陆地蒸散发年际变化规律及其驱动机制

来源 :武汉大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:llljjjxxx7
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
蒸散发(ET)是联结地表水循环-碳循环-能量平衡的关键因子,研究其年际变化及驱动机制对认识气候演变及水循环变化规律、维持生态系统稳定、实现水资源合理利用和高效管理等具有重要意义。但是,由于ET与大气-植被-土壤耦合系统的关系复杂,且大尺度ET难以观测,当前人们对陆地ET年际变化规律及驱动机制的认识不清。针对这一问题,本论文基于多种来源的蒸散发数据集分析了陆地ET的年际变化规律及其受气候和植被变化调控的机制。主要工作包括:(1)基于多源蒸散发数据集分析了陆地ET的年际变化趋势和年际变异特征(以变异系数表示,CV)。研究发现,全球陆地60%以上的区域ET有显著增加的趋势;ET的年际变异系数(CVET)随植被(以反应植被固碳能力的初级生产力表示,GPP)的增加而显著降低,陆地90%以上的区域CVET比植被和气候(以降水表示,P)的年际变异系数更小,说明陆地大部分地区ET的年际波动比气候和植被的年际波动更稳定。进一步分析发现,陆地70%以上区域P、GPP均与ET正相关,其中陆地60%以上区域ET与GPP的相关性强于ET与P的相关性,这说明全球陆地大部分地区气候和植被均对ET年际变化有正向作用,且陆地ET年际变化主要由植被控制。(2)基于陆面过程模式模拟结果,采用偏相关分析方法识别了非生物因素(包括P、辐射Rn、水汽压差VPD代表的气象因素和土壤水SM代表的环境因素)和生物因素(以GPP表示)对ET组分(包括蒸腾T、土壤蒸发Es和冠层截留蒸发Ei)年际变化的调控作用,揭示了气候和植被对不同ET组分年际变化的协同控制机制。研究发现,GPP对全球陆地约80%区域的生物用水(即T)年际变化有正向控制作用,贡献约为70%;非生物用水(即Es和Ei)年际变化主要由P和GPP协同控制,其中P对Es和Ei均有正向作用,GPP对Es有负向作用,对Ei有正向作用,二者分别可解释Es和Ei年际变化的40%。基于ET组分年际变化的驱动机制,进一步揭示了全球陆地大部分地区ET年际波动小于P和GPP年际波动是不同ET分割过程(即将ET分割为ET组分的过程,一般以T/ET表示)中,气候和植被协同控制不同ET组分年际变化的综合结果。(3)基于植被对ET组分年际变化的重要作用,进一步以陆面过程模式模拟和通量站点观测为基础,分别在全球尺度和站点尺度上分析了T/ET对GPP空间变化和年际变化的敏感性,揭示了植被对ET分割时空特征的作用。研究发现,空间上,T/ET随GPP的变化规律可分为快速增加阶段(S1)、缓慢增加阶段(S2)、下降(稳定)阶段(S3)三个阶段,将陆地生态系统分为三大类。其中,S1阶段约占陆地面积的25%,主要位于干旱和极寒地区;S2阶段面积约占60%,主要位于温带和寒冷地区;S3阶段面积约占15%,主要位于热带地区。年际变化上,发现了植被对不同阶段T/ET年际变化的调控作用的差异:即在S1和S2阶段,植被对T/ET年际变化有正向作用,且S1阶段的作用明显强于S2阶段;S3阶段植被对T/ET年际变化有负向作用。随着GPP增加,各阶段植被对T/ET年际变化的正向作用不断削弱,负向作用不断增强。