全球变化对生态系统服务的影响

全球变化通过改变生态系统结构和功能,显著影响了全球生态系统服务的提供,严重威胁了人类的生存环境及社会经济的可持续发展。在综述全球变化对生态系统服务研究的基础上,研究以"压力—状态—响应"框架为主线,主要内容包括:(1)通过对过去30年全球变化背景下主要生态系统的变化及驱动机制分析,揭示全球气候变化对生态系统的影响与作用机理;(2)发展和完善多因子、多元素耦合的生态系统机理模型和全球尺度的生态系统服务评估方法,揭示气候变化对生态系统生产力与碳固持、水源涵养、土壤保持等生态系统主要调节服务的影响机制和效应;(3)在此基础上综合分析全球变化背景下的环境要素特征与生态系统功能和服务,形成面向全球变化的生态功能区划方案,并根据未来气候变化情景下的生态系统服务提供能力,提出适应性管理对策。研究结果对于我国减缓和适应全球气候变化以及提高国际学术影响力具有重要意义。     

中国陆地碳收支评估的生态系统碳通量联网观测与模型模拟系统

1 立项背景 减缓和适应气候变化是人类社会面临的重大挑战.陆地生态系统碳通量及其过程观测研究是陆地生态系统碳收支定量评估和有效碳管理的科学基础.针对我国区域陆地生态系统碳收支评估和气候变化研究的重大需求,解决碳通量观测技术和区域碳评估方法的系列技术难题,在中国科学院重大项目"中国陆地和近海生态系统碳收支"、国家973计划课题"典型陆地生态系统碳通量/储量的对比研究"、国家自然科学基金重大项目"我国陆地生态系统对全球变化的响应与适应性样带研究"、国家自然科学基金对外合作与交流项目"基于通量观测网络的生态系统碳循环过程与模型综合研究"等的支持下,在国内率先创建了服务区域碳收支评估的陆地生态系统碳通量联网观测与模型模拟系统.     

中国海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究

全球变化综合风险取决于致灾因子的危险性与承灾体的暴露度和脆弱性的相互作用。鉴于我国海岸带和沿海地区的全球变化综合风险格局存在极大不确定性,包括多致灾因子的叠加影响、多承灾体的暴露度和脆弱性的动态变化等,亟需深入开展全球变化综合风险研究。研究气候变化背景下海平面变化与台风和风暴潮等极端气候事件的演变规律、区域性特征、叠加放大效应和未来变化趋势,阐明我国海岸带和沿海地区致灾因子的危险性分布特征及其对生态系统、渔业资源、港口建设和社会经济等承灾体的影响机理与成灾机制,以及承灾体脆弱性的量化及等级划分;研发多致灾因子—多承灾体综合风险评估及空间区划等关键技术,评估海岸带和沿海地区全球变化综合风险,编制高分辨的海岸带和沿海地区致灾因子的危险性、承灾体的脆弱性及综合风险多尺度分布图。研究成果的应用与推广,将满足我国沿海地区应对气候变化、防灾减灾和社会安全的迫切需求,对维护我国沿海地区社会和谐稳定、保障国家安全具有重大意义。     

大尺度土地利用变化对全球气候的影响

全球变化研究国家重大科学研究计划"大尺度土地利用变化对全球气候的影响"项目集中了国内外土地利用、气候、生态等领域的高水平研究机构,从"全球视角"出发,通过国际对比揭示与评估局地、区域和全球尺度土地利用/土地覆盖变化(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)过程对气候变化与生态系统的影响,不仅可以为全球变化与地球系统模式研究提供理论基础,而且对于科学调控人类土地利用行为,缓减与适应全球气候变化具有重要意义。本文简要介绍了该项目近5年取得的重要研究成果。     

陆地生态系统对气候变化的脆弱性评价与适应性管理

气候变化导致的生态系统脆弱性正在不断加剧,针对气候变化采取稳健的适应政策已经成为全球共识。本文重点探讨了气候变化背景下陆地生态系统脆弱性评价与适应性管理的国内外研究现状,指出了当前脆弱性评价与适应性管理面临的主要难点,介绍了中国在陆地生态系统脆弱性评价与适应性管理方面取得的最新研究进展。在此基础上,提出了未来迫切需要开展的研究任务:不同气候变化区域、不同时空尺度陆地生态系统脆弱性临界点及其调控过程,陆地生态系统脆弱性评价与适应性管理的定向调控,重大气象灾害的陆地生态系统风险评估与应对技术,适应气候变化的可持续生态系统区划与技术示范。     

