中国温带草原区植被变化对区域气候的影响研究

Investigating the interactions between global change and terrestrial ecosystem is a critical focus for global change studies. Vegetation activity is not only affected by climate change, but also plays an important role in the change of regional climate. Investigating the impact of vegetation on regional climate change is becoming an important aspect of climate change studies. As one of the most widespread vegetation types worldwide, grassland covers large, continuous areas both in temperate and tropic regions. The temperate grassland region of China, which is an ecological fragile zone, is the third largest grassland area in the world. Temperate grassland vegetation in this region is reported to have an important role in regional climate change. Recently, dramatic land use/land cover (LULC) changes have occurred in this region due to human disturbances, such as overgrazing, conversion from grassland to cropland, and so on. So far, the effects of grassland vegetation change or LULC change on regional climate are still not well understood. By applying traditional remote sensing technology and observation minus reanalysis method, this project attempt to examine the effects of vegetation change on regional climate, and to project further climate change in temperate grassland region of China. A regional climate model and the results of site experiment and survey are used to achieve the research objects. The results will be helpful to improve the research on the relationship between vegetation and climate change, and to provide a scientific basis for ecological environment construction in the temperate grassland region of China.

全球变化与陆地生态系统相互关系的研究是当前全球变化研究的核心领域之一，陆地生态系统对气候变化的响应及其反馈一直是其焦点问题。作为生态系统的重要组成部分，植被在受气候影响的同时，还可能会对区域气候起到一定的调节作用。草地植被是地球上分布最为广泛的植被类型之一，主要分布在热带和温带地区。中国温带草原区被认为是世界上第三大草地分布区，在最近几十年，由于人类活动的影响，温带草原区土地利用/覆被发生了重大变化，如大面积草地被开垦为农田；过度放牧使得草地发生大面积退化。目前，有关温带草原区草地植被覆盖变化及土地利用/覆被变化对区域气候所产生的影响仍不明确。本项目将传统遥感技术与“观测减去再分析”方法相结合，利用区域气候模型，结合立地实验和样点调查结果，开展温带草原区植被变化对区域气候影响的研究。研究结果既能够完善植被与气候变化关系研究，又能够为缓解区域气候变化、温带草原区生态环境建设提供科学依据。

生态系统植被对气候变化的响应及反馈一直是全球变化研究的焦点问题。目前，有关温带草原草地植被变化对区域气候所产生的影响仍不明确。本项目利用中国温带草原区76个气象站点逐日观测气象数据、再分析气象数据、GIMMS NDVI数据及两期土地利用/覆被等数据，通过将传统遥感技术与“观测减去再分析”方法相结合，利用区域气候模型，结合立地实验和样点调查结果，探究了中国温带草原植被变化对区域气候的影响。研究结果表明：中国温带草原区年均降水量在过去的55年总体呈现轻微的降低趋势，气温呈现明显增温趋势，其中最低气温的增温幅度要大于最高气温增温幅度。中国温带草原植被生长季NDVI在1982-2016年总体呈现增加的趋势（0.01/10年），其中温带草甸植被NDVI升高最为明显。研究发现温带草原区不同类型草地植被对气温的影响不同，温带草甸、温带典型草原和温带荒漠草原植被的存在分别导致对应植被分布区域最高气温每十年上升0.079°C，0.214°C和0.349°C，最低气温每十年上升0.271°C，0.308°C和0.371°C。在生长季内不同月份，温带草甸草原和典型草原对最高气温的影响在不同月份存在明显差异，而温带荒漠草原植被对最高气温和最低气温的影响在不同月份无明显差异。利用区域气候模式对草地植被变化引起的气温变化进行了模拟，结果表明中国温带草原区草地植被退化将导致地表温度升高，而草地植被覆盖的升高会对地表气温起到一定的降温作用。温带草甸植被生长变化会对地表温度产生一定影响，而温带典型草原与温带荒漠草原的植被生长变化对气温无显著影响。过去的几十年，在人类活动影响下，中国温带草原区大面积的草地变为农田和裸地，在草地植被转为农田情况下，由于农田白天蒸散冷却作用，白天最高温明显降低，从而引起昼夜温差下降；而草地退化或变为裸地会引起地表最高气温明显上升，由于草地退化或变为裸地对地表最低气温影响并不显著，从而导致地表昼夜温差迅速上升。项目研究结果既能够完善植被与气候变化关系研究，又能够为缓解区域气候变化、温带草原区生态环境建设及草地资源可持续利用提供科学依据。