过去300年中国森林覆盖变化对气候变化的影响模拟研究

This project will collect more historical land use/cover data to update the existing Chinese Historical Land Use/Cover Dataset. Then, through integrated analysis on the data from multiple sources, we will reveal out the land use/cover changes (LUCC) induced by deforestation/afforestation in the China over the past 300 years. We will also design and implement a sub-gridding improvement for the Noah-MP land surface scheme to express the historical LUCC accurately in the WRF-NoahMP model(the WRF model with Noah-MP land surface scheme). Through integrated analysis on the remote sensing data and field measurement data, we will construct a local land surface parameters dataset to improve the ability of WRF-NoahMP model for the China. Finally, through simulation with the Community Earth System Model (CESM), we will create a dataset of global climate changes over the past 300 years. Using the CESM simulated global dataset to one-way nest improved WRF-NoahMP model, we will simulate the Chinese climate changes with high resolution over the past 300 years under the conditions of including and excluding deforestation/afforestation-induced LUCC respectively. Using the WRF-NoahMP simulations, we will perform diagnostics to reveal the regulations of deforestation/afforestation of China on the tendency of climate changes and climate variability. Particularly, we will clarify the temporal and spatial variations of these regulations and research the mechamism of occurance of the temporal and spatial variations. This project would provide scientific support for understanding dynamics of climate changes of China over the past 300 years and predicting the effects of deforestation/afforestation on climate changes under the future climate scenarios; this project would be also valuable for improving our ability of addressing climate changes.

本项目在补充收集历史土地利用/覆盖资料的基础上，更新"中国历史土地利用/覆盖数据库"，通过对多源数据集成分析，揭示过去300年毁林/造林引起的土地利用/覆盖变化（LUCC）的时空特征；针对WRF-NoahMP模式，设计陆面模型的次网格化方法，实现LUCC在模式中的高精度表达，并在综合分析定量遥感和野外观测数据的基础上，建立中国本地化的地表参数集，提高模式在中国的适用性；利用通用地球系统模式（CESM）模拟生成过去300年全球气候变化数据集，单向嵌套改进的WRF-NoahMP模式，分别进行包含和移除毁林/造林过程的过去300年中国气候变化高分辨率模拟，通过统计诊断，定量分析森林覆盖变化对气候变化趋势和变率的影响，阐明影响的时间演变和空间分布特征及其形成机制。本项目将为理解过去300年中国气候变化动力机制和预估毁林/造林对未来气候变化的影响提供科学依据，同时也为应对气候变化提供科技支撑。

过去300年中国农、林地主导的大尺度LUCC的气候效应是全球变化研究的热点问题，具有重要的现实和理论意义。本项目按照《计划书》设计的研究计划，完成了预定的研究内容，实现了研究目标。.首先，本项目通过对现代森林和耕地分布与自然地理要素关系的深入分析，构建了森林空间分布适宜性模型和耕地空间分布适宜性模型；进而，利用这些模型，以卫星遥感的1980年的土地利用/覆盖为起点，倒推朔源，对册载耕地和林地面积进行空间格网化分配，建立了1700-2000年多类型协同变化的LUCC数据集。利用该数据集，揭示了过去300年中国耕地、森林变化主导的LUCC时空规律。.同时，本项目利用GLASS和MODIS的植被叶面积指数（LAI）产品，计算了各类土地利用/覆盖的LAI数值，建立了本地化的LAI查算表，实现了WRF/Noah-MP模式主要地表参数的本地化；并且，在WRF/Noah-MP模式框架下，研制了基于面积加权算法的地表主要参数次网格参数化方案，研制了依赖于模式气象条件的农业灌溉参数化方案，改进了WRF模式表达地表空间异质性和人类活动的能力，提高了模拟精度。.最后，本项目利用CESM模式和改进的WRF模式，开展了一系列的模拟试验。研究发现，东亚夏季风深受气候系统内变率的影响，并且这种影响是不稳定的，存在多尺度特征；过去300年来，中国农、林地变化主导的大尺度LUCC对冬、春季节温度的影响较大，对夏、秋季节影响较小，并且LUCC数据精度对模拟结果有显著影响。近30年来，中国东北部的毁林开荒具有降温效应，东南部的毁林开荒则具有升温效应，主导前者的是反照率（热力学）机制，主导后者的则是湍流垂直输送（动力学）机制；大尺度LUCC总体上削弱了东亚夏季风，但是LUCC对降水的影响随气候年际变化而异。另外，毁林开荒之后，在农业用地系统内部，作物长势与农业灌溉也可显著影响当地气候。.项目共计发表21篇研究论文，其中SCI论文13篇，CSCD论文8篇，达到了考核要求。研究成果丰富了区域气候形成与变化的理论体系，并且对通过大范围的生态建设减缓气候变暖及降低气象灾害的频率和强度具有重要的指导意义。