范澤孟,范 斌

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100049 3 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210023

全球變化對(duì)人類的生存環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響[1]。氣候變化作為全球變化的一個(gè)重要方面,將引起植被生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空分布格局發(fā)生系列的演替和變化[2- 4]。氣候與植被之間的相互作用關(guān)系研究,一直是全球變化和陸地生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問題[5]。大量研究表明,溫度和降水等主要?dú)夂蛞氐淖兓瘯?huì)導(dǎo)致動(dòng)植物生境發(fā)生改變,進(jìn)而影響物種分布格局及其生態(tài)系統(tǒng)過程[6- 9]。通過歷史氣候觀測(cè)數(shù)據(jù),可以構(gòu)建植被生態(tài)系統(tǒng)空間分布模型,進(jìn)而對(duì)氣候變化可能引起植被生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空分布格局進(jìn)行模擬分析[10- 12]。目前,模擬氣候與植被生態(tài)系統(tǒng)相互作用的主流模型包括HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型[13]、BOX模型[14]、DOLY模型[15]、MAPSS模型[16]和IBIS模型[17]等。其中,HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型僅根據(jù)年平均生物溫度、年降水量和潛在蒸散比率3個(gè)主要的生物氣候要素,定量刻畫不同植被生態(tài)系統(tǒng),由于模型參數(shù)相對(duì)于其他模型更為簡(jiǎn)單,被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用[18- 22]。

隨著時(shí)間的不斷推移,在氣候與人文因素的共同作用下,植被生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空分布格局將發(fā)生系列偏移和變化,如何通過植被生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空偏移來揭示植被生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)關(guān)系,已受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究人員的熱點(diǎn)關(guān)注[23- 25]。歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,其植被生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)關(guān)系的研究意義重大[26- 27]。目前,國(guó)內(nèi)外基于平均中心模型對(duì)各種生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空變化格局研究以及歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究已取得了大量的研究進(jìn)展[28-33]。譬如,范澤孟等[28]對(duì)1960—2002年中國(guó)HLZ生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空分布及偏移趨勢(shì)進(jìn)行了模擬分析；王建兵[29]分析了1971—2010年甘南草原的HLZ生態(tài)系統(tǒng)的偏移趨勢(shì)及干濕變化；曹慧明等[30]分析了1990—2005年瀘沽湖流域生態(tài)系統(tǒng)平均中心的變化趨勢(shì)及影響因素；Zhang等[31]對(duì)內(nèi)蒙古近半個(gè)世紀(jì)氣候變化導(dǎo)致的HLZ生態(tài)系統(tǒng)平均中心偏移變化進(jìn)行了研究；He等[32]用中心模型對(duì)北京地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估；孫立群等[27]基于植被指數(shù)和氣象數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)歐亞大陸不同生態(tài)區(qū)植被對(duì)降水的響應(yīng)有明顯的時(shí)空差異；Yu等[33]用歷史氣候數(shù)據(jù)及未來情景數(shù)據(jù)模擬發(fā)現(xiàn)歐亞大陸北部和北美森林有向北極偏移的趨勢(shì)。以上研究主要集中在中小尺度區(qū)域的氣候與植被生態(tài)系統(tǒng)研究方面,而針對(duì)大尺度區(qū)域,尤其是歐亞大陸的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移模擬分析則很少涉及。

該論文針對(duì)在未來氣候變化情景下,如何定量揭示歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)對(duì)未來氣候變化的響應(yīng)機(jī)理問題,在對(duì)HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型進(jìn)行修正和對(duì)平均中心模型進(jìn)行拓展的基礎(chǔ)上[34],構(gòu)建了歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移分析模型。結(jié)合1981—2010年(T0)的歐亞大陸氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)和IPCC CMIP5 RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種情景的2011—2040年(T1)、2041—2070年(T2)、2071—2100年(T3)的氣候模式,在分別實(shí)現(xiàn)T0、T1、T2和T3四個(gè)時(shí)段的歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空分布的基礎(chǔ)上,分別實(shí)現(xiàn)T0—T3時(shí)段內(nèi)的歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移趨勢(shì)的模擬和分析,揭示各種情景下的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心偏移的時(shí)空差異特征,從而為“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)的生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)估等提供科學(xué)數(shù)據(jù)和方法支撐[26]。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其處理

