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全 球 变 化 课 程 论 文 2011
孙 宝 伟
全 球 变 化 对 中 国 植 被 分 布 的 影 响
孙 宝 伟 *
( 华 东 师 范 大 学 资 源 与 环 境 科 学 学 院 环 科 系 , 上 海 200062)
摘 要 : 在 前 人 研 究 的 基 础 上 , 介 绍 了 温 室 气 体 增 加 、 海 平 面 上 升 等 全 球 变 化 事 实 。 介 绍 全 球 变
化 对 中 国 植 被 的 分 布 的 影 响 。
关 键 词 : 全 球 变 化 ; 中 国 植 被 分 布 ; 预 测 模 型
0 引 言
近 100 年 来 , 以 全 球 变 暖 为 主 要 标 志 的 全 球 变 化 问 题 已 经 成 为 全 球 关 注 的 重 要 问 题 。 全 球 气
候 变 化 日 益 影 响 着 全 球 生 态 系 统 , 植 物 对 全 球 气 候 变 化 的 响 应 主 要 反 应 在 植 被 分 布 格 局 的 变 化 。
本 文 主 要 介 绍 全 球 变 化 的 现 状 及 全 球 变 化 对 中 国 植 被 分 布 的 影 响 。
1 全 球 变 化
国 际 上 对 全 球 变 化 的 内 容 概 括 为 温 室 气 体 ( 主 要 是 CO2、CH4、N2 O 等 ) 的 增 加 所 导 致 的 全
球 气 候 系 统 和 生 态 系 统 的 变 化 , 包 括 大 气 环 流 的 改 变 , 水 热 平 衡 的 失 调 , 气 候 异 常 海 平 面 上 升 ,
生 物 多 样 性 减 少 , 水 土 流 失 , 快 速 荒 漠 化 等
[1]
。
1.1 全 球 变 化 的 事 实
大 气 中 的 CO2 含 量 在 近 200 年 中 一 直 在 上 升 。 根 据 基 地 冰 芯 分 析 资 料 18 世 纪 以 前 的 近 20
万 年 里 , 大 气 CO2 含 量 长 期 波 动 在 190~280ppm( 百 万 分 之 一 ) 左 右 (IPCC,1994)。 但 从 19
世 纪 开 始 ,CO2 的 含 量 持 续 增 加 , 到 2007 年 已 达 379×10 -6 , 比 工 业 革 命 前 增 加 了 99ppm。2005
年 大 气 二 氧 化 碳 浓 度 远 远 超 过 了 过 去 65 万 年 来 自 然 因 素 引 起 的 变 化 范 围 (180~300ppm)。 过
去 10 年 二 氧 化 碳 浓 度 增 长 率 为 1.9ppm/a, 而 有 连 续 直 接 测 量 记 录 以 来 的 增 长 率 为 1.4ppm/a。 自
1750 年 以 来 人 类 活 动 以 +1.6W/m 2 (+0.6~+2.4W/m 2 ) 的 净 效 应 驱 动 气 候 变 暖 (IPCC,2007)。
而 大 气 中 的 其 他 温 室 气 体 , 如 甲 烷 (CH4) 浓 度 从 工 业 革 命 前 的 715ppb( 十 亿 分 之 一 ) 增 加
到 了 2005 年 的 1774ppb。 这 一 数 据 远 远 超 过 了 过 去 65 万 年 来 自 然 因 素 引 起 的 变 化 范 围 (320~
790ppb)。 但 是 , 其 浓 度 增 长 率 在 20 世 纪 90 年 代 早 期 开 始 降 低 。 全 球 氮 氧 化 物 浓 度 从 工 业 革 命
前 的 270ppb 增 加 到 了 2005 年 的 319ppb。 其 增 长 率 从 20 世 纪 80 年 代 以 来 基 本 上 是 稳 定 的 。
大 气 温 室 气 体 浓 度 的 上 升 已 经 对 全 球 气 候 产 生 了 深 刻 的 影 响 , 主 要 包 括 全 球 变 暖 、 降 水 分 布
的 变 化 , 导 致 水 热 分 布 不 平 衡 , 从 而 进 一 步 导 致 海 平 面 上 升 、 陆 地 、 海 洋 生 态 系 统 受 到 干 扰 等 。
1.2 气 候 未 来 变 化 的 预 测
