耦合遥感信息与WRF模式的三江平原沼泽湿地变化对区域气候的影响研究

Under the influence of global climate change and human activities, the climatic effects caused by the shrinking and degradation of marsh have become a hot research field and an important direction of wetland science. On the global scale, marsh can regulate global climate through influencing carbon cycle has been well known; however, on the regional scale the mechanism of how the marsh changes influence the regional climate through bio geophysical processes are still lack of enough attention and comprehensive evaluation. We chose Sanjiang Plain as our study area, which has experienced extremely significant wetland degradation in China. On the basis of collection of the available data and existing materials, and combined with the continuous remote sensing information, we localized the surface parameters and chose the optimal parameterization scheme in WRF model for our study. Based on the simulation results from WRF, we analyzed the effects of marsh changes in Sanjiang Plain on the surface radiation balance, water and heat exchanges and regional climate. Then combined with field observation data we will reveal the bio geophysical influence mechanism of marsh changes on regional climate change. Compared with the actual trajectory of climate change since 1950S we will clarify the impacts and contribution rate from marsh changes on regional climate over the past 60 years in the Sanjiang plain, which can provide scientific basis for predicting the impact of " Returning Farmland to Wetlands " of Sanjiang plain in the future on regional climate and ensuring regional ecological security.

在人类活动和全球气候变化的双重影响下，沼泽湿地大面积萎缩和退化对气候的影响与反馈已成为湿地科学研究的热点领域和重要方向。在全球尺度上，沼泽湿地变化通过影响全球碳循环对全球气候系统的扰动已得到广泛关注；然而在区域尺度上，沼泽湿地变化通过生物地球物理过程影响区域气候的机制尚缺乏足够的重视与全面的评估。本项目以我国沼泽湿地退化极其显著的三江平原为研究区，在搜集与整理现有研究资料的基础上，首先基于时空连续的遥感信息对WRF模式进行地表参数本地化和模式调优；在此基础上采用该模式模拟分析三江平原沼泽湿地变化对地表辐射收支、水热交换和区域气候影响，结合野外观测数据，揭示沼泽湿地变化影响区域气候的生物地球物理机制；参照1950S以来实际的气候变化轨迹，厘清近60年以来三江平原沼泽湿地变化对区域气候的影响和贡献率，从而为预测未来三江平原“退耕还湿”对区域气候的影响以及保障区域生态安全提供科学依据。

人类活动与全球气候变化的双重胁迫作用下，三江平原湿地变化经历了湿地开垦为旱地和旱地向人工湿地转变的演变历程。然而，湿地开发与恢复对区域气候环境的影响及其生物地球物理机制尚不明确。本项目利用三江平原逐日气象站点观测数据、再分析数据、时间序列的土地利用/土地覆被数据、叶面积指数数据、反照率数据等，通过将遥感技术与区域气候模式相结合的方法，探究了三江平原湿地变化对区域气候的影响。研究结果表明：湿地变化的阶段性导致了气温效应的阶段性，湿地垦殖为旱地使生长季气温以0.28℃/十年的速率增高，而旱地转变为人工湿地使气温以0.33℃/十年的速率降低。通过分析遥感观测的地表温度数据发现，湿地转变为旱地能够导致生长季地表增温1.29℃，湿地转变为水田则导致0.04℃的增温，而旱地向人工湿地的转变会造成地表降温1.14℃。基于地表温度响应模型，评估了湿地变化对地表温度影响的生物地球物理机制，结果表明湿地-旱地-水田之间的转变在影响地表温度的过程中，非辐射过程即蒸散发的作用占主导，反照率的影响相对较小。.针对2000年以来旱地大面积转变为水田这一典型的土地利用变化过程，利用区域气候模式WRF对人工湿地增加对区域气温和降水的影响进行了情景模拟，结果表明，高精度的土地覆被数据、时空连续的地表参数数据包括叶面积指数和反照率以及符合实际的初始场数据能够有效提高模式的模拟精度。通过模式模拟情景间的对比发现：人工湿地的增加能够降低三江平原生长季气温，降温幅度可达0.16℃。人工湿地(水田)的增加将消耗大量的水资源，其带来的水资源问题一直是关系到区域可持续发展的关键问题，本研究结果表明，湿地的增加能够有效增加三江平原生长季降水，增幅可达0.30mm/d，这在一定程度上补偿了水田灌水消耗的水资源。项目研究结果既能够完善土地利用/覆被变化对全球变化的响应与反馈研究，又能够为缓解区域气候变化、人工湿地的恢复和区域农业及水资源可持续发展等提供科学依据与决策建议。