氣候數(shù)據(jù)包括觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式模擬情景數(shù)據(jù)。其中,氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)來源于歐亞大陸氣象臺(tái)站1981—2010年觀測(cè)的月氣候數(shù)據(jù) (Monthly Climate Data for the World, MCDW)。氣候情景數(shù)據(jù)采用IPCC CMIP5發(fā)布的能代表未來溫室氣體排放的高中低三種情景[35],即：RCP2.6(低排放情景)、RCP4.5(中間排放情景)、RCP8.5(高排放情景) (http://www.ipcc-data.org)。歐亞大陸的DEM數(shù)據(jù)采用SRTM數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來源于http://srtm.csi.cgiar.org,運(yùn)用重采樣方法將空間分辨率為1 km×1 km的DEM數(shù)據(jù)重采樣后形成0.125°×0.125°空間分辨率的DEM數(shù)據(jù)。

如何對(duì)氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值,以及對(duì)氣候情景數(shù)據(jù)進(jìn)行空間降尺度,獲取高精度的氣候要素空間數(shù)據(jù),對(duì)于氣候變化驅(qū)動(dòng)下植被生態(tài)系統(tǒng)分布特征及時(shí)空偏移的模擬結(jié)果具有重要的影響。鑒于高精度曲面建模(HASM)方法[36],能夠克服反距離加權(quán)模型(IDW)、三角網(wǎng)模型(TIN)、克里金模型(Kriging)、樣條插值模型(Spline)等常用方法的理論缺陷并提升模型的模擬精度[37- 38]。因此,在進(jìn)行氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)空間插值和未來氣候情景數(shù)據(jù)空間降尺度的過程中,采用HASM方法,并結(jié)合經(jīng)緯度及高程數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間插值和未來氣候情景數(shù)據(jù)的空間降尺度[39],分別獲得歐亞大陸0.125°×0.125°空間分辨率的T0、T1、T2和T3四個(gè)時(shí)段的年平均生物溫度、年降水量和潛在蒸散比率數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

1.2.1HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型

HLZ(Holdridge life zone)生態(tài)系統(tǒng)模型是根據(jù)年平均生物溫度、年降水量和潛在蒸散比率三個(gè)主要的生物氣候要素,對(duì)植被生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行空間刻畫的模型。在對(duì)模型輸入?yún)?shù)進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上,構(gòu)建適用于歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)分類及空間模擬的模型,可用下式進(jìn)行表征[34,37,40]：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中, MAB(x,y,t)、TAP(x,y,t)、PER(x,y,t)分別為t時(shí)刻位置(x,y)處的平均生物溫度(℃)、年降水量(mm)和潛在蒸散比率；TEM(j,x,y,t)和P(j,x,y,t)分別為第j天的積溫和降水量；M(x,y,t)=lnMAB(x,y,t)；T(x,y,t)=lnTAP(x,y,t)；P(x,y,t)=lnPER(x,y,t)；Mi0、Ti0和Pi0分別是第i個(gè)植被生態(tài)系統(tǒng)類型中心點(diǎn)的 MAB、TAP和PER的對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)參考值；HLZi(x,y,t)為t時(shí)刻位置(x,y)處的植被生態(tài)系統(tǒng)類型。

1.2.2植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移分析模型

植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移分析模型,是一個(gè)在模擬植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心分布的基礎(chǔ)上,根據(jù)植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移距離和方向,對(duì)植被生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空分布格局變化進(jìn)行定量闡述的空間分析模型[34,37],其理論公式可表達(dá)為：

(5)

(6)

第j種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移距離和方向可分別為：

(7)

(8)

2 模擬結(jié)果

2.1 植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的空間分布

圖1 歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的空間分布Fig.1 Spatial distribution of mean centers in vegetation ecosystems types in Eurasia

歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)及其平均中心的模擬結(jié)果表明(圖1),植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心主要位于歐亞大陸的中部和南部地區(qū)。其中,極地/冰原、亞極地/高山干苔原、亞極地/高山潮濕苔原、亞極地/高山雨苔原、寒溫帶干旱灌叢、寒溫帶濕潤(rùn)森林、寒溫帶潮濕森林、寒溫帶雨林、冷溫帶荒漠灌叢、冷溫帶草原、冷溫帶濕潤(rùn)森林、冷溫帶潮濕森林、暖溫帶荒漠灌叢、暖溫帶有刺草原、暖溫帶干旱森林、亞熱帶荒漠灌叢、亞熱帶有刺疏林、熱帶荒漠灌叢以及荒漠等植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心主要位于中亞、西亞及蒙古高原,呈由西南到東北方向的帶狀分布。冷溫帶雨林、暖溫帶濕潤(rùn)森林、暖溫帶潮濕森林、亞熱帶干旱森林、亞熱帶濕潤(rùn)森林、亞熱帶潮濕森林、亞熱帶雨林、熱帶有刺疏林、熱帶極干森林、熱帶干旱森林、熱帶濕潤(rùn)森林、熱帶潮濕森林等植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心主要位于南亞、東亞和東南亞地區(qū),整體呈馬來西亞-中國(guó)西南-印度方向的帶狀分布。亞極地/高山濕潤(rùn)苔原的平均中心主要位于俄羅斯東北部的高寒地區(qū)。

圖2 RCP2.6情景下歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移趨勢(shì)Fig.2 The shift trends of mean centers in vegetation ecosystems under scenario RCP2.6 in Eurasia圖中T0、T1、T2和T3分別代表1981—2010、2011—2040、2041—2070和2071—2100四個(gè)時(shí)段(T0, T1, T2 and T3 respectively express the four periods of 1981—2010, 2011—2040, 2041—2070 and 2071—2100 in this figure)

2.2 植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移趨勢(shì)

根據(jù)RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種情景下歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移模擬結(jié)果(圖2—4),分別對(duì)各情景下的歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移距離和偏移方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明(表1—3)：RCP2.6氣候變化情景下(表1,圖2),歐亞大陸亞熱帶干旱森林、暖溫帶濕潤(rùn)森林、亞熱帶有刺疏林、亞熱帶潮濕森林、寒溫帶濕潤(rùn)森林、冷溫帶濕潤(rùn)森林、亞熱帶濕潤(rùn)森林和冷溫帶潮濕森林這8種植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心的偏移幅度較大,T0—T1、T1—T2和T2—T3三個(gè)時(shí)段的平均偏移距離均大于300 km。其中,亞熱帶干旱森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向西北方向偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移755 km,T1—T2時(shí)段將繼續(xù)向西北方向偏移639 km,T2—T3時(shí)段將向西偏移847 km。暖溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向西偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移451 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向西偏移647 km,T2—T3時(shí)段將繼續(xù)向西偏移934 km。亞熱帶有刺疏林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將持續(xù)向西北方向偏移,T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段分別偏移843 km、496 km和209 km。亞熱帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向北偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向東北方向偏移524 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向西北方向偏移475 km,T2—T3時(shí)段將繼續(xù)向西北方向偏移548 km。寒溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將持續(xù)向東北方向偏移,總偏移幅度達(dá)1199 km。冷溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向東北方向偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向東偏移515 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向東北方向偏移298 km,T2—T3時(shí)段將繼續(xù)向東北方向偏移292 km。亞熱帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向北偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移597 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向北偏移271 km,T2—T3時(shí)段將轉(zhuǎn)向東北方向偏移165 km。冷溫帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將持續(xù)向東偏移,總偏移幅度達(dá)913 km。

表1 RCP2.6情景下歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移距離和方向

表中T0、T1、T2和T3分別代表1981—2010、2011—2040、2041—2070和2071—2100四個(gè)時(shí)段(T0, T1, T2 and T3 respectively express the four periods of 1981—2010, 2011—2040, 2041—2070 and 2071—2100 in this table)

