未来气候变化对我国北方沙地影响的定量分析

The semi-arid region in North China is one of the areas that has experienced expansion of sand fields in recent decades with serious consequences on the lives of hundreds of million people. How these sand fields will respond to global warming is, therefore, an important scientific question with great practical significance. This project aims to assess the potential impacts of climate change on the dynamics and spatial distribution of sand fields in the semi-arid region in North China through the following steps. First, based on continuous remote sensing data and climate data, we will develop a statistical model based on modern techniques such as geographically weighted regression and generalized linear model to evaluate the correlation between desertification and climate factors such as temperature, precipitation and wind. Second, based on IPCC mid and high greenhouse gas emission scenarios, we are going to use CMIP5 GCM ensemble to drive a regional climate model RegCM4 in order to establish high-resolution climate projections for the future. Finally, we are going to combine the climate model output and the statistical model to project future spatial distribution of sand fields in North China.

本项目拟研究在未来气候变化的背景下我国北方半干旱地区沙地的空间分布及动态变化。主要包括以下工作：第一，基于连续的大面积遥感数据与气候数据分析，利用地理加权回归和广义线性模型等现代统计手段对沙漠化与气候变化建立更为准确的定量关系，利用该统计模型量化分析气候与非气候因素对沙漠化的影响及其历史趋势，并对其适用性和不确定性进行分析与实地检验。第二，根据IPCC未来温室气体中、高排放情景，用CMIP5全球气候模式的集成模拟结果作为强迫，驱动高分辨率的RegCM4区域气候模式，对中国北方地区的未来气候变化进行更为细致地模拟。最后，本项目拟将气候模拟结果与统计模型相结合，预测北方沙地在未来气候变化的背景下的发展趋势，对未来我国北方沙地沙漠化进程提供新的科学认识，并为未来沙漠化预测和防治提供科学基础。

我国北方沙地是沙尘暴的主要沙尘源区，同时还跨越了我国面积最大的农牧交错带。脆弱的生态环境和复杂的土地利用方式，使得监管和预测这些地区的沙漠化进程成为经济和社会发展的当务之急。研究区地处半干旱气候和半湿润气候的过渡区，植被生长对气候变化的响应十分敏感。本课题旨在通过了解和量化近期气候变化与植被变化之间复杂的相关机制，从而有效预测未来沙地植被生长的变化趋势等。.本项目严格按照申请书和项目计划书开展研究工作。首先，通过利用长时间序列的遥感植被数据集、再分析气候要素数据集、CMIP6全球气候模式，量化了植被指数与气候要素之间的相关关系；然后，构建的区域统计量化模型，并预测在本世纪中后期的植被生长变化趋势。初步结果表明在未来研究区气候会出现暖湿化的趋势，同时植被指数虽然在数值上表现为上升的变化，但随着未来时间长度的增加和模拟排放情景的上升，植被指数上升的幅度会不断减小，因此，未来气候变化对研究区植被的影响存在不确定性。此外，不同地区沙漠化土地和植被响应气候变化的过程可能存在差异。本研究在北方沙地及周边地区展开，不仅有助于理解沙地及周边地区不同植被类型对气候变化的响应差异，更有助于提高沙漠化预测模型的可信度。上述研究结果发表在International Journal of Climatology 以及Land Degradation & Development等国际主流期刊上。目前，受本项目资助已发表SCI论文6篇，包括第一资助2篇。.本研究不仅详细解释了气候变化对植被生长的影响机制并构建了区域性的量化统计模型，还量化了自然气候和人为活动对历史植被生长的影响。下一步的工作将重点考虑多时间尺度和多排放情景等级来共同比较，从而得出更为可靠的预测结论。本课题的研究结果，有助于土地监管部门制定气候变化适应对策，对区域防沙治沙政策制定也有一定参考价值。