黄土高原退耕还林（草）对区域气温的影响及其生物地球物理机制研究

Impacts of land use/cover change (LUCC) process on regional climate and interaction mechanism is an important issue in the field of global change research. Our project is focus on the scientific issues including the methods and uncertainty in the LUCC climate effects modeling, and the effects of LUCC on the regional temperature as well as its biogeophysical mechanism. We selected the Loess Plateau as our study region, which is one of the most typical areas with the intense land use change. On the basis of collection of the available data and existing materials, and combined with the ground observation and remote sensing data, we estimated the impacts of land use change on the surface biophysical parameters. Based on the localization parameters in the regional climate model and sensitivity experiments, we reduced regional climate model simulations uncertainty. Then, we simulated the effects of returning cropland to forestland and grassland on the regional temperature with the help of the regional climate model WRF model. We analyzed the contribution of the land use change by changing the land surface - air interface processes in the climate change. At last, we revealed the biogeophysical mechanism of regional climate effects of returning farmland to forestland and grassland using the radiant energy flux data from the WRF model output data. As well, we predicted the future regional climate effects of returning farmland to forestland and grassland in the Loess Plateau. Our research can offer some scientific basis to the Loess Plateau and national on the food security and strategies to address climate change.

土地利用/覆被变化(LUCC)对气候的影响及其机理一直是全球变化研究所关注的热点问题。针对区域气候模式模拟LUCC区域气候效应的方法及其不确定性、LUCC对区域气温的影响及其生物地球物理机制等科学问题，本项目以我国土地利用变化剧烈的典型区域之一黄土高原为研究区，在收集与整理现有研究资料的基础上，采用地面观测与遥感结合的方法估算土地利用变化对地表生物物理参数的影响，以区域气候模式参数本地化和敏感性实验为基础，减少区域气候模式模拟结果的不确定性，利用区域气候模式WRF模式模拟黄土高原退耕还林（草）对区域气温的影响，厘定退耕还林（草）通过改变地表陆—气界面过程影响气候变化的贡献率，并结合模式输出的辐射能量通量数据揭示退耕还林和还草的区域气候效应的生物地球物理机制，预测未来黄土高原继续进行退耕还林（草）的区域气候效应，为黄土高原以及国家保障粮食安全和制定应对气候变化相关策略提供科学依据。

本项目以黄土高原为研究区，在收集与整理现有研究资料的基础上，采用地面观测与遥感结合的方法估算土地利用变化对地表生物物理参数的影响，以区域气候模式参数本地化和敏感性实验为基础，减少区域气候模式模拟结果的不确定性，利用区域气候模式WRF模式模拟黄土高原退耕还林（草）对区域气温的影响，结合模式输出的辐射能量通量数据揭示退耕还林和还草的区域气候效应的生物地球物理机制。主要有以下几点结论：（1）退耕还林在黄土高原不同气候区会导致反照率明显下降，而且在半干旱区反照率下降最为明显。退耕还草在半湿润区和半干旱区会导致反照率降低，但在干旱区和高原区会导致反照率增加。在不同气候区，退耕还林和退耕还草均会导致比辐射率呈现下降趋势。（2）退耕还林在在黄土高原不同气候区均会导致地表向大气供热增加，对温度上升具有正效应。在干旱区，退耕还林导致的地表向大气供热增加幅度最小，而在高原区增加幅度最大。与退耕还林不同，退耕还草并非导致全部气候区地表向大气供热增加。在半湿润区、半干旱区和高原区，退耕还草会导致地表向大气供热增加，但在干旱区，退耕还草会导致地表向大气供热降低。（3）2000年至2010年，退耕还林导致了整个黄土高原年均温度仅增加0.003℃，气温日较差增加0.003℃。退耕还草导致了整个黄土高原温度年均仅增加0.004℃，其中，春季和秋季增温相对较为明显，分别约为0.007℃和0.008℃。在不同的气候区，退耕还草对平均温度的影响差异较为明显。但所有平均温度的变化均在-0.005℃到0.018℃之间，温度变化相对较小。退耕还林还草对气温日较差的影响较对平均温度的影响相对大些。通过本研究可为国家保障粮食安全、可持续发展、制定应对气候变化和生态保护相关策略提供科学依据。