RCP4.5氣候變化情景下(表2,圖3),歐亞大陸T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段的平均偏移距離均大于300 km的植被生態(tài)系統(tǒng)類型有11種,其中,亞極地/高山濕潤(rùn)苔原、亞熱帶干旱森林、暖溫帶濕潤(rùn)森林、冷溫帶潮濕森林、亞熱帶有刺疏林、冷溫帶濕潤(rùn)森林、亞熱帶潮濕森林和寒溫帶濕潤(rùn)森林這8種植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心的偏移幅度較大,在T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段的平均偏移距離均大于400 km。其中,亞極地/高山濕潤(rùn)苔原平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向南偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向東南方向偏移94 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向西南方向偏移270 km,T2—T3時(shí)段將繼續(xù)向西南方向偏移2031 km。亞熱帶干旱森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向西偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移423 km,T1—T2時(shí)段將繼續(xù)向西北偏移840 km,T2—T3時(shí)段將向西偏移921 km。暖溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向西北移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移307 km,T1—T2時(shí)段將向西偏移912 km,T2—T3時(shí)段將向西北方向偏移789 km。冷溫帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將持續(xù)向東偏移,T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段分別偏移215 km、717 km和1050 km。亞熱帶有刺疏林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)均將持續(xù)向西北方向偏移,總偏移幅度達(dá)1741 km。冷溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向東北方向偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向東北方向偏移328 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向東偏移469 km,T2—T3時(shí)段將又向東北方向偏移574 km。亞熱帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向北偏移趨勢(shì), T0—T1時(shí)段將向東北方向偏移235 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向北偏移765 km,T2—T3時(shí)段將轉(zhuǎn)向西北方向偏移368 km。寒溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)均將持續(xù)向東北方向偏移,總偏移幅度達(dá)1278 km。

表2 RCP4.5情景下歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移距離和偏移方向

圖3 RCP4.5情景下歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移趨勢(shì)Fig.3 The shift trends of mean centers in vegetation ecosystems under scenario RCP4.5 in Eurasia

圖4 RCP8.5情景下歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移趨勢(shì)Fig.4 The shift trends of mean centers in vegetation ecosystems under scenario RCP8.5 in Eurasia

RCP8.5氣候變化情景下(表3,圖4),歐亞大陸T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段的平均偏移距離均大于300 km的植被生態(tài)系統(tǒng)類型有16種,占所有模擬得到植被生態(tài)系統(tǒng)類型總數(shù)的一半,其中,亞極地/高山濕潤(rùn)苔原、亞熱帶干旱森林、暖溫帶濕潤(rùn)森林、冷溫帶潮濕森林、亞熱帶潮濕森林、亞熱帶有刺疏林、冷溫帶濕潤(rùn)森林、寒溫帶濕潤(rùn)森林、極地/冰原和亞熱帶濕潤(rùn)森林這10種植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心的偏移幅度較大,在T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段的平均偏移距離均大于400 km。其中,亞極地/高山濕潤(rùn)苔原平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將呈持續(xù)向西南偏移趨勢(shì),T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段將分別偏移165 km、627 km和3072 km。亞熱帶干旱森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向西北偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移327 km,T1—T2時(shí)段將向西偏移1137 km,T2—T3時(shí)段又將向西北方向偏移1250 km。暖溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向西北方向移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西偏移377 km,T1—T2時(shí)段將繼續(xù)向西偏移1263 km,T2—T3時(shí)段將向西北方向偏移648 km。冷溫帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將持續(xù)向東偏移,T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段分別偏移404 km、879 km和905 km。亞熱帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向北偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向東北方向偏移473 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向北偏移940 km,T2—T3時(shí)段將轉(zhuǎn)向西北方向偏移593 km。亞熱帶有刺疏林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)整體將呈西北方向偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西偏移834 km,T1—T2時(shí)段將向西北方向偏移634 km,T2—T3 時(shí)段將繼續(xù)向西北偏移392 km。冷溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)也均將持續(xù)向東北方向偏移,T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段分別偏移378 km、635 km和713 km。寒溫帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)均將持續(xù)向東北方向偏移,T0—T1、T1—T2和T2—T3 三個(gè)時(shí)段分別偏移509 km、668 km和329 km。極地/冰原平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體呈向北偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西偏移162 km,T1—T2時(shí)段將轉(zhuǎn)向西北方向偏移236 km,T2—T3時(shí)段將轉(zhuǎn)向東北方向偏移908 km。亞熱帶濕潤(rùn)森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將整體上呈向北偏移趨勢(shì),T0—T1時(shí)段將向西北方向偏移446 km,T1—T2時(shí)段將向北偏移468 km,T2—T3時(shí)段將轉(zhuǎn)向東北方向偏移305 km。

表3 RCP8.5情景下歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移距離和偏移方向

3 討論

HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型根據(jù)氣候與植被之間的相互作用關(guān)系,采用年平均生物溫度、年降水量和潛在蒸散比率三個(gè)生物氣候要素來定量刻畫不同類型的植被生態(tài)系統(tǒng)[13],在生態(tài)系統(tǒng)分類、土地覆蓋變化和土地利用規(guī)劃等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[18- 22],尤其在氣候變化驅(qū)動(dòng)下的植被生態(tài)系統(tǒng)空間分布方面,HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型被認(rèn)為是一種有效的方法[18,25,34,37,40]。

