极端气候事件对区域森林生态系统碳循环的影响

Extreme climate events (ECEs, i.e., drought and ice storms) occur more frequently and intensely in recent years in China in general and Hunan Province in particular. ECEs often lead to severe tree mortality and further impact the structure, processes and functions of regional forest ecosystems. However, how ECEs impact on tree mortality and carbon cycle still remains poorly understood. Specifically, the goal of this proposed study is to answer the following key questions via integrating various data (e.g., forest inventory, remote sensing, tree ring width, and other data sources) with statistical and process-based models:.1) Explore the impacts of climatic factors on tree mortality and carbon cycle (i.e., biomass and productivity) in recent years..2) Improve the predictive ability of process-based models in simulating the impacts of major ECEs (i.e., drought and ice storms) on carbon cycle..3) Detect early warning signals of tree mortality for main tree species; reveal the environmental threshold of declining biomass and productivity in forests; project the processes of responses of forest carbon cycle to major ECEs and resilience processes under the different climate scenarios (i.e., baseline, future, drought, and ice storms) and the different forest restoration management models (M1~M8), and formulate strategies for mitigation and adaptation..This proposed study aims to provide a scientific basis and technical support for maintaining and improving the capacity of forest ecosystems services supply in regional scale.

在全球气候变化背景下，近年来湖南省极端气候事件(干旱和冰冻)频发，造成严重的树木死亡，并进一步改变区域森林生态系统结构、过程和功能。然而，极端气候事件如何影响湖南森林生态系统碳循环尚不清晰。本研究集成森林资源清查、遥感、树轮宽度等数据，结合统计模型与机理模型等技术手段，1) 探究近年气候因子对树木死亡与森林生态系统碳循环(生物量、生产力)的影响；2) 提升机理模型对主要极端气候事件(干旱和冰冻)影响森林生态系统碳循环的模拟预报精度；3) 侦测主要树种的树木死亡预警信号；揭示森林生态系统生产力/生物量下降的环境阈值；模拟四种气候情境(基准、未来、干旱、冰冻)、八种森林恢复经营模式(M1~M8)下，湖南森林生态系统碳循环对主要极端气候事件的响应与恢复过程，并制定应对策略。旨在为区域尺度森林生态系统服务供给能力的维护提升提供科学依据和技术支撑。

在全球气候变化背景下，近年来湖南省极端气候事件频发，引发树木死亡并改变区域森林生态系统结构、过程和功能。基于森林清查数据、气象数据、年轮数据及遥感数据等多源数据，运用ED-2.2过程模型、树木年代学及统计分析等多种研究手段，探究了森林生产力对极端气候事件的响应。从ED-2.2过程模型初始化、模型参数率定、模型验证以及极端气候事件情景设置四个方面实现了模型参数本土化、极端气候事件情景化，并提升了模型模拟预测精度。湖南省森林资源连续清查数据（2004~2009年，涵盖2008年冰灾）分析结果显示：年降水量对森林冰灾发生、样地树木死亡数量及树木死亡生物量均具有显著（p<0.05）正效应。过程模型模拟结果显示：杉木针阔混交林对高频雨雪冰冻灾害及其受害林木清理的抵抗力和恢复力强于杉木针叶林，尽管在耐阴阔叶树种入侵下，针叶树可以继续占据林冠层的主导地位，但尚不能排除未来森林群落以耐阴阔叶树为主的可能性；相较于夏秋季节性干旱或增温单一情景，夏秋季节性干旱-增温联合情景对亚热带针叶林（杉木林、马尾松林）生产力有更强的抑制作用，夏秋季节性干旱对亚热带针叶林生产力的影响存在遗留效应。树木年代学研究结果强调：干旱引起的亚热带森林树木生长衰退可能是一种普遍现象，需要进行更多大规模的树木年轮研究来验证。应对策略：在高频率雨雪冰冻灾害及其受害林木清理后，建议继续重视并加强杉木人工林灾后森林经营管理，并适当人工补植杉木；为增强亚热带针叶林对干旱与增温的抗逆性和适应性，建议适当人工补植抗逆性更强的树种。