虽 然 各 种 大 气 环 流 模 型 (GCMs) 对 未 来 气 候 变 化 预 测 的 量 上 不 尽 相 同 , 但 所 预 测 的 未 来 气
候 变 化 的 总 体 趋 势 基 本 趋 于 一 致
[2]
。 纵 观 现 有 对 大 气 中 二 氧 化 碳 浓 度 倍 增 后 有 关 未 来 气 候 变 化 的
预 测 结 果 , 可 归 结 为 以 下 几 点 :(1) 全 球 平 均 气 温 将 升 高 1. 5~4. 5ºC , 全 球 气 候 带 将 向 极 地 方 向
发 生 一 定 程 度 的 位 移 ;(2) 最 低 温 度 的 增 幅 比 最 高 温 度 的 增 幅 大 , 夜 晚 温 度 的 增 幅 比 白 天 温 度
的 增 幅 大 , 冬 季 增 温 比 夏 季 增 温 明 显 ;(3) 全 球 降 雨 量 总 体 上 有 所 增 加 , 但 全 球 降 雨 的 格 局 将
发 生 改 变 , 降 雨 量 可 能 因 不 同 的 地 区 和 不 同 的 季 节 而 有 很 大 的 区 别 ( 如 沿 海 地 区 的 降 雨 将 增 加 ,
________________________________________
* 作 者 介 绍 : 孙 宝 伟 , 女 ,1989—, 在 读 硕 士 ( 学 号 51110802021)。 从 事 植 物 功 能 生 态 学 研 究 。E-mail:
sdsunbaowei@163.com

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孙 宝 伟
而 内 陆 地 区 的 降 雨 则 不 变 甚 至 减 少 );(4) 由 于 蒸 散 作 用 所 损 失 的 水 分 远 大 于 降 雨 增 加 的 量 ,
[2]
因 此 中 纬 度 内 陆 地 区 的 夏 季 干 旱 将 明 显 增 加 。
2 植 被 分 布 的 预 测 方 法
气 候 是 植 被 分 布 和 生 长 的 重 要 决 定 性 因 素 , 每 种 植 物 都 有 其 适 宜 的 生 态 幅 度 , 气 候 的 区 域 差
[1]
异 制 约 着 植 被 分 布 的 差 异 。 当 气 候 发 生 变 化 时 植 被 也 发 生 相 应 的 变 化 , 以 与 新 的 环 境 相 平 衡 。
要 分 析 植 被 分 布 对 气 候 变 化 的 响 应 , 需 要 在 建 立 植 被 分 布 和 环 境 因 子 定 量 关 系 的 基 础 上 , 利
用 未 来 气 候 情 景 , 模 拟 分 析 气 候 变 化 对 植 被 分 布 的 影 响 。 分 析 方 法 主 要 包 括 两 个 方 面 , 一 是 采 用
地 理 信 息 系 统 (GIS) 和 遥 感 技 术 (RS), 另 一 个 是 利 用 不 同 统 计 和 机 理 模 型 。
在 预 测 植 被 分 布 过 程 中 , 需 要 选 取 合 适 的 预 测 模 型 , 如 生 物 地 理 相 关 模 型 MAPSS、 气 候 要
素 指 标 替 代 法 、 林 窗 模 型 、 广 义 线 性 模 型 、 逐 步 回 归 广 义 线 性 模 型 、 广 义 加 法 模 型 、 logistic 回
归 模 型 、 陆 地 生 物 圈 模 型 等 。 其 中 , 气 象 观 测 资 料 和 植 被 地 理 信 息 为 环 境 变 量 和 模 型 参 数 的 确 定
提 供 了 资 料 。 在 模 拟 气 候 变 化 对 植 被 分 布 的 影 响 过 程 中 , 应 采 用 不 同 的 方 法 检 验 模 型 的 有 效 性 。
3 气 候 变 化 对 植 被 分 布 影 响 的 趋 势
决 定 植 被 在 地 球 表 面 大 范 围 分 布 的 主 要 因 素 是 热 量 和 水 分 。 地 球 表 面 的 热 量 随 纬 度 位 置 而 不
同 , 水 分 则 随 距 海 洋 远 近 以 及 大 气 环 流 和 洋 流 特 点 而 变 化 。 水 热 结 合 导 致 了 植 被 一 方 面 延 纬 度 方
向 的 带 状 更 迭 , 另 一 方 面 从 沿 海 向 内 陆 的 依 次 变 换 , 前 者 称 为 纬 度 地 带 性 , 后 者 称 为 经 度 地 带 性 ,
