全球生態(tài)學資料

PAGE3-1.對氣候變化的敏感性、適應性與脆弱性敏感性:指一個系統(tǒng)對氣候變化的響應程度。適應性:指系統(tǒng)在其運行、過程或結(jié)構(gòu)中對預計或?qū)嶋H氣候變化的可能調(diào)節(jié)程度。脆弱性:指氣候變化對一個系統(tǒng)的破壞程度。它既取決于一個系統(tǒng)對于特定氣候變化的敏感性，又取決于此系統(tǒng)對于該變化的適應性。全球變化“全球變化”（GlobalChange）一詞首先出現(xiàn)于20世紀70年代，為人類科學家所使用。全球變化指由于自然和人為因素造成的全球性的環(huán)境變化，主要包括氣候變化、大氣組成變化，如CO2濃度及其它溫室氣體的變化，以及由于人口、經(jīng)濟、技術(shù)和社會的壓力引起土地利用的變化。土地利用與土地覆蓋土地利用(landuse)：指人類依據(jù)土地的特點，根據(jù)一定的經(jīng)濟與社會目的，采取一系列的生物和技術(shù)手段對土地進行的長期性或周期性經(jīng)營活動，把土地的自然生態(tài)系統(tǒng)變?yōu)槿斯ど鷳B(tài)系統(tǒng)的過程。土地覆蓋(landcover)：指自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼澤濕地及各種建筑物(如道路等)，具有特定的時間和空間屬性，其形態(tài)和狀態(tài)可在多種時空尺度上變化。溫室氣體與溫室效應溫室氣體:是指在10微米附近（8~10mm）的紅外光譜波長上吸收輻射、對地表有一種遮擋作用的氣體，并導致地球大氣的增溫，如CO2,CH4,N2O,O3和H2O等。溫室效應:是指地球大氣中高濃度的CO2等溫室氣體象溫室的玻璃罩一樣只允許太陽輻射到達地面，卻吸收從地面反射的紅外輻射，而導致地球大氣溫度升高的效應。大氣環(huán)流模式指由流體力學方程組和熱力學方程組組成的一組用于定量描述發(fā)生在大氣、海洋、冰和陸地的各種過程的方程組。該方程組可以綜合地反映相耦合的大氣－海洋－陸地－生物圈系統(tǒng)內(nèi)的物理、化學、生物和社會過程的相互作用，預測大氣運動的變化。是進行天氣和氣候預測的基礎，是對用于天氣預報和氣候預報的大氣數(shù)值模式的總稱。植被、植被區(qū)劃與植被類型植被：是植物生長著、繁殖著，為動物和人類提供食物與隱蔽所，并通過截留雨水與養(yǎng)分循環(huán)穩(wěn)定土壤的植物群落。植被區(qū)劃:是在一定地段上依植被類型及其地理分布的特征劃分出高、中、低各級彼此有區(qū)別、但在內(nèi)部具有相對一致性的植被類型及其有規(guī)律組合的植被地理區(qū)。植被類型是植被區(qū)劃的主要依據(jù)。又稱盒(box)或分室(compartment)指以某一物理、化學或生物特征定義的大量物質(zhì)。在特定條件下可被認為是均一的。通量(flux)：單位時間從一個庫傳輸?shù)搅硪粋€庫的物質(zhì)量，以F表示。匯(Sink)：進入庫中的物質(zhì)通量，通常以Q表示。源(Source)：從庫中流出的物質(zhì)通量，常以S表示。收支(budget)：是指一個庫中的所有源和匯的總和。周轉(zhuǎn)時間(turnovertime)：一個庫的周轉(zhuǎn)時間是指庫的容量M與庫所有匯S的和的比率或指庫的容量M與庫所有源Q之和的比率。周轉(zhuǎn)時間是指在匯保持不變且無源的條件下庫被用空所需的時間。循環(huán)(cycle)：由2個或多個相關聯(lián)的庫組成的系統(tǒng)，物質(zhì)以一種循環(huán)的方式在該系統(tǒng)內(nèi)傳輸。如果所有物質(zhì)在該系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，則該系統(tǒng)是封閉系統(tǒng)。二、理解1.描述地球系統(tǒng)及其組成特點，并指出氣候系統(tǒng)與地球系統(tǒng)的異同地球系統(tǒng)是由大氣圈、水圈、巖石圈、冰凍圈和生物圈組成的，其中巖石圈不僅包括土壤和山脈地形等，還包括深層的地殼和地幔等。