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气候变化驱动湖泊快速变暖和热浪增加

Science Bulletin 2023年第14期68卷 1574-1584,M0004页

作者：王溪雯施坤张运林秦伯强张毅博王玮佳 R.Iestyn Woolway 朴世龙 Erik Jeppesen Taihu Laboratory for Lake Ecosystem Research State Key Laboratory of Lake Science and EnvironmentNanjing Institute of Geography and LimnologyChinese Academy of SciencesNanjing 210008China Key Laboratory of Western China’s Environmental Systems(Ministry of Education) College of Earth and Environmental SciencesLanzhou UniversityLanzhou 730000China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China College of Nanjing University of Chinese Academy of SciencesNanjing 211135China School of Ocean Sciences Bangor UniversityMenai BridgeAnglesey LL572DGUK Sino-French Institute for Earth System Science College of Urban and Environmental SciencesPeking UniversityBeijing 100871China Key Laboratory of Alpine Ecology Institute of Tibetan Plateau ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China Center for Excellence in Tibetan Earth Science Chinese Academy of SciencesBeijing 100101China Department of Ecoscience Aarhus UniversityAarhus C 8000Denmark Sino-Danish Centre for Education and Research Beijing 100039China Limnology Laboratory Centre for Ecosystem Research and Implementation(EKOSAM)Department of Biological SciencesMiddle East Technical UniversityAnkara 06800Turkey Institute of Marine Sciences Middle East Technical UniversityErdeneli-Mersin 33731Turkey

气候变化导致的湖泊表层水体变暖和热浪增加可能严重威胁湖泊生态系统.由于大尺度模拟时,湖泊模型精度受限,故对湖泊水温变化的准确量化依然存在不确定性.本研究以中国湖泊为例,采用了一种耦合卫星观测水温和湖泊物理模型的方法模拟了19... 详细信息

气候变化导致的湖泊表层水体变暖和热浪增加可能严重威胁湖泊生态系统.由于大尺度模拟时,湖泊模型精度受限,故对湖泊水温变化的准确量化依然存在不确定性.本研究以中国湖泊为例,采用了一种耦合卫星观测水温和湖泊物理模型的方法模拟了1980-2100年间的水温,并探索了水温在多方面的变化.研究发现1980-2021年间中国湖泊表层水温以0.11℃/10a的速率上升,约为使用单独湖泊模型模拟结果的一半.湖泊水温在不同季节、不同地区的非对称增温导致水温的春夏季季节性在中国东部平原湖泊减弱,在高原湖泊增强.伴随湖泊水温的长期上升趋势,湖泊热浪的持续时间平均每10年延长7.7天.在温室气体高排放情景下,21世纪末湖泊表层水温的气候态年均值相比历史时期将增加2.2℃热浪的年持续时间将增加197天.湖泊物理环境的剧变意味着湖泊将面临严重的人类活动压力,这会进一步威胁水生生态系统的生物多样性和人类健康.

关键词：表层水温物理环境速率上升高原湖泊气候变化湖泊生态系统卫星观测物理模型

气候变化和人类活动对我国典型草原区植被恢复的影响

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环境科学 2023年第5期44卷 2694-2703页

作者：张良侠岳笑周德成樊江文李愈哲南京信息工程大学中国气象局生态系统碳源汇开放重点实验室南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

草原区作为影响我国陆地生态系统碳水循环和生态安全的重点区域,对气候变化和人类活动极为敏感.然而,有关气候变化和人类活动对该区域植被恢复相对贡献的认识尚存分歧.以生态系统净初级生产力(NPP)为评价指标,通过对比MODIS观测的实际NP... 详细信息

草原区作为影响我国陆地生态系统碳水循环和生态安全的重点区域,对气候变化和人类活动极为敏感.然而,有关气候变化和人类活动对该区域植被恢复相对贡献的认识尚存分歧.以生态系统净初级生产力(NPP)为评价指标,通过对比MODIS观测的实际NPP和基于Thornthwaite Memorial模型估算的潜在NPP的趋势差异,量化了2000~2020年气候变化和人类活动对我国典型草原区(北方温性草原区和青藏高原高寒草原区)植被恢复的相对作用.结果表明,研究区内93%的草地植被呈恢复趋势,NPP平均增加速率达(以C计)2.12 g·(m^(2)·a)^(-1)(P气候变化和人为活动共同控制,约36%和10%植被恢复区分别受气候变化和人类活动的独立控制;此外,不同草地类型气候变化主导植被恢复的面积占比差异大,主要表现为高寒草地明显高于温性草地,气候条件越干旱,气候主导面积占比越大.人类活动不是北方温性草原区和青藏高原高寒草原区植被恢复的主要原因,但在气候条件恶化地区,人类活动可降低甚至抵消气候变化对植被的负面影响.未来需加强长时序植被变化监测和多方法对比研究.