年代际气候事件的归因及预估研究进展

年代际气候变化对人类生存环境具有重要的影响,会引发一系列重大灾害事件,造成严重的生命财产损失,危及人类粮食和水资源安全。因此,研究年代际气候变化的规律,预知年代际重大气候事件,是人类社会可持续发展的迫切需求。基于此,国家重点研发计划全球变化及应对重点专项项目"气候多尺度变化与年代际重大事件的归因及预估"于2016年7月正式立项。该项目旨在:(1)厘清全球气候多尺度变化的时空格局及年代际气候变化的规律;(2)揭示人类活动和多尺度气候变率对气候整体变化的作用及不同尺度气候变化的主控因子;(3)认识人类活动对年代际气候变化的调制作用,诊断年代际重大气候事件的早期信号。本文将对该项目2016～2018年取得的主要进展进行总结。     

全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响研究

我国生态脆弱区占国土面积的一半以上,在全球变化和人类活动双重影响下,其生态服务功能逐渐减弱,资源环境承载力下降,严重威胁着区域生态安全与可持续发展。尽管国内外学者已对资源环境承载力的概念体系、评估方法等开展了大量研究工作,但是对生态脆弱区资源环境承载力形成过程及其对全球变化响应机理的认识还不够深入,致使其理论体系和评估方法还不够完善,关于全球变化对生态脆弱区资源环境承载力影响的评估结果还存在很大不确定性。本项目以我国典型生态脆弱区为对象,采用联网观测、联网控制实验、样带—区域调查等手段,开展关键资源环境要素时空变化特征和过程及其对全球变化的响应机理研究,发展资源环境承载力形成理论和生态系统演变与突变转型理论,构建资源环境承载力与资源环境系统脆弱性评估的指标体系及软件平台,准确评估全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响,确定全球增暖1.5℃情景下的资源环境系统发生转折的阈值,编制生态脆弱区资源环境承载力和资源环境系统脆弱性高精度分布图,服务于国家对生态脆弱区生态安全与可持续发展的重大需求。     

全新世亚洲季风变异与干旱演变及其驱动机制

近年,热带太平洋地区高分辨率气候记录研究对学界普遍接受的气候突变"高纬驱动说"提出质疑,全新世气候突变事件成为全球变化研究的前沿热点。亚洲季风-干旱环境是地球气候系统的关键组成部分,在全球物质和能量循环中起着重要作用。然而,亚洲季风区和干旱区全新世气候突变事件研究仍十分薄弱,百年-年代际气候变率研究尚未展开。本项目选择湖泊沉积和石笋为研究材料,以亚洲季风区和干旱区高分辨率气候记录的关键空白区为重点研究区,开展全新世气候变化的高分辨率、多指标综合集成研究以及多模式、多尺度数值模拟研究,以期查明亚洲季风区和干旱区全新世气候突变事件的结构特征与空间表现、百年-年代际气候变率的时空特征以及现代增温的自然背景,阐明全新世不同时间尺度亚洲季风变异和干旱演变的动力学过程与驱动机制。本项目有望在全新世气候研究领域取得引领性学术成果,在理论认识层面,为理解全新世气候变化机制提出原创性观点;在国家需求层面,为评估和应对全球变化提供科学支撑。     

中国北方及其毗邻地区综合科学考察

1项目立项背景 中国北方及其毗邻俄罗斯西伯利亚和远东地区和蒙古、中亚地区在地理环境上是一个整体，生态环境格局复杂多样，气候条件和生态环境相互影响和制约，是全球变化的敏感响应区域，具有南北向以温度、热量变化，东西向以水分变化为核心的自然、人文系列梯度；该区域直接影响我国北方地区的气候变化与生态安全；同时我国北方地区同俄、蒙等国家有很强的资源、经济和社会发展互补关系。     

气候变化对西北干旱区水循环影响机理与水资源安全研究

西北干旱区是对全球变化响应最敏感的地区之一,"气候变化对西北干旱区水循环影响机理与水资源安全研究"项目,以全球变化背景下的西北干旱区气候-水文过程、水循环机理、水资源形成与转化以及未来变化趋势为主线,重建了过去300年西北干旱区气候变化序列,分析了气候变化对水循环关键过程和水系统的影响,构建了适合山盆地貌格局的水文、水资源模型,分析了未来水资源变化趋势,得出了一系列有意义的结论:在过去300年间,西北干旱区以冷干、暖湿气候类型交替出现,存在40年的变化周期;在近50年,温度、降水出现了"突变型"升高,自1997年以来,升温滞缓,处于高位震荡;蒸发潜力由显著下降逆转为显著上升趋势,水循环过程加剧;极端气候水文事件频度增强、频率加大,水文波动性增强、水资源不确定性增大;天山山区冰川加速退缩,冰雪水储量呈减少态势,部分河流出现冰川消融拐点;水系统安全性降低,供需水矛盾会进一步加剧;伴随气温的高位震荡和地下水的超采,西北干旱区的生态隐忧和潜在风险加大。     

