国家自然科学基金申请书 报告正文 (一)立项依据与研究内容(4000-8000字):(研究意义、国内外研究现状 及分析,附主要参考文献目录。) 项目的立项依据(研究意义、国内外研究现状及分析,附主要参考文献目录。 全球气候呈现变暖的趋势,20世纪比19世纪平均升温0.4-0.8℃。近20年尤为明显,20世纪最暖 的9年都发生在1980年以后,90年代是近2000年以来最暖的10年。科学家预测,如果不限制CO2的排 放,到2080年空气中CO浓度很可能达到前工业时代的两倍,全球将升温3℃。据气候模型预测,陆 地表面温度比海洋表面高1倍,特别是高海拔地区冬天升温很快。由人类活动引起的气候异常和 环境恶化引起各国政府、科学家和公众的关心。1997年在京都召开的联合国气候大会( UNFCCO) 上160个会员国通过了京都议定书,旨在限制各国温室气体的排放量。陆地生态系统是人类赖于生存 与可持续发展地生命支持系统,全球变化研究最实质地过程与目标研究是研究人类活动引起地全球 变化对陆地生态系统与人类生存环境地作用及其响应。正因如此,国际生物圈计划的核心研究项目 “全球变化与陆地生态系统(GCTE)”成为当前国际全球变化研究中最为活跃和不断扩展的项目 在国内,张新时和彭少麟构建了覆盖中国关键生态区的两条陆地生态样带(东北样带和东部南北样 带),目前这两条样带已成为国际全球变化研究的核心样带,获得了一系列重大科研成果,推动了国 际全球变化与陆地生态系统(CTE)和陆地样带(NECT研究。 西北干旱、半干旱地区,是我国全球变化一、二级敏感带所在地,近50年实测记录表明中国西 北地区以02℃·(10年}-1的趋势升温,特别是20世纪80~90年代升温迅速。近50年新疆北部升 温更高达1.4℃,远高于近百年全球平均升温水平。气候变暖,势将导致海洋与陆地水体蒸发和大部 分海洋和陆地降水增加,1987年起新疆以天山西部为主地区降水量、冰川消融量和径流量连续多年 增加,导致湖泊水位显著上升、洪水灾害增加、植被改善、沙尘暴减少.新疆其他地区以及祁连山中西 段的降水和径流也有增加趋势。针对这种变化,施雅风、张国威和胡汝骥等提出中国西北特别是新 疆地区气候有由暖干向暖湿转变的趋势"8。所以,研究西北地区区域尺度上陆地生态系统对气候变 暖的响应具有重要的科学意义 由于植被具有明显的年际变化和季节变化的特点,并且是联结土壤、大气和水分的自然“纽带”, 在一定的程度上能代表土地覆盖的变化,在全球变化研究中充当“指示器”的作用,所以对植被的 动态监测可以从一定程度上反映气候变化的趋势。植被与气候之间的相互作用主要表现在两个方面: 植被对气候的适应性与植被对气候的反馈作用。升温、降水量增加和CO2浓度增高等变化会引起植 被生态系统功能的变化,包括光合作用、呼吸改变和生长季节与物候等,最终影响全球碳平衡格局。 所以我们需要模拟植物碳平衡、径流量、生物量和叶面积指数① Leaf Area Idenx, LAD的格局和动态对 气候变化的响应。气候-植被关系的硏究是全球变化与陆地生态系统硏究的基础和核心问题,不仅有 助于从机理上理解CO浓度倍増及气候变化(温度与降水等)对植物的影响,解释植被变化的原因 而且可以为建立机理模型提供各种参数与 气候-植被关系的研究在国内外广泛地开展。例如,张新时和周广胜等在气候-植被分类方面做了 大量研究工作:;刘纪远等基于GIS的中国植被综合分类研究,选择气温、降水和高程作为3个影 像植被的主要指标倪键等利用BOME3模拟中国潜在植被和年净初级生产力( net primary production,NPp)2;高琼等利用系统空间仿真的方法模拟了NECT内植被生产力生物量对CO2浓度加 倍及其导致气候变化的响应1 反映瞬时的陆地生态系统对快速气候变化的响应,需要更多的包含了植被动态和生物地球化学 过程的综合模型。动态全球植被模型( Dynamic Global Vegetation Model,DGM)应运而生l+1n 如Ⅴ ECODE( Vegetation Continuous Description model)、LPJ(Lund- Potsdam- Jena model)、 ETEMA 第5页 版本1.0084国家自然科学基金申请书 第 5 页 版本 1.008.499 报告正文 （一）立项依据与研究内容（4000-8000 字）：（研究意义、国内外研究现状 及分析，附主要参考文献目录。） 