理模型的应用揭示了植被类型和覆盖率与区域气候的密切关系,并且首次对生态系统的气候效应作出了定量估计,证实了生态系统变化确实能影响区域及更大尺度的气候特征。
自80年代后期开始,生物地球化学循环对气候的反馈引起人们的关注。
在此之前人们普遍认为整个生态系统CO2的光合固定和呼吸释放是平衡的,即除土地利用导致CO2释放外,生态系统本身生理生态过程的变化对大气CO2浓度没有影响。
但是大气CO2平衡研究发现,大气中CO2积累量和海洋对CO2的吸收量小于CO2总释放量,即产生所谓的碳“失踪”问题(M issing Carbon Sink)[1]。
同时人们发现大气CO2浓度增长、气候变暖和大气氮沉降可提高植物光合速率和生产力,因此估计“失踪”的CO2可能被陆地生态系统所吸收。
在这一时期,对生态系统甲烷和N2O释放的观测和估计也在全球范围内展开。
因此有关全球气候变化的生态学研究的重点转移到生物地球化学循环和温室气体释放上来。
这时大尺度生态系统模拟技术已近于成熟,全球生物地理模型[2,3]和生物地球化学模型[4,5]相继出现,数字化的气候、土壤、植被、地形、水文数据库逐步建立起来。
第三代大气环流模型与这些生态系统模型和数据库相联结,研究气候过程与生态系统过程(如气孔传导、蒸腾作用、光合作用、土壤分解、植被组成和分布的变化等)的相互作用,定量分析生态系统对气候变化的响应和反馈[6,7]。
至此,生态系统和气候系统的相互作用研究,开始以生态过程和气候过程的机理性耦合为基础,但仍局限于生态—气候平衡态变化的灵敏度分析,尚不能描述它们之间的动态相互作用。
2.2 主要的全球生态系统模型概括起来,在生态系统和气候系统相互作用的研究中,经常使用和比较成熟的全球生态系统模型,大致有如下几类。
744第4期 曹明奎等:陆地生态系统与气候相互作用的研究进展 2.2.1 生物物理模型生物物理模型可模拟植被—土壤—大气之间辐射、热量、水和动量转化和交换过程。
其主要类型有Si B模型(Si m p le B i o sp here M odel)[8],BA T S模型(B i o sp here2A tm o sp here T ran sfer Schem e)和L EA F模型(L and Eco system2A tm o sp here Feed2 back M odel)。
这些模型考虑植物叶片对不同波段辐射的选择吸收和反射以及植被冠层对蒸腾蒸发、水热转化和动量交换的影响等。
生物物理模型以M on teith2Per m an方程和D arcy方程(土壤液态水垂直交换与重力和基质水势的关系)为基础,对土壤—植物—大气连续体的水热交换过程进行统一描述。
与传统的水平衡模型相比,生物物理模型考虑了土壤水传导、植被冠层对降雨截留和湿蒸发、叶片气孔阻力和根系对深层土壤水的吸收的影响。
它们所估计的蒸腾蒸发速率较低,但更接近于实际值。
最近几年生物物理模型的应用从分析区域性土地利用的气候影响,转到预测全球植物分布和生长的自然变化对气候的反馈作用[8,9]。
2.2.2 生物地理模型根据植物地理学理论,植物空间分布范围主要取决于生态生理条件,如最低温度、热量和干旱指数,而植被结构(如高度、叶面积指数、根系深度)主要取决于植物生长所需资源的供应,如光照、水和养分。
因此全球气候变化必然导致植被分布和组成的变化。
生物地理模型以植物对环境的生态生理适应性和资源竞争能力为基础模拟植被分布和组成。
它们应用植物功能类型的概念把植物分为树木、灌木和草本生命形式,针叶和阔叶及常绿和落叶生理类型,以及C3和C4光合类型。
代表性的生物地理模型是B I OM E[2]和M A PPS[3]模型。
它们都使用一组生态生理限制条件确定在一区域可能生存的植物种类,并考虑不同植物种类由于生态生理适应性、资源利用能力(如植物高度和根系深度)和光合效率(C3和C4)的差异所产生的竞争优势(或劣势)。
2.2.3 生物地球化学模型生物地球化学模型以气候、土壤条件和植被类型为输入变量,模拟生态系统光合作用、呼吸作用和土壤微生物分解过程,计算植物—土壤—大气之间碳和养分循环以及温室气体(CO2、CH4和N2O)交换通量。
代表性的模型包括B I OM E2B GC[10]、CEN2 TU R Y[4]、T E M[5]和DOL Y[11]模型。
