全球陆地生态系统水分利用效率及人为用地植被缺失热效应估算

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:gaoxuan123456
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陆地生态系统的碳循环和水循环问题是全球变化研究的热点和核心问题,而水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)可以描述和衡量不同生态系统的碳水关系,对预测陆地生态系统对全球变化的响应具有重要的意义。同时,由于土地利用变化,大面积植被覆盖区域被人工地表所取代,植被的缺乏将导致部分能量不能被植被所吸收固定,同时部分能量不能通过植被的蒸散发作用而转化为大气潜热,这两部分能量将相对保留在地球表层,并最终导致地表热储存增加,可能引起和加剧局地乃至全球气候变化。  基于此,本文依托2000-2013年MOD17A3 NPP(净初级生产力)数据和MOD16A3ET(蒸散发)数据,对全球陆地生态系统WUE的时空变异特征进行计算分析,同时根据2009年全球土地覆盖产品(GlobCover2009),分析了全球陆地生态系统各土地覆被类型的WUE值的大小和年际变化趋势。对于全球人工地表区域,估算因植被缺失而少固定的太阳能以及对应的蒸发潜热(植被缺失热累积),同时估算由植被缺失热累积引起的气候强迫。主要研究结果有:  (1)14年间,全球陆地生态系统WUE平均值为873.45mg C m-2mm-1,年均WUE在2000-2013年年际波动范围为849.26-896.59mg C m-2mm-1,总体上有所增加,但无趋势性增加。2010年之前,WUE呈显著减少趋势(P<0.01),2010年之后,迅速增加但趋势不显著。  (2)在2000-2013年期间,WUE值呈显著和极显著减少的像元占全球陆地总像元数的7.51%,主要分布在欧亚交界区域、马来半岛、澳大利亚中部平原、亚马逊平原等地区;WUE值呈显著和极显著增加的区域共占10.96%,主要分布在刚果盆地、恒河平原、黄土高原、青藏高原等地区。  (3)各大洲的WUE存在明显的空间分布特征。在非洲和大洋洲自北向南递增,在欧洲和南美洲自东向西递增,在亚洲和北美洲,在大约北纬50度以北,WUE自南向北递减。各大洲WUE均值大小顺序为:欧洲>大洋洲>非洲>南美洲>北美洲>亚洲,北美洲的WUE平均值与全球14年平均值相当。  (4)全球陆地生态系统像元WUE值为600-900mgCm-2mm-1之间的区域占31-36%,其次为900-1200mg C m-2 mm-1(21-25%),最少的区间为0-300mg C m-2mm-1和区间>1500mg C m-2mm-1,所占百分比均在5-8%之间。  (5)九种土地覆被类型的WUE大小顺序依次为常绿针叶林>针阔混交林>落叶阔叶林>落叶针叶林>耕地>灌木>湿地>常绿阔叶林>草地。在2000-2013年期间,常绿阔叶林、落叶针叶林和耕地三种类型的WUE呈显著性变化(P<0.05),在2000-2010年时段内,常绿阔叶林、常绿针叶林、耕地、草地和湿地均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)变化。  (6)2009年因全球人工地表区域存在而直接少固定的太阳能为335×1018J,对应的蒸发潜热为2.05×1020J,植被缺失导致的热累积约为2.08×1020J;植被缺失热累积在研究区域(CFR)、陆地生态系统(CFL)和全球(CFG)引起的气候强迫值分别为15.163、0.0443和0.0129W m-2,其中因NPP形成而对应的蒸发潜热占植被缺失热累积总和的98%以上。
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