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生态系统对气候变化脆弱性评价是当前全球变化研究的重要领域,对预测未来气候和生态系统变化以及制定应对气候变化策略有非常重要的意义。由于生态系统本身的复杂性以及生态系统与气候系统之间复杂的相互作用使得定量化描述生态系统对气候变化的响应面临诸多的困难,而基于过程的生态系统机理模型是定量表达和系统分析生态系统对气候变化响应的最有效方法。本研究在基于过程的生态系统机理模型——CEVSA模型的基础上耦合植被类型分布及其潜在变化的子模型,对我国潜在自然生态系统的分布及其对气候变化的响应,以及生态系统过程和功能等对气候变化的动态响应进行模拟,根据植被分布变化和生态系统主要功能特征量的年际变率、变化幅度及变化趋势等指标分别定义生态系统格局和功能对气候变化的敏感性与适应性,进而对我国自然生态系统类型分布和功能对气候变化的脆弱性以及生态系统对气候变化的综合脆弱性进行评价,并对我国不同类型自然生态系统脆弱化的机制进行初步分析,获得以下主要研究结论:
(1)我国潜在植被覆盖东部高于西部,主要森林植被类型均分布在我国东部地区。常绿阔叶林主要分布在我国华南南部地区;混交林主要分布在华南地区北部、华中地区、华东地区南部以及东北地区的东部及华北北部的小部分地区;落叶阔叶林主要分布在华东地区中东部;落叶针叶林分布于东北地区北部;常绿针叶林则主要分布在西南地区,西藏地区南部边缘也有少量分布。我国西北地区主要潜在植被类型为灌丛、草地、荒漠和裸地。在内蒙地区的草地到华北地区的落叶阔叶林之间主要分布着过渡植被类型。潜在植被分布以混交林所占比例最大,约23%,其他森林类型共占21%,荒漠和裸地分别为15%和17%,草地约占儿%,稀树草原和灌丛等占9%。
(2)考虑到植被对气候变化响应的时滞性,Hadley RCM A2情景下到本世纪末我国植被分布总体变化不大,尤其是东部森林地区。主要变化集中在东北地区的林草地和郁闭灌丛生态系统中,多数将转变为混交林;西北地区部分草地将转变为郁闭灌丛;此外常绿针叶林在青藏高原南部地区有所扩展,草地有所减缩。若不考虑植被响应的时滞性,未来气候变化将对我国潜在植被的分布产生较大影响。常绿阔叶林向北扩展明显,混交林只有零星分布;常绿阔叶林明显向北迁移,主要分布到东北地区的东南部;落叶针叶林的分布将显著减少;在西南地区和青藏地区常绿针叶林将显著增加;西北地区灌丛分布增加,草地面积相对减小;过渡生态带将整体向东南方向推进,灌丛分布明显增加。
(3)当前气候条件下我国自然生态系统类型分布的脆弱性总体比较低,森林生态系统基本上为不脆弱或轻度脆弱,少数为中度脆弱;生态系统类型分布脆弱度较高的生态系统主要分布在内蒙和华北交界的生态过渡带上以及西北地区和青藏高原南部地区。Hadley RCM A2情景下到本世纪末我国大部分地区生态系统分布的脆弱性比当前气候条件下有所增加。未来气候变化将会增加我国潜在自然生态系分布的脆弱性,其中森林生态系统潜在分布的脆弱度增加较为明显,多数为中度脆弱。但未来气候变化使得我国生态系统分布的脆弱性为高度和极度脆弱的生态系统有所减少,脆弱度较高的区域仍集中在过渡生态带和西北地区。
(4)当前气候条件下我国潜在生态系统功能的脆弱性区域差异比较明显,脆弱性较高的生态系统主要分布在我国北方地区,以内蒙地区最高,多数在中度脆弱之上,部分区域达到极度脆弱。东北大部分地区、西北地区生态系统功能的脆弱性也比较高,多在高度脆弱以上。Hadley RCM A2情景下到本世纪末我国南方大部分地区生态系统功能的脆弱性有所上升,但幅度不大,总体仍为不脆弱或轻度脆弱。中度脆弱以上的生态系统主要分布在华北、东北地区南部以及内蒙和西北地区。东北地区生态系统功能的脆弱度将有所降低,其中混交林生态区的改善更为明显。内蒙地区仍是脆弱度较高的区域,部分达到极度脆弱水平。西北及青藏高原南部地区生态系统功能的脆弱性也比较高,但比当前气候条件下有所改善。未来气候变化南方地区生态系统功能的脆弱度将增加,而高度和极度脆弱的生态系统比当前气候条件下减少,功能脆弱性的分布格局基本不变。
(5)当前气候条件下我国自然生态系统综合脆弱性总体特点为南低北高、东低西高、脆弱度高的生态系统分布相对集中。南方大部地区为不脆弱和轻度脆弱,极少数地区达到中度脆弱。脆弱较高的地区集中在华北中部、东北的部分地区、西北、内蒙以及西藏地区南部。当前气候条件下我国自然生态系统脆弱性总体属中度脆弱,其中不脆弱的生态系统占27%;轻度脆弱和中度脆弱分别为12%和13%;高度脆弱和极度脆弱分别为4%和6%。Hadley RCM A2情景下到本世纪末我国自然生态系统的脆弱性总体有所增加,但脆弱性的空间分布基本不变,平均脆弱度仍属中度脆弱。南方大部地区为轻度脆弱,西南、华北大部分地区和东北部分地区为中度脆弱,高度和极度脆弱的生态系统仍集中在西北、内蒙及其与华北和东北交界的区域。各种脆弱等级生态系统所占的比例与当前气候条件相比下有所改变,不脆弱的生态系统比例减少,从不脆弱到极度脆弱的生态系统所占的比例分别为5%、36%、12%、2.7%和5.6%。未来气候变化,华南、华中、西北、西南等地区生态系统脆弱性将有所增加,而华北、内蒙和东北地区生态系统脆弱度有所减小,西藏地区变化不大。
(6)我国南方大部分地区生态系统及东北混交林生态系统的脆弱化机制主要是由植被类型分布的潜在变化所致;而内蒙及西北地区部分生态系统脆弱化的主要机制则可能是由于功能的脆弱化所致;华北地区生态系统格局的脆弱化机制则可能既包含了植被类型分布的脆弱化也包含了功能的脆弱化;青藏高原地区由于生态系统类型复杂,其变化机制可能也是多方面的。