关键词：净初级生产力(NPP) 气候变化人类活动生态恢复工程光能利用率模型草原区

气候变化背景下青藏高原内流区湖泊水储量或将持续增加

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Science Bulletin 2023年第5期68卷 489-493,M0004页

作者：贾炳浩王龙欢谢正辉 State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China Key Lab of Virtual Geographic Environment(Nanjing Normal University) Ministry of EducationNanjing 210023China Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application Nanjing 210023China

青藏高原内流区湖泊广布,是气候变化的敏感指示器.准确估算青藏高原的湖泊水储量变化对研究湖泊生态系统和水资源变化至关重要.然而青藏高原高寒缺氧、地形条件复杂,限制了该地区对湖泊水储量的长期实地观测.基于重力卫星数据和高分辨... 详细信息

青藏高原内流区湖泊广布,是气候变化的敏感指示器.准确估算青藏高原的湖泊水储量变化对研究湖泊生态系统和水资源变化至关重要.然而青藏高原高寒缺氧、地形条件复杂,限制了该地区对湖泊水储量的长期实地观测.基于重力卫星数据和高分辨率陆面过程模拟,本研究估算了青藏高原内流区18个大型湖泊(大于300 km^(2))2002~2018期间的湖泊水储量变化,并利用机器学习模型预估了未来湖泊水储量的变化.结果表明,18个湖泊的水储量在2002~2018年间以约26.92 mm/a的速度增加;在中等排放情景下(SSP245),青藏高原内流区湖泊未来水储量增加趋势将变缓,到21世纪中叶,湖泊水储量的增长速率将下降到过去20年的40%左右.研究结果有助于更好地理解气候变化对高原湖泊水储量的影响,为气候变化背景下水资源适应性管理提供科学支撑.

关键词：高寒缺氧大型湖泊高原湖泊内流区气候变化湖泊生态系统卫星数据增长速率

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气候变化的灾害效应与科学挑战

科学通报 2024年第2期69卷 286-300页

作者：王岩王昊崔鹏陈德亮唐金波欧廷海郝建盛王姣张国涛雷雨伍纯昊中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610299 Department of Earth Sciences University of GothenburgGothenburg 40530Sweden

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的... 详细信息

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的相互作用变强,促使复合灾害和级联灾害风险均有明显上升.本文归纳总结了自然灾害在强度、频率、持续时间、触发时间与位置、规模或影响范围等方面的变化规律,阐述其对气候变化的响应机制,提出气候变化灾害风险的五大科学挑战,包括:气候变化驱动的圈层相互作用和内外动力耦合致灾机制、跨时空尺度灾害发育规律、极端事件信息感知与数据驱动的风险判识、灾害动力学与风险演化规律、灾害风险管理与韧性社会构建.积极主动地应对这些挑战有助于深化对地球系统的科学理解,适应全球变化,减小灾害风险.

关键词：气候变化自然灾害灾害效应响应机制科学挑战

气候变化如何影响城市经济绿色增长:作用机制与南北差异

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系统工程理论与实践 2023年第1期43卷 58-75页

作者：曹雅茹王群伟周德群南京航空航天大学经济与管理学院南京211106

气候变化深刻影响着人类的生存和发展,也为经济发展方式转变和城市化进程提供了重大机遇.基于2003–2018年我国284个地级市的面板数据,本文系统考察了气候变化对城市经济绿色增长的影响效果、作用机制与南北差异.研究发现,气候变化可能... 详细信息