組成特點：地球系統(tǒng)是一個由若干個開放系統(tǒng)組成的準封閉系統(tǒng)。其只與外界進行能量交換而基本上沒有物質(zhì)交換，而各個子系統(tǒng)則屬于開放系統(tǒng)，彼此之間既有物質(zhì)的交換又有能量的交換。相同點：（1）二者組成成分相同，都包括大氣圈、水圈（含冰雪圈）、巖石圈和生物圈；（2)二者都屬于準封閉系統(tǒng)，與外界只有能量交換，沒與物質(zhì)交換；（3）二者都是很復雜的而且是高度非線性的系統(tǒng)；（4）二者的動力都主要來自太陽能。不同點：（1）地球系統(tǒng)范圍更廣，除了地質(zhì)過程和氣候系統(tǒng)，還有生態(tài)系統(tǒng)、海洋系統(tǒng)以及人類作用過程等；（2）氣候系統(tǒng)具有可預報性，地球系統(tǒng)沒有；（3）地球系統(tǒng)的關鍵過程是能量流動和生物地球化學循環(huán)，氣候系統(tǒng)只包括與氣候相關的能量和物質(zhì)的交換。闡述氣候－植被分類定量研究的3個階段及其特點氣候－植被分類定量研究的3個階段：①以植被類型與氣候相關性為特征的氣候－植被分類階段特點：以現(xiàn)實自然植被類型與氣候之間的相關性為特征,還沒有將對植物生理活動具有明顯限制作用的氣候因子作為植被分類的指標，也沒有考慮植物的生長過程，是非機理性的。②以影響植物生理活動的氣候因子為指標氣候－植被分類階段特點：以對植物生理生態(tài)活動具有明顯限制作用的氣候因子作為氣候－植被分類的指標。這類模型又稱為生物地理模型(Biogeographymodel)，主要描述了植被的結(jié)構(gòu)特征，如葉面積指數(shù)等，不足的是這類模型關于植被類型與氣候之間相互關系的描述是靜態(tài)的，即植被與氣候處于平衡狀態(tài)，也沒有反應植被的結(jié)構(gòu)與功能的綜合作用。③以植被結(jié)構(gòu)和功能變化為特征的氣候－植被分類階段特點：將植物的結(jié)構(gòu)和功能的變化在植被的分類上得到綜合體現(xiàn)。3.遙感在現(xiàn)實陸地植被生產(chǎn)力監(jiān)測中的作用及其缺限作用：（1）可用衛(wèi)星資料來判別植被的疏密度、木材產(chǎn)量及森林類型。（2）根據(jù)衛(wèi)星遙感資料推算生產(chǎn)力，是植物生物量和生產(chǎn)力動態(tài)監(jiān)測的有效工具，如CASA模型。（3）遙感數(shù)據(jù)比氣象臺站觀測的數(shù)據(jù)和土壤圖提供的數(shù)據(jù)精度要高。缺陷：（1）不能協(xié)調(diào)遙感數(shù)據(jù)與其他來源的數(shù)據(jù)之間的精度。衛(wèi)星資料提供的初始數(shù)據(jù)只反映土地覆蓋在某一時刻的狀態(tài)，并不等同于土地利用及植被分類圖。（3）分析或模擬的結(jié)果往往只適用于特定的研究區(qū)域，而不具備普適性。（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計不能與基本的生態(tài)屬性有機地聯(lián)系在一起。（5）衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在輻射誤差和地理上的定位誤差。試述植物的總初級生產(chǎn)力、植物凈第一性生產(chǎn)力、凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、凈生物群區(qū)生產(chǎn)力之間的相互關系NBP=GPP-RA-RH-NR=NPP-RH-NR=NEP-NRNR為非呼吸代謝消耗的光合產(chǎn)物。植被通過光合作用形成總初級生產(chǎn)力（GPP），即光合產(chǎn)物。GPP是生態(tài)系統(tǒng)初始物質(zhì)與能量，也是C循環(huán)的基礎，隨不同植被類型而異。在植被GPP中，約有一半通過植被自身的呼吸作用重新回到大氣中；另一部分成為植被凈第一性生產(chǎn)力（NPP），植物利用來生長和繁殖。