进一步分析生物用水和非生物用水对降水、植被固碳能力的空间变化和年际变化的敏感性发现植被对T/ET时空特征的作用由不同植被固碳能力下,气候和植被对不同蒸散发组分空间变化和年际变化控制作用的差异共同决定。(4)基于最新CMIP6模拟结果,探索未来气候变化条件下ET的年际变化规律及其驱动机制。年际变化规律方面,分析陆地ET及其组分(T、Es、Ei和T/ET)和影响因素(P、气温Ta、GPP、SM)的线性趋势发现,未来陆地大部分地区ET、Es、Ei、P、Ta、GPP显著增加,T、T/ET和SM显著减小;且随着气候变化加剧,ET、Es、Ei、P、Ta、GPP和SM的变化速率加快、趋势显著的区域扩张,T和T/ET由显著增加变为显著减少。驱动机制方面,分析影响因素对ET组分时空变化的作用,发现未来气候变化条件下,气候(主要是P)和植被(GPP)对ET组分年际变化的协同控制作用及GPP对T/ET时空特征的三阶段(即S1、S2和S3阶段)变化规律与历史时期基本一致。随着气候变化的加剧,陆地ET组分年际变化的主导因子的作用明显改变。其中,未来GPP主导T、Es和Ei年际变化的区域缩小、贡献减小,说明植被对三者年际变化的作用变弱。未来Ta对T和Es年际变化的作用不断增强:Ta对T有负向作用,贡献约为40%;Ta对Es有正向作用,贡献约为30%,代替GPP成为影响Es的重要因素。此外,未来S1阶段的区域面积缩小,S2阶段的区域面积扩张,S3阶段的区域面积无显著变化。随着未来气候变化加剧或植被固碳能力增强,植被对各阶段T/ET时空变化的正向作用不断削弱,负向作用不断增强。本文按照“规律探索-机制解析-变化评估”的思路,首先发现了陆地大部分地区蒸散发年际波动比气候和植被年际波动更稳定;然后揭示了气候和植被对陆地蒸散发不同组分年际变化的协同控制作用;最后评估发现了未来气候变化条件下植被对蒸散发组分年际变化的作用不断削弱、气温的作用不断增强。本研究加深了对陆地蒸散发年际变化规律的认识,能够为区域蒸散发估算、大尺度水循环研究、变化环境下的水资源管理等提供理论依据。
其他文献
第一部分不同全麻方式对口腔癌皮瓣重建术患者应激反应的影响目的:探讨三种不同全麻方式对口腔癌皮瓣重建术患者应激反应的影响。方法:择期行口腔癌皮瓣重建术患者80例,随机分为七氟烷组(S组),丙泊酚组(P组)和丙泊酚联合右美托咪定组(PD组)。S组以七氟烷为主实施麻醉;P组以丙泊酚为主实施麻醉;PD组以丙泊酚联合右美托咪定为主实施麻醉,三组其他麻醉用药均相同。采集基础水平(T1)、手术开始后1小时(T2
学位
超快电子显微镜(UEM)结合了超快激光系统的超快时间分辨率和电子显微镜的纳米空间分辨率,能够可视化材料受超快激光脉冲激发后的超快动力学演化过程,用于研究材料的电荷输运、复合、电子-声子耦合过程,对于理解材料表面和内部能量转移转化的内在机制具有重要意义。本研究基于超快透射电子显微镜(UTEM)设备观测纳米金刚石受飞秒激光脉冲激发后的晶格变化过程,用以研究纳米金刚石内部电子-声子耦合机制、晶格热膨胀过
学位
第一部分:急性胰腺炎胰岛β细胞损伤及人胰腺Krt5+细胞的激活与分化【目的】观察人急性坏死性胰腺炎(ANP)胰腺内、外分泌结构病理改变,及胰腺Krt5+细胞在ANP胰腺中的激活与分化情况。【方法】使用ANP人胰腺标本(N=6)与相对正常人胰腺标本(CON,N=6),H&E染色及电镜观察胰腺病理损伤及β细胞超微结构改变;免疫荧光染色标记腺泡细胞及胰岛β细胞;TUNEL染色及Cleaved caspa