气候变化深刻影响着人类的生存和发展,也为经济发展方式转变和城市化进程提供了重大机遇.基于2003–2018年我国284个地级市的面板数据,本文系统考察了气候变化对城市经济绿色增长的影响效果、作用机制与南北差异.研究发现,气候变化可能会对我国南北方城市的经济绿色增长产生更大差异.相对于6°C~12°C基准气温区间,气温上升显著降低了城市绿色全要素生产率,且这种消极作用对南方城市更为明显;与之相反,气温下降则促进了城市经济绿色增长,主要体现在北方城市.机制检验表明,城市建设面积扩大不会加剧高温的负面影响,但提高绿化覆盖率可以显著降低高温对城市经济绿色增长的抑制作用,低温对城市经济绿色增长的正向作用会随着能源消费量的增加而下降.此外,气候变化对城市经济绿色增长的影响会在未来中长期持续加深,特别是基于高化石能源消耗发展路径的预测,南方城市的经济绿色增长会受到更大冲击.本文的研究为评估气候变化在城市尺度的经济影响提供了新证据,也为应对气候变化、促进城市绿色发展和区域协调发展提供了有益的政策启示.

关键词：气候变化经济绿色增长机制检验南北差异

气候变化背景下丛枝菌根真菌维持荒漠生态系统稳定性研究进展

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科学通报 2023年第24期68卷 3172-3184页

作者：贾阳阳秦文昊张涛冯固新疆大学生态与环境学院绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046 东北师范大学草地生态研究所植被生态科学教育部重点实验室长春130024 中国农业大学资源与环境学院北京100193

荒漠生态系统物种多样性低、生态承载力弱,气候变化加剧导致其生态服务功能和稳定性面临严峻挑战.地上-地下生态系统协同响应气候变化,但在荒漠生态系统中其响应机制仍是理论空白.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是荒漠生态系... 详细信息

荒漠生态系统物种多样性低、生态承载力弱,气候变化加剧导致其生态服务功能和稳定性面临严峻挑战.地上-地下生态系统协同响应气候变化,但在荒漠生态系统中其响应机制仍是理论空白.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是荒漠生态系统中一类重要的土壤功能微生物,是介导地上-地下生态系统协同响应气候变化的关键节点,在维持荒漠生态系统稳定性中发挥重要作用.本文通过总结国内外近10年关于荒漠生态系统稳定性的研究文献,综述了生态系统稳定性的表征指标及其内在联系,总结了气候变化背景下AM真菌维持荒漠生态系统稳定性的潜在机制.气候变化降低荒漠生态系统植物群落稳定性,AM真菌维持荒漠生态系统稳定性的主要机制:(1)在植物群落水平,AM真菌通过提高植物群落年均净初级生产力,维持荒漠生态系统植物群落的稳定性.(2)在植物个体水平,AM真菌通过提高群落内优势物种的稳定性,降低植物群落内物种同步性变化及周转速率,进而提高植物群落稳定性.(3)AM真菌通过地下菌丝网络参与多种生态服务功能,提高荒漠生态系统多功能性的干旱抵抗力,维持稳定的生态系统服务功能.在今后的研究中,应重点发展微观-宏观尺度原位观测相结合、动态监测与互联网+机器学习技术相结合、多组学分析和稳定性同位素探针技术相结合等研究手段,加强对AM真菌调节荒漠生态系统地上-地下互作过程及其协同响应机制的认知,为维持荒漠生态系统稳定性提供理论基础.

关键词：气候变化荒漠生态系统丛枝菌根真菌时间稳定性生态系统多功能性

气候变化影响下北海公园冰上运动季的特征与情景模拟

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地理学报 2022年第1期77卷 35-50页

作者：刘浩龙周宇刘俊戴君虎葛全胜齐晓波中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 四川大学旅游学院成都610065

北海公园冰上运动是北京传统体育文化遗产的重要组成内容以及冬季休闲旅游的代表性符号,强化其气候变化影响与适应研究,对于应对全球变化的挑战、践行“大力发展冰雪经济”的指示具有重要意义。本文从多源文献中提取分析了其冰场多年启... 详细信息