冰冻圈和极地环境变化关键参数观测与反演

在影响气候系统的5大圈层(大气、水、冰冻、岩石、生物)中,冰冻圈被认为是气候系统多圈层相互作用的核心纽带和关键因素之一。冰冻圈和极地环境变化的关键参数是开展全球变化机理、影响和模拟研究,极地研究和海洋航道设计的基础数据。如何综合遥感与实地考察等数据,构建多源数据融合、校准技术方法体系,突破关键参数动态监测难题,研制反演方法和数据产品,成为当前国际上冰冻圈和全球变化研究的重点研究领域。针对全球变化背景下冰冻圈和极地环境变化关键参数观测与反演的机理问题,在综合冰冻圈和极地不同类型区域卫星遥感与地面观测技术等基础上,完善现有星—空—地基观测体系,实现对全球冻土、冰川分布、冰盖物质平衡、季节性积雪、海冰、反照率变化等关键参数动态监测和数据产品研制。提出的5大研究内容包括:冰冻圈关键参数多尺度观测与数据产品研制、极地冰盖关键参数监测、反演与数据产品研制、全球山地冰川物质平衡及要素的观测与反演、极地海冰及其反照率变化的反演方法和产品研制、冰冻圈和极地数据产品集系列。     

利用Agro浮标估计南大洋混合的时空变化

海洋中的湍流跨等密度面混合(以下简称混合)控制着海洋中淡水、热量以及CO2等溶解物质的输运。南大洋是全球湍流混合最强烈的区域之一。理解南大洋湍流混合的时空分布特征对于模拟和预测全球大洋环流和气候变化起着至关重要的作用。目前,部分投放在南大洋的新型Argo浮标已经采用铱星通讯系统传送数据,可以返回垂向高分辨率的水文剖面,从而为研究南大洋的湍流混合提供了前所未有的机遇。本文作者在国际上首次利用这些新型浮标观测得到的高分辨率剖面对湍流混合进行了研究。结果表明,南大洋的混合存在明显的空间分布不均匀性,并且与地形变化密切相关。此外,在地形平坦处,湍流混合表现出明显的季节变化。这种变化主要是由风输入到海洋中的近惯性能量的季节性变化引起的。     

森林结构和功能性状精准监测及其对全球变化的响应机制研究

我国森林生态系统正面临着全球气候变化和人类活动等多重威胁,其结构与功能性状是反映森林生态系统碳固存等功能与状况的关键要素。受观测手段的限制,森林结构和功能性状调控森林生态系统碳循环过程对全球变化的响应与适应机制仍不清晰,影响全球变化下我国森林生态系统固碳能力预测的精度。针对上述科学问题,通过遥感观测系统研发、野外联网观测、数据采集分析、模型构建与情景模拟,在建立森林结构和功能性状数据集、解析其耦合机制对森林生产力调控作用的基础上,优化生态系统模型、预测未来气候变化情境下我国典型森林生态系统的固碳能力。研究结果既能够为我国森林生态系统联网监测与研究提供技术支撑,也能够为制定固碳减排政策提供科学依据。     

平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用

平流层位于对流层之上,约占大气总质量的15%,拥有地球生命紫外保护伞的大气臭氧层;该大气层自上受到太阳辐射的作用,自下受到对流层大气波动上传的作用,还受到自然过程和人类活动所产生物质向上输送的作用,产生了本质上不同于对流层的动力学、物理学和化学过程。这些过程在以下三个方面对我国国家重大需求有重要作用：①科学预测气候变化,为可持续发展规划与环境外交提供科学依据。平流层大气成分分布与状态,对于驱动对流层气候变化的关键因子--对流层顶辐射强迫的强度与变化具有重大的控制作用。人类活动产生的温室气体与化学反应活性气体,通过平流层化学-辐射过程对于对流层气候的辐射控制以及通过动力与物质输送的影响,是预测全球和区域气候变化的国际公认的缺失环节之一;②为建立和改善区域性天气气候的中长期预报途径与方法提供科学基础。天气气候的中长期预报对于防灾减灾工作具有极大的重要性,目前大气科学界尚缺乏有效的预报理论与方法。已有研究表明,平流层过程对于许多天气气候过程存在着超前一周以上的“先兆”信号,在作用机制上亦有一定的理论依据。加强我国研究平流层过程在中长期天气预报中的作用,提出预测理论与方法十分迫切;③为我国临近空间高技术国防活动的平流层环境保障建立基础。目前,20～100公里大气层已成为国防和人类活动新的制高点。平流层大气动力、化学成分和辐射环境及其变化的预测预报方法的建立即将成为重大的应用需求。     

喜马拉雅树线升高原因不仅是气候变暖

正中国科学院青藏高原研究所研究员梁尔源及合作者近日发布研究成果,认为除气候原因外,树木间的竞争和互利也导致了喜马拉雅山中段树线爬升速率的变化。高山树线是树木分布的海拔上限,往更高处,山上的植被就变成了草甸。在喜马拉雅山区,连续分布的高山树线是观察气候变化对高寒生态系统影响的敏感指示器,其变化速率一直受到关注。近年来,在气候变暖背景下,树线位置向高海拔迁移。     

