青藏高原碳循环特征及其对气候影响的数值模拟.pdfVIP

青藏高原碳循环特征及对气候影响的数值模拟· 范广洲①周定文∞李洪权①刘雅勤。华维。李学敏① (①成都信息工程学院地球环境科学系，四川成都，610041) (②中国科学院大气物理研究所，北京，100081) 摘 要利用CCM3和LSM辑个模式，模拟研究了青藏高原生态系统碳循环特征及对气候变 化的可能影响。研究发现，高原生态系统c02各通量都存在明显的季节变化，夏季最大，冬季 最小。从第一年10月份虿第二年4月份，生态系统为弱的大气碳源：5月份至9月份为碳汇， 尤其夏季6-8月碳汇作用最强，全年平均为大气碳汇．各通量的时问和宁问变化也很明显，夏 季高原西南、东南边界以及东北部各通鼙值最大；而冬季高原腹地和话北部地区最小。从生态 系统净C倪吸收随气温升高的变化特征来看，随气温升高，CO,净通最呈跃变式增加趋势，这一 变化特征宵着重要的气候学意义，农明：由人类活动导致的大气c0。浓度的异常升商而引起的 增强的温窜效应，将可能被青藏高原地区陆地生态系统的减弱。高原地区生态系统具有调}t温 室效心的能力，并且在气候越暖的情况下，这种调节能力可能越强。 关键词 青藏高原，生态系统，碳循环，气候变化，数值模拟 1 引言 地球绿色植物是包括人类在内的一切生物生存的基础条件之一，绿色植物足攘个地球 系统的“肺”。植被的存在，可以通过雨水截留过程、水土保持过程、蒸腾过程以及植被 生理过程等对地球水文循环造成影响；可以通过改变地表粗糙度等改变大气动力过程，从 而改变全球大气循环；可以通过改变地表反照率、土壤热容链等改变地表热力状况，从而 改变地、气热墩交换；可以通过吸收和释放C倪、大气尘埃以及蒸发水分等过程，改变大气 成分。通过，t述过程，槭被可以影响区域乃至全球的气候变化。植被的存在同时也受到气 候变化的强烈影响。以往有关生态系统与气候相互作用问题研究的主要是其物理过程，属 于生物——地球物理反馈的范畴u咕’。比如范广洲等(1998)H1研究发现我国西北地区绿化 后，东、南亚年平均地表温度升高，海平面气压下降，我国及中南半岛地区降水增多，印 度降水减少。绿化后西北地而热源增强明显，并通过环流影响使东、南亚地区冬季风减 弱，夏季风增强，并且指出温带干旱、半干旱区植被效应及其物理过程与热带雨林区是不 同的。近咎年来有关生态系统生理过程与气候变化相互作用的研究越来越受到科学家的重 视。植被的反馈作用在由于大气CO：浓度增加引起的温室效应中也扮演着重要角色，这一发 现在理解气候变化上有着’霞要的科学意义哺3。通过测最和分析大气中氧浓度和13C／12C比率 的变化，获得了对现今全球碳循环的新认识，即北半球中纬度陆地生态系统是一个重要的 究了阿拉斯加地区23片成熟森林的C观通量，结果表明，只有一片森林为C02的源，其他都 为C伤的汇。ClaudiaI．Mora等(1996)凹1发现，自古生代中期至古生代晚期，大气c02 浓度下降了10％，分析表明大气C02浓度下降与陆地植被增加和全球气候变化导致的石炭 “温室效应”，而且陆地植被对C02浓度增加的生理响应，也可以导致大陆上的增暖。但在 牟B=：季节地表气温的响应是相反的。石广玉等(1997)u玎指出，地球生态系统在全球碳循 环中的作用具有双霞性：人类活动对它的破坏使之成为C02的源，而其对过璺C02的响应又 使其成为C02的汇。Walter C．Oechel(2000)¨引等在阿拉斯加地区的研究工作发现，20 世纪90年代后期，阿拉斯加冻原回复到其以前作为碳汇的状态，碳的释放麓减少了。而在 80年代暖千的时期，阿拉斯加冻原曾出现二氧化碳的净释放。PeterM．Cox(2000)n纠等 研究指出，在2050年前，陆地生物圈整体上起碳汇的作用，但在此之后，陆地生物罔将会 变成碳源，并会加速全球变暖。s．Hu(2001)n引等在一草地地区进行的实验表明，尽管地 面之上净初级生产没有明显增加，但在二氧化碳浓度升高的地块上，土壤碳储量增加约 11％。二氧化碳浓度升高会减少对微生物的氮供应，抑制微生物的呼吸，从而导致地表之下 碳的净积累。William H．Schlesinger(2001)u副等以及RamOren(2001)¨刮等在美国北 开放深题的资助。 卡罗莱纳州的杜克森林的研究工作表明，土壤和林下树叶等只能储存数量很少的碳，从跃 远来看，树木储存碳的能力受到养分