植物生長形成的有機碳即植被凈第一性生產(chǎn)力(NPP)流向主要有兩種：1.大部分以凋落物的形式進入地表，它們或成為土壤有機質(zhì)的一部分或以凋落物分解形式回到大氣；2.其余部分則成為系統(tǒng)的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP），構(gòu)成植物的生物量。凈生物群區(qū)生產(chǎn)力(NBP)：指從NEP中減去自然和人為干擾(如火災、病蟲害、動物啃食、森林間伐以及農(nóng)林產(chǎn)品收獲等)等非生物呼吸消耗后所余下的部分。試述模型的重要性及其生命力重要性：（1）是認識生態(tài)系統(tǒng)的關鍵：許多生態(tài)現(xiàn)象和資源管理問題包含了許多相互作用，憑借目前關于生態(tài)系統(tǒng)的認識對于生態(tài)系統(tǒng)過程的預測還很困難。（2）是理解自然的有效方法：對了解很有限的復雜現(xiàn)象，試圖憑借簡單的假設或因果推理來進行解釋是不可能的。模型則是綜合地研究這一復雜現(xiàn)象，建立反映這一復雜現(xiàn)象的綜合模型，且利用該模型來預測這一復雜現(xiàn)象及其對于擾動的反應。生命力：（1）模型可以作為預測的工具。在模型建立過程中所獲得的新信息很少，模型的價值在于它們能做什么，而不在于模型怎樣被建立。（2）模型可被用作啟發(fā)式的練習。即一種研究和綜合分析我們所想了解的系統(tǒng)的方法和確定我們還不了解但希望或需要了解的系統(tǒng)的方法。一個已經(jīng)建立的模型用途并不大，許多模型在其建立后從未用過。這些模型的價值在于模型的發(fā)展而不在于這一完成的產(chǎn)品。簡述全球變化生物圈模型的分類及其特點①陸地表面模型；②生物地理模型；③生物地球化學模型。三類模型的特點平衡狀態(tài)：三類模型都是獨立發(fā)展的，都只反映了生物圈的不同方面，主要模擬的是平衡時的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，沒有綜合地考慮生物地球化學過程對植被分布的反饋作用和生物圈過程對氣候的反饋作用，使得模擬生物圈的狀態(tài)及其與氣候系統(tǒng)的潛在作用顯得有些力不從心。植被結(jié)構(gòu)與功能的分離：三類模型對陸地表面過程、植被生態(tài)學和生物地球化學之間的許多關鍵聯(lián)系的描述也不夠，沒有將植被的結(jié)構(gòu)與功能綜合考慮。迫切需要建立一個更綜合的模型：以模擬陸地生物圈與大氣之間的相互作用，特別是模擬陸地生態(tài)系統(tǒng)在不同時間和空間尺度上的動態(tài)。7.試述“全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)”核心項目的研究目標與核心科學問題目標：①預測氣候、大氣成分和土地利用的變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響，包括農(nóng)業(yè)、森林、土壤和生態(tài)復雜性；②確定這些影響對于大氣和物理氣候系統(tǒng)的反饋作用。全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究就是要從生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量平衡的角度，研究地圈—生物圈—大氣圈的相互作用，探討全球變化的成因與控制機制、空間格局變化規(guī)律、未來趨勢的預測，以及生態(tài)系統(tǒng)變化對全球變化的響應與反饋，研究全球、大陸和流域尺度復雜生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)過程、系統(tǒng)內(nèi)部各亞系統(tǒng)間的耦合關系，以及各種生態(tài)環(huán)境問題的相互作用等科學問題，其中以生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與全球變化、生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)與水資源、全球變化與生物多樣性為其三大優(yōu)先研究領域。