1. 项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。） 全球气候呈现变暖的趋势，20世纪比19世纪平均升温0.4-0.8℃。近20年尤为明显，20世纪最暖 的9年都发生在1980年以后，90年代是近2000年以来最暖的10年。科学家预测，如果不限制CO2的排 放，到2080年空气中CO2浓度很可能达到前工业时代的两倍，全球将升温3℃。据气候模型预测，陆 地表面温度比海洋表面高1倍，特别是高海拔地区冬天升温很快[1-4]。由人类活动引起的气候异常和 环境恶化引起各国政府、科学家和公众的关心。1997年在京都召开的联合国气候大会（UNFCCC） 上160个会员国通过了京都议定书，旨在限制各国温室气体的排放量。陆地生态系统是人类赖于生存 与可持续发展地生命支持系统，全球变化研究最实质地过程与目标研究是研究人类活动引起地全球 变化对陆地生态系统与人类生存环境地作用及其响应。正因如此，国际生物圈计划的核心研究项目 “全球变化与陆地生态系统（GCTE）”成为当前国际全球变化研究中最为活跃和不断扩展的项目[5]。 在国内，张新时和彭少麟构建了覆盖中国关键生态区的两条陆地生态样带（东北样带和东部南北样 带），目前这两条样带已成为国际全球变化研究的核心样带，获得了一系列重大科研成果，推动了国 际全球变化与陆地生态系统(GCTE)和陆地样带(NECT)研究。 西北干旱、半干旱地区，是我国全球变化一、二级敏感带所在地，近 50 年实测记录表明中国西 北地区以 0 2℃·(10 年)-1 的趋势升温，特别是 20 世纪 80～90 年代升温迅速。近 50 年新疆北部升 温更高达 1.4℃，远高于近百年全球平均升温水平。气候变暖,势将导致海洋与陆地水体蒸发和大部 分海洋和陆地降水增加，1987 年起新疆以天山西部为主地区降水量、冰川消融量和径流量连续多年 增加,导致湖泊水位显著上升、洪水灾害增加、植被改善、沙尘暴减少.新疆其他地区以及祁连山中西 段的降水和径流也有增加趋势。针对这种变化，施雅风、张国威和胡汝骥等提出中国西北特别是新 疆地区气候有由暖干向暖湿转变的趋势[6-8]。所以，研究西北地区区域尺度上陆地生态系统对气候变 暖的响应具有重要的科学意义。 由于植被具有明显的年际变化和季节变化的特点，并且是联结土壤、大气和水分的自然“纽带”， 在一定的程度上能代表土地覆盖的变化，在全球变化研究中充当“指示器”的作用，所以对植被的 动态监测可以从一定程度上反映气候变化的趋势。植被与气候之间的相互作用主要表现在两个方面： 植被对气候的适应性与植被对气候的反馈作用。升温、降水量增加和CO2浓度增高等变化会引起植 被生态系统功能的变化，包括光合作用、呼吸改变和生长季节与物候等，最终影响全球碳平衡格局。 所以我们需要模拟植物碳平衡、径流量、生物量和叶面积指数(Leaf Area Idenx, LAI)的格局和动态对 气候变化的响应。气候-植被关系的研究是全球变化与陆地生态系统研究的基础和核心问题，不仅有 助于从机理上理解 CO2浓度倍增及气候变化（温度与降水等）对植物的影响，解释植被变化的原因， 而且可以为建立机理模型提供各种参数[5]。 气候-植被关系的研究在国内外广泛地开展。例如，张新时和周广胜等在气候-植被分类方面做了 大量研究工作[5,9,10]；刘纪远等基于GIS的中国植被综合分类研究，选择气温、降水和高程作为3个影 像植被的主要指标[11]；倪键等利用BIOME3模拟中国潜在植被和年净初级生产力（net primary production, NPP）[12]；高琼等利用系统空间仿真的方法模拟了NECT内植被生产力生物量对CO2浓度加 倍及其导致气候变化的响应[13]。 反映瞬时的陆地生态系统对快速气候变化的响应，需要更多的包含了植被动态和生物地球化学 过程的综合模型。动态全球植被模型（Dynamic Global Vegetation Model，DGVM）应运而生[14-17]。 如VECODE (Vegetation Continuous Description model)、LPJ（Lund-Potsdam-Jena Model）、ETEMA