基于改进IBIS模型的气候变化下祁连山生态系统潜在变化模拟与人类活动影响评估

This proposal intends to improve the IBIS (Integrated Biosphere Simulator) model according to vegetation and topography characteristics of Qilian Mountains and adjust its key parameters and processes in order to accurately simulate vegetation distribution and NPP changes driven by climate change in the recent 40 years. Then, this project will compare the simulated vegetation changes with the actual changes monitored by remote sensing to assess the direct influences of human activities on the Qilian Mountains ecosystems in the recent decades. Effects of ecological protective construction and local Ecological Damages since the year 2000, the beginning of West China Development, will be focused. The optimized IBIS model in this project for alpine mountainous areas will help us to further understand and verify the mechanism of climate-driven dynamics in alpine ecosystems and lay a scientific foundation for the simulation of surface processes in key areas. The study will also provide a new method for quantitatively assessing the impact of human activities on terrestrial ecosystems and yield a scientific basis for governments to formulate ecological strategies at the regional scales. It would also be expected to support the decision-makings for the current pilot project of constructing the Qilian National Park.

本项目拟针对祁连山植被、土壤和地形特征对IBIS（Integrated Biosphere Simulator）模型进行关键参数修订和基于土壤水分和太阳辐射地形修正的过程优化，以期望准确模拟近四十年来气候变化驱动下祁连山植被类型和NPP的潜在变化，然后对比模拟结果与遥感监测的实际变化间的差异，进而分析人类活动对祁连山生态系统的直接影响，并着重评估2000年西部大开发以来生态建设保护效应和局部生态破坏程度。拟构建的区域优化IBIS模型，将帮助我们进一步理解和验证气候驱动高寒生态系统动态变化的过程和机理，为我国关键区域地表过程模拟奠定科学基础。研究还将为评估人类活动对陆地生态系统的影响提供方法探索，为政府区域尺度的生态战略制定提供科学依据，同时为当前祁连山国家公园体制试点提供决策支持。

项目组在一年执行期内按项目计划书和研究方案有序开展了研究，现已完成项目工作并达到了既定目标。基于项目研究成果，目前已发表SCI论文1篇，核心期刊论文2篇，另有两篇SCI论文正在审稿。项目培养研究生3名，毕业1名。.项目根据祁连山地形、植被和土壤特征修订了IBIS模型中地形对土壤水分下渗和太阳辐射量的影响函数，优化了叶面积指数动态模拟，完善了土壤水分胁迫模拟，改进了土壤厚度空间化框架，构建了适宜高寒山地生态系统的区域优化IBIS模型。构建完成的模型适宜系统地模拟高寒山地生态系统的演化过程。项目基于优化模型，模拟了2000年西部大开发以来气候变化驱动下的祁连山生态系统潜在变化。结合遥感监测数据，通过对比分析获得人类活动对祁连山生态影响的贡献，评估了该时段内人类活动对NPP的平均影响及其发展趋势，进而评估了生态保护措施的实施效果以及局部开发不当导致的生态破坏。研究结果表明，2000年来祁连山生态系统实际NPP整体表现出增长趋势，增长明显的区域主要分布在祁连山东段地区。这种生态改善趋势很可能并不源自气候变化的结果，因为气候驱动的潜在NPP在该时期主要表现为降低趋势。值得注意的是，2000年来的人类活动对祁连山生态总体上起到了正向的积极作用。该作用在东段限牧山地表现尤为明显，然而在西段中低山荒漠地区仍存在由于放牧造成的生态破坏。与此同时，2000年以来祁连山大部分地区人类活动的生态影响正朝着好的方向发展。因而，人类活动才是目前祁连山生态总体改善的主要驱动力。.项目建立的基于过程模型的评估方法，可以从监测到的地表综合变化结果中有效地剥离气候驱动力引起的自然变化，并在该基础上进行科学、有效的人类活动影响评价，特别是能够从时间和空间上厘清当前生态建设成效和生态破坏情况。项目组基于研究成果，已经拟好《祁连山生态环境的人类影响评估报告2000-2019》，该报告拟通过相关渠道提交甘肃省政府相关部门参考。