核心科學問題：①驅(qū)動力：氣候、大氣成分和土地利用；②尺度問題：時間尺度與空間尺度。當前研究工作的重點集中在：1生物圈代謝與水循環(huán)過程及其耦合機制和生態(tài)系統(tǒng)要素間的相互作用關系與作用機制。2區(qū)域尺度的地圈—生物圈—大氣圈之間的相互作用與全球變化的關系。3陸地生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應與反饋作用的機制，以及關鍵生態(tài)學過程對環(huán)境變化的適應機制。4全球、大陸和流域尺度復雜生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)過程、系統(tǒng)內(nèi)部亞系統(tǒng)間的耦合關系以及生態(tài)與環(huán)境問題間的相互作用。8.簡述全球變化陸地樣帶及其選擇標準、特征及其全球分布區(qū)域定義：由一系列沿著某種具有控制陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和組成，生物圈－大氣圈痕量氣體交換和水分循環(huán)的全球變化驅(qū)動力、溫度、降水和土地利用梯度分布的生態(tài)研究站點、觀測點和樣地組成的，其長度應不小于1000公里以確保覆蓋氣候和大氣模式以及決策尺度，并有足夠?qū)挾?數(shù)百公里)以涵蓋遙感影像范圍。選擇標準:具有一系列連續(xù)的樣點、生態(tài)實驗站和觀測點反映全球變化驅(qū)動力一定的空間范疇為若干IGBP的核心項目提供有用資源已經(jīng)建成或隨著研究樣點的選擇而積極發(fā)展的研究隊伍特征：可比性、重復性、綜合性、協(xié)作性、應用性。可比性：比較研究一直就是理解生態(tài)系統(tǒng)過程和格局的有效研究手段重復性：沿著某一環(huán)境梯度重復生態(tài)系統(tǒng)水平的實驗，可用于分析環(huán)境因子及其與生態(tài)系統(tǒng)各組分之間的相互關系。綜合性：樣帶是分散研究站點的觀測研究與一定空間區(qū)域綜合分析的橋梁以及不同時空尺度模型間耦合與轉(zhuǎn)換的媒介，其研究成果可反映不同時空尺度及人類活動的現(xiàn)實協(xié)作性：可推動在同一地點開展研究的不同學科科學家，特別是IGBP各核心項目的協(xié)作研究，提高資源的有效利用應用性：可促進從較小尺度過程的研究應用到?jīng)Q策和地球系統(tǒng)科學的其它研究者感興趣的區(qū)域和全球研究范疇全球分布區(qū)域包括：潮濕熱帶地區(qū)（卡拉哈里樣帶、稀樹草原樣帶、北澳大利亞熱帶樣帶）。中緯度半干旱地區(qū)（阿根廷樣帶、中國東北樣帶、北美中緯度樣帶）高緯度地區(qū)（西伯利亞遠東樣帶、西西伯利亞樣帶、歐洲樣帶、北方林樣帶、阿拉斯加緯向樣帶）。半干旱熱帶地區(qū)（亞馬遜樣帶、邁澳姆寶灌叢樣帶、亞洲東南樣帶）。寒溫帶至熱帶森林區(qū)域（中國東部南北樣帶）試述導致未來氣候預測不確定性原因及未來全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)研究需重視的方面。不確定性因素:對氣候變化的過程、反饋機制與原因的認識還非常有限；影響氣候變化的因子很多。目前的預測因子只考慮了太陽黑子與氣候變化的聯(lián)系以及人類排放溫室氣體和硫化物氣溶膠濃度增加對氣候變化的可能影響，并沒有考慮多種因素的相互作用、相互反饋和影響。特別是，對于下述方面的描述還不完善：(1)溫室氣體的源和匯。它們影響著對未來濃度的預測；(2)云。云對氣候變化的幅度有很大影響；(3)海洋。影響氣候變化的發(fā)生時間和發(fā)展；(4)極地冰蓋。它影響對海表面上升的預測。為減少評估與預測全球變化影響的不確定性，未來擬加強以下研究:(1)不同尺度比較研究：從分子、細胞、器官、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)研究各尺度