文中采用高精度曲面建模(HASM)方法,結(jié)合經(jīng)緯度及高程數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間插值和未來氣候情景數(shù)據(jù)的空間降尺度處理[37- 39],保證了模型參數(shù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。在對(duì)HLZ生態(tài)系統(tǒng)模型進(jìn)行修正并構(gòu)建植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移分析模型的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了歐亞大陸1981—2100年內(nèi)不同時(shí)段的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移幅度和方向的時(shí)空定量分析。歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心主要位于歐亞大陸的中部和南部地區(qū),而且整體將呈向北的偏移趨勢(shì),這與已有研究成果具有很好的一致性[33]。因此,該論文所發(fā)展的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移分析模型,能夠?qū)W亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移趨勢(shì)及情景進(jìn)行模擬,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未來氣候變化驅(qū)動(dòng)下的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移可能性的時(shí)空模擬和定量刻畫。

同時(shí),在全球變化背景下,隨著“一帶一路”倡議的逐步推進(jìn)和實(shí)施,歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移情景的模擬分析結(jié)果,可為“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)開展各種生態(tài)環(huán)境問題研究及可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃,提供科學(xué)數(shù)據(jù)與方法支撐[26]。

4 總結(jié)

歐亞大陸植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心偏移的時(shí)空模擬分析結(jié)果顯示,在1981—2100年間的不同時(shí)段內(nèi),RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種氣候變化情景驅(qū)動(dòng)下,歐亞大陸各種植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心均將呈現(xiàn)出不同程度的時(shí)空偏移趨勢(shì)。RCP8.5情景下的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移幅度最大,RCP4.5情景下的偏移幅度次之,而RCP2.6情景下的植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的偏移幅度最小。從這一分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),氣候變化強(qiáng)度直接影響到植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心的時(shí)空偏移幅度,氣候變化越劇烈,則植被生態(tài)系統(tǒng)平均中心時(shí)空偏移幅度越大。

在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種氣候變化情景驅(qū)動(dòng)下,寒溫帶濕潤(rùn)森林和暖溫帶有刺草原的平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)均將呈持續(xù)向東北方向的偏移趨勢(shì),冷溫帶潮濕森林平均中心在T0—T3時(shí)段內(nèi)將呈持續(xù)向東的偏移趨勢(shì)。冷溫帶草原平均中心除RCP4.5情景的T2—T3時(shí)段向東偏移外,其余各種情景各個(gè)時(shí)段均將呈向東北方向的偏移趨勢(shì)。冷溫帶濕潤(rùn)森林平均中心除RCP2.6情景的T0—T1時(shí)段和RCP4.5情景的T1—T2時(shí)段向東偏移以外,其余各種情景各個(gè)時(shí)段均將呈向東北方向的偏移趨勢(shì)。亞熱帶有刺疏林平均中心除RCP8.5情景的T0—T1時(shí)段向西偏移外,其余各種情景各個(gè)時(shí)段均將呈向西北方向的偏移趨勢(shì)。熱帶極干森林平均中心除RCP4.5情景的T1—T2時(shí)段向北偏移和RCP8.5情景的T2—T3時(shí)段向西偏移外,其余各種情景各個(gè)時(shí)段均將呈向西北方向的偏移趨勢(shì)。

另外,模擬分析結(jié)果顯示,在3種氣候變化情景驅(qū)動(dòng)下,歐亞大陸的亞熱帶干旱森林、暖溫帶濕潤(rùn)森林、亞熱帶有刺疏林、亞熱帶潮濕森林、冷溫帶潮濕森林、寒溫帶濕潤(rùn)森林、冷溫帶濕潤(rùn)森林、亞熱帶濕潤(rùn)森林、暖溫帶干旱森林、亞極地/高山濕潤(rùn)苔原和極地/冰原等植被生態(tài)系統(tǒng)的平均中心偏移幅度大于其他植被生態(tài)系統(tǒng)類型的平均中心偏移幅度。這表明以上植被生態(tài)系統(tǒng)類型的時(shí)空變化對(duì)氣候變化的敏感性高于其他的植被生態(tài)系統(tǒng)類型。