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摘要本文是针对大气CO2浓度升高引起的温室效应和施肥效应对陆地-大气间水、热通量和碳循环的影响这一难点问题展开,从机理的角度分析引起变化的可能动力过程及其机制,为进一步充实我国科学家关于气候变化归因问题研究的内容和结论、为耦合了碳循环模块的气候系统模式的完善和改进提供新的思路。<br>　　利用国内外多个新一代耦合气候系统模式模拟试验结果,即第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的结果,给出了伴随大气CO2浓度升高,陆地.大气间能量输送和水、碳等物质交换过程的关键要素的多模式集合模拟结果,主要的结论如下:<br>　　1.CO2浓度升高引起的温室效应和施肥效应对陆地生态系统水分通量的影响从土壤湿度历史演变来看,温室效应是影响陆地生态系统的土壤湿度干湿交替的关键机制。这种影响主要表现为增加土壤湿度,1850-1989年140年间土壤湿度增幅为4.1kg/m2。伴随CO2浓度增加,由于施肥效应对土壤湿度增加的贡献逐渐减弱,而温室效应的贡献增强,特别是当CO2浓度超过900ppmv后,温室效应的影响更显著。从土壤湿度与气候要素的相关关系来看,土壤湿度与降水、温度、净辐射和风速等气候系统基本因子均有密切的联系。降水是影响土壤湿度干湿变化的最重要驱动因子之一。此外,温度、净辐射和风速对土壤湿度均有影响,这种关系在不同的区域亦有较大的差异。<br>　　大气CO2浓度升高引起的温室效应是影响陆地水分循环变化的主要机制。由于CO2温室效应的影响,陆地降水、蒸发散和径流显著增加,变化速率分别为0.37、0.12和0-31mm/Yr2,全球陆地生态系统水分收入与支出的差值呈减少趋势(0.06mm/yrz)。从空间分布来看,C02温室效应对陆地水分平衡的影响存在较大的空间异质性:北半球蒸发散和径流增加速度快于降水,土壤水分存储呈减少趋势;而亚马逊流域由于蒸发散和径流减少速率快于降水,水分存储呈增加趋势。C02施肥效应导致全球降水、蒸发散显著减少,减少速率分别为0.05和0.13mm/Yt2,径流增加,变化速率为0.08mm/yr2。植被反馈是影响陆地水分平衡不可忽视的重要因子。<br>　　CO2施肥效应对陆地水分平衡的影响的机制不同于温室效应,主要是通过植被类型、植被生长和植被结构的反馈机制影响陆地水分平衡,即C02浓度升高,植被气孔导度降低,植被特别是C3植被的蒸腾显著减少,抑制了陆地生态系统的蒸发散。值得注意的是,耦合效应是陆地.大气间的水循环研究中值得重视的因素。CO2的耦合效应对全球降水有较大的影响,这种影响表现为140年间北亚地区降水增加了46.0ram。<br>　　2.CO2浓度升高引起的温室效应和施肥效应对陆地生态系统能量通量的影响CO2温室效应是影响净辐射、潜热和感热通量变化趋势的主要机制。这种影响向主要表现为140年间净辐射显著增加了22.4w/m2,潜热显著增加了17.0w/m2。从区域角度来看,亚欧和北美大陆的净辐射和潜热通量显著增加,亚马逊流域的净辐射和潜热通量则显著减少。相比较,感热通量增加的中心位于亚马逊流域,显著减少的区域主要位于亚欧大陆的北部和阿拉斯加。这一变化特征与净辐射和潜热通量明显不同。CO2施肥效应对净辐射和潜热通量趋势的影响不显著,而对感热通量的变化趋势的影响显著。值得注意的是,耦合效应对陆地.大气间能量输送中的作用不可忽视。这种影响表现为140年间北亚地区潜热增加了0.14w/m2。<br>　　3.CO2浓度升高引起的温室效应和施肥效应对陆地生态系统碳通量的影响不同试验中,碳循环的关键变量的变化趋势存在显著的差异。由于CO2施肥效应,140年问陆地生态系统净初级生产力.(NPP)增加了117.1gC/m2,土壤呼吸(Rh)增加了98.4Gc/m2,净生态系统生产力(NEP)平均增加了18.7gC/m2。由于C02温室效应,NPP平均减少了19.3 Gc/m2,土壤呼吸减少了8.5 Gc/m2,NEP减少了10.8 Gc/m2。C02施肥效应是决定陆地生态系统碳通量变化趋势的关键因素。它的影响表现为陆地生态系统的净初级生产力、土壤呼吸和净生态系统生产力显著增加。此外,温室和施肥耦合效应的贡献也值得重视。这种影响表现为140年间北亚地区NPP减少了4.7 Gc/m2/yr。<br>　　从NEP与气候要素的相关关系的分析来看,NEP变化趋势与土壤湿度关系密切。从区域角度来看,亚马逊流域、非洲大陆的南部和澳大利亚与土壤湿度相关关系最为显著。此外,降水、温度和地表净辐射也是影响NEP变化趋势不可忽略的重要因素利用1982-2009年NDVI时间序列分析了现实试验中的中国东北地区的草地与森林生态系统的变化,探讨C02浓度升高背景下,近28年不同植被类型对干旱响应的内在机制。由于植被特征、区域气候以及最主要限制因子的差异,不同植被类型对干旱的响应不尽相同:生长季降水量变化是草地生态系统’NDVI变化的最重要的驱动因子,其中,降水解释了荒漠草原和典型草原70％以上的NDVI的年际变化,而在两种森林生态系统类型中,温度对于植被变化有显著的影响,解释了森林生态系统43％以上的NDVl年际变化。由于草地生态系统与森林生态系统驱动因子的不同,二者NDVI变化趋势存在显著的不同。典型草原的NDVI呈显著减少的趋势,荒漠草原和草甸草原呈微弱减少的趋势;而森林生态系统的NDVI呈显著增加的趋势。草地生态系统与森林生态系统对干旱的响应的敏感性显著不同。主要表现在二者对干旱的响应的方式、响应强度和响应范围等方面。其中,草地生态系统对干旱的响应方式是正相响应,当降水减少时,草地生态系统的NDVI显著减少,受影响的范围显著增加。