从信息过程的观点研究技术创新

技术与经济结合的新的可能性的建构和实现，是技术创新作为一个创造性过程的本质。 定过程，只有基于创新主体的信息处理活动才能完成。创新的不确定性决定了创新的风险，要减小这种不确定性和风险，必须强化创新中的信息处理绩效。在技术创新实践中，正是这一信息处理过程构成了“物质资源优化配置”或“生产要素重新组合”的物质过程的“灵魂”。把技术创新作为一个信息过程来分析，将为技术创新研究提供一个新的视角，并将深化我     

海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应研究进展

海洋储碳机制及其对全球变化的响应是当前全球变化研究领域的重大科学问题,也是薄弱环节和难点所在,如何阐明典型海洋生态系统固碳过程和储碳机制,评估全球变化的影响,并进一步探寻古海洋沉积记录及其与现代过程的关联,建立海洋典型生态系统沉积碳库变动与全球变化联系仍是当前全球变化研究的核心问题。针对这一重要科学问题,国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项"海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应"项目,围绕核心主题"固碳过程-储碳机制-酸化影响-碳库变动"开展了系统的研究。近两三年来研究工作取得若干显著进展,较系统地阐明了西太平洋中低纬度边缘海浮游植物群落的时空格局、多样性特征与演变机制,深入揭示了海洋酸化抑制固氮束毛藻固氮和生长及其机理,揭示了南海珊瑚钙化对气候变化和海洋酸化的响应,为进一步深入阐明海洋生态系统储碳的调控机制及其对全球变化的响应这一科学问题奠定了良好的基础。     

国家重点基础研究发展计划、国家重大科学研究计划2010年重要支持方向

国家重点基础研究发展计划是以国家重大需求为导向,对我国未来发展和科学技术进步具有战略性、前瞻性、全局性和带动性的基础研究发展计划。国家重大科学研究计划是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》(以下简称《规划纲要》)部署的、引领未来发展、对科学和技术发展有很强带动作用的基础研究发展计划。围绕落实《规划纲要》,科技部2010年将继续部署国家重点基础研究发展计划和国家重大科学研究计划项目。科技部于2010年1月19日发布了2010年国家重点基础研究发展计划、国家重大科学研究计划2010年重要支持方向。此外,为贯彻落实《规划纲要》,应对气候变化自主行动、履约和国际谈判提供科技支撑,科技部2010年应急启动全球变化研究国家重大科学研究计划,针对全球变化研究中的关键科学问题,开展基础性、战略性、前瞻性研究,全面提升我国全球变化研究的竞争力。科技部于2010年2月24日发布了全球变化研究国家重大科学研究计划重要支持方向。     

大尺度土地利用变化对区域气温及其变率的影响

人类活动引起的大范围土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响气候变化的三大人为因子之一,其影响机理是气候与全球变化领域的前沿科学问题。在全球变化研究国家重大科学研究计划的支持下,利用地球系统模式,本研究模拟了LUCC对对流层气温及季风区气温年际变率的影响。结果表明:LUCC可以显著影响对流层气温,东亚地区最显著的降温出现在春季和秋季,在对流层低层和中上层分别出现一个峰值;在欧洲和北美,显著的降温可以从对流层低层向上扩展到300—400hPa,最大降温出现在夏季的对流层低层,气温降低约0.8℃。此外,LUCC还显著地影响地表气温的年际变率。在秋季和冬季,LUCC导致黄淮地区—贝加尔湖以南地区气温年际变率减弱,印度半岛和中南半岛地表气温年际变率增强。LUCC影响气温变率的机理也在文中进行了阐述。     

全球变暖背景下东亚能量和水分循环变异及其对我国极端气候的影响

近年来,在全球气候变暖的影响下,干旱、洪涝、高温酷暑等极端气候事件频发,造成巨大损失。那么,如何减轻极端事件所造成的损失,成为当前国家经济建设和社会发展的当务之急。本项目紧扣这一国家重大需求,从对气候系统变化具有重要影响的能量和水分循环这两个主要过程入手,开展野外观测试验、多源资料整合分析、数值模拟等研究,系统揭示了东亚地区典型下垫面能量和水分循环变异的若干新特征及其对我国极端气候事件的影响过程和机理;在此基础上,研制了适用于我国几种极端气候事件的短期预测方法和系统,开展实时预测,服务于国家防灾减灾;最后开展我国未来气候变化预估,为国家中长期发展规划的制定提供科技支撑。经过五年的研究,项目取得了丰硕的研究成果,共发表学术论文495篇,其中SCI收录268篇。