北海公园冰上运动是北京传统体育文化遗产的重要组成内容以及冬季休闲旅游的代表性符号,强化其气候变化影响与适应研究,对于应对全球变化的挑战、践行“大力发展冰雪经济”的指示具有重要意义。本文从多源文献中提取分析了其冰场多年启闭日期(间接指示冰层厚15 cm)的变化特征,并结合气温器测数据以及4种气候情景数据(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5),利用留一交叉验证法探讨了不同温度指标和拟合方程的预测效果差异,进而对未来冰上运动季的变化、潜在影响与适应对策进行分析。结果表明:①1989—2018年冰上运动季始日、末日和持续长度的均值分别为1月1日、2月5日和36 d,对应的趋势表现为不显著的推迟(1.00 d/10a)、提前(-0.77 d/10a)和延长(1.11 d/10a),时序变化可区分为1989—2000年、2001—2013年和2014—2018年3个阶段。②冰上运动季始、末日分别对其日期前59 d的日最低温和前94 d的日最高温有较好响应,利用这两个指标和玻尔兹曼函数可更好预测冰上运动季变化。③2021—2099年冰上运动季始日、末日和持续长度的均值分别较1989—2018年晚1 d、早1 d和缩短2 d,3个指标变幅一致缩小,对应的0.14 d/10a、-0.21 d/10a和-0.34 d/10a的趋势均达到0.01的显著性水平。④未来79 a内冬季两大节庆中元旦冰上运动的适宜性要大于春节,其中春节的适宜性在4种气候情景下相差不大,而元旦的适宜性则在4种情景下有一定差别。⑤在相关预估结果上,BCC-CSM2-MR、CanESM-5和UKESM这3种区域气候模式并没有太大差异,而热岛效应影响尚待深入研究。⑥为了在气候变暖背景下促进体旅融合消费、保障冰上运动产业高质量发展,运营企业应采取强化游客安全保障、扩展旅游产品谱系、购买冰量保险等全方位主动适应措施,研究者应加强研究气候变化影响的复杂性、改进旅游流的预测效果,而管理部门应大力推动产业风险管理报告的编制,充分重视气候变化风险的动态评估。

关键词：气候变化北海公园湖冰物候期冰上运动季特征情景模拟北京

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气候变化对空气污染影响的模拟研究

北京大学学报:自然科学版 2023年第5期59卷 854-870页

作者：吴雅珍李丹阳张霖戴瀚程北京大学环境科学与工程学院北京100871 北京大学物理学院北京100871

为了评估气候变化对空气污染影响机制研究中各类模式方案,更好地理解现有的研究结果,为未来进一步的模式研究提供支持,梳理“气候变化对空气污染影响”主题相关的各类模式研究,识别出全球和区域两类不同空间尺度下的3类模式研究,对比不... 详细信息

为了评估气候变化对空气污染影响机制研究中各类模式方案,更好地理解现有的研究结果,为未来进一步的模式研究提供支持,梳理“气候变化对空气污染影响”主题相关的各类模式研究,识别出全球和区域两类不同空间尺度下的3类模式研究,对比不同研究的方法特点和适用性。进一步地,使用CMIP5气候模式比较项目数据和WRF-Chem大气化学传输模式,研究气候变化背景下气象变化和污染物排放变化对2050年中国夏季近地面O3浓度的影响,并重点选取京津冀、长三角和珠三角3个地区进行分析。结果表明,在RCP8.5的气候变化和污染物排放增长情景下,气象和排放变化都将对本世纪中叶中国夏季臭氧浓度产生较明显的影响。在中国大部分区域,排放变化对臭氧浓度的影响较大,但东海附近地区气象场的影响也非常显著。此外,两类因素之间存在一定程度的相互影响。

关键词：气候变化臭氧空气污染气候模式大气化学传输模式

气候变化背景下甘肃农牧交错带玉米气候生产潜力和资源利用效率变化特征

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应用生态学报 2023年第1期34卷 160-168页

作者：王钧李广闫丽娟刘强聂志刚甘肃农业大学信息科学技术学院兰州730070 甘肃农业大学林学院兰州730070 甘肃农业大学农学院兰州730070

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45个气象站点1971—2020年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生... 详细信息

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45个气象站点1971—2020年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析。结果表明:研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m^(-2)·(10 a)^(-1)的速率呈波动下降趋势,≥11℃积温以60.89℃·(10 a)^(-1)的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)^(-1)的速率呈缓慢上升趋势。甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)^(-1)和-0.6%·(10 a)^(-1)的速率呈下降趋势。陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41和0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为0.1%·(10 a)^(-1)、0.07 kg·hm^(-2)·℃^(-1)·d^(-1)·(10 a)^(-1)、1.17 kg·hm^(-2)·mm^(-1)·(10 a)^(-1)和0.05·(10 a)^(-1),表现出玉米增产的良好潜力。

关键词：气候变化气候生产潜力损失率气候资源利用效率甘肃农牧交错带