学位
第一部分替拉扎明在低氧环境下抑制骨肉瘤细胞的增殖和迁移目的:探索替拉扎明在常氧和低氧环境下对骨肉瘤细胞的作用。方法:使用三气培养箱模拟体内低氧环境,通过MTT、Transwell细胞迁移、细胞划痕实验探索替拉扎明对骨肉瘤细胞的影响,并与之在常氧下进行对比。结果:在低氧环境下替拉扎明作用后的143B、MNNG/HOS、U2OS三种细胞系在24 h的时间点均出现了明显的细胞活力下降,并且成剂量依赖性。
学位
目的:探讨Sig-1R(Sigma-1 receptor)对胰岛β细胞增殖的调控作用,并在脂毒性条件下探讨Sig-1R对胰岛β细胞损伤的影响及其可能机制。方法:在小鼠胰岛β细胞系MIN6细胞中,利用慢病毒载体转染技术建立稳定敲减及过表达Sig-1R的细胞株。使用流式细胞仪检测Sig-1R对MIN6细胞增殖率及细胞周期的影响。采用基因转录组测序技术,筛选Sig-1R敲减MIN6细胞与空载对照组细胞之
学位
背景与目的:胃癌(gastric cancer,GC)是消化道最常见的恶性肿瘤之一。我国胃癌的发病率和死亡率均居中国恶性肿瘤的第二位,且发病率尚未见下降趋势。据我国关于胃癌的流行病学统计资料显示,约30-40%的胃癌患者在就诊时病期已较晚,5年生存率不足10%。尽管随着治疗方案的优化和新的靶向药、免疫治疗的出现,晚期胃癌患者的生存得到了一定程度的改善。但是总体来说,目前我国胃癌的诊断和治疗情况仍不
学位
贵金属纳米线具有优异的机械、电学和光学性能,广泛应用于柔性透明导电器件、传感器和光热治疗等领域。由于贵金属纳米线的比表面积大、表面能高、散射性能好,如何将激光能量选择性地沉积到贵金属纳米线的连接部位,在不损伤贵金属纳米线的非连接部位,不改变贵金属纳米线位置的基础上,实现贵金属纳米线的原位、低损伤连接,是贵金属纳米结构功能化、器件化的关键因素。本文以实现贵金属纳米线的原位、低损伤连接为目的,通过理论
学位
高原寒区内冰川、积雪、永久性和季节性冻土广泛分布,水循环要素复杂,要素间相互作用共同影响流域内能量及水循环过程。加之高原寒区气候条件特殊,空气稀薄,太阳辐射强烈,且气温降水等气象要素受高程影响大。下垫面环境也不同其他地区,不仅冰川广布,而且在板块运动过程中形成了独特的下垫面结构,这些都使得高原寒区的水文循环及能量过程有异于其它地区。在气候变暖的背景下,高原寒区冻土退化、冰川积雪消融加速,区域内的水
学位
边坡失稳导致的滑坡灾害是我国主要地质灾害之一,合理地评估边坡稳定性和变形特征对滑坡灾害防治至关重要。边坡稳定性和变形特征受到各种不确定性因素影响,包括岩土体参数空间变异性、荷载不确定性等。边坡稳定性分析和变形预测依赖于岩土工程勘察数据、现场监测数据和计算模型。不确定性条件下根据既有数据和计算模型准确高效地评估边坡响应(包括稳定性和变形)十分具有挑战性。其关键难点包括:(1)岩土工程勘察数据和监测数
学位
金属有机骨架(MOFs)作为有机-无机杂化的多孔材料,由于具有大比表面积、丰富的功能位点和可调节的尺寸和结构,在气体存储、分离和催化领域得到了飞速的发展。MOFs材料在荧光传感方面具有独特的优势,比如MOFs具有精确、多样、可调、可设计的晶体结构,可设计功能位点实现特定的检测功能,而且MOFs作为固体材料可重复利用。发光金属有机骨架在荧光传感领域中已经实现了对离子、气体、挥发有机物、药物、生物分子
学位