两 者 统 称 水 平 地 带 性 。 此 外 , 随 海 拔 高 度 的 增 加 植 被 也 发 生 有 规 律 的 带 状 更 迭 , 称 为 垂 直 地 带 性
[3]
。 植 被 带 的 形 成 受 水 热 条 件 的 影 响 , 全 球 变 化 下 , 全 球 气 温 和 降 水 格 局 的 变 化 必 然 引 起 植 被 分
布 的 适 应 性 变 化 。
在 我 国 , 植 被 分 布 与 气 候 要 素 关 系 方 面 研 究 比 较 多 的 是 东 北 地 区 森 林 和 一 些 单 一 植 物 物 种 。
由 于 气 候 情 景 、 参 数 和 分 析 的 方 法 不 同 , 预 测 的 结 果 可 能 存 在 一 定 的 差 异 。
3.1 植 被 出 现 水 平 迁 移
物 种 向 更 高 纬 度 与 气 候 变 暖 相 关 的 一 些 研 究 发 现 , 全 球 多 个 系 统 和 地 区 80% 的 物 种 变 化 ( 增
[4]
加 、 减 少 或 迁 移 ) 与 气 候 变 化 预 测 的 结 果 一 致 ; 在 气 候 变 化 加 剧 的 情 况 下 ,2020 年 兴 安 落 叶 松
适 宜 分 布 区 域 将 减 少 58. 1%,2050 年 将 减 少 99. 7%, 即 至 2100 年 兴 安 落 叶 松 适 宜 分 布 区 将 从
[5]
我 国 消 失 。 在 GFDL2×CO2 气 候 变 化 情 况 下 ,NEWCOP 预 计 红 松 林 的 地 理 适 生 范 围 将 减 小 ; 大
[6]
兴 安 岭 的 兴 安 落 叶 松 林 将 逐 渐 变 为 蒙 古 栎 林 。 冷 文 芳 等 采 用 Logistic 回 归 模 型 方 法 与 地 理 信 息
系 统 , 预 测 东 北 落 叶 松 属 植 物 目 前 以 及 未 来 潜 在 分 布 范 围 , 兴 安 落 叶 松 在 2050 年 将 向 北 退 200
km, 在 2100 年 进 一 步 向 北 退 缩 300 km; 长 白 落 叶 松 在 2050 年 向 西 北 推 进 约 200 km,2100 年
继 续 推 进 约 200 k m; 华 北 落 叶 松 在 2050 年 向 东 北 方 向 推 进 280 km,2100 年 继 续 推 进 470 km
[7]
左 右 。 气 候 变 化 极 大 地 改 变 了 几 种 松 的 适 宜 分 布 区 。
气 候 变 化 国 家 信 息 通 报 表 示 , 在 CO2 浓 度 倍 增 情 况 下 , 我 国 的 植 被 带 或 气 候 带 将 向 高 纬 度
或 向 西 移 动 , 植 被 带 的 范 围 、 面 积 、 界 线 将 相 应 变 化 ; 年 平 均 温 度 增 加 4ºC, 降 水 增 加 20% 的 条
件 下 , 植 被 带 将 变 的 干 热 , 西 部 草 原 区 将 变 成 荒 漠 区 , 荒 漠 地 带 荒 漠 化 加 剧 , 热 量 带 北 移 , 温 带
针 叶 林 地 带 转 变 为 温 带 区 域 , 亚 热 带 除 北 部 地 区 外 , 都 变 成 热 带 区 域 。 吴 正 方 等 , 以 CO2 为 代
表 的 温 室 气 体 倍 增 条 件 ,GISS 大 气 环 流 模 式 和 OSU 大 气 环 流 模 式 下 , 模 拟 植 被 分 布 面 积 及 边 界
可 能 的 变 化 。 研 究 表 明 , 全 球 变 化 对 东 北 地 区 植 被 分 布 的 影 响 因 气 候 变 化 情 景 有 所 不 同 , 但 总 体
趋 势 基 本 一 致 。 全 球 变 化 将 造 成 东 北 地 区 湿 润 森 林 界 线 北 移 , 面 积 明 显 缩 小 。 寒 温 带 湿 润 森 林 将
北 退 移 出 东 北 地 区 , 暖 温 带 湿 润 森 林 北 界 北 移 面 积 有 所 增 加 。 暖 干 气 候 变 化 趋 势 造 成 东 北 地 区 草
原 面 积 增 长 显 著 , 尤 其 是 暖 温 带 草 原 基 本 占 据 了 整 个 东 北 平 原 , 同 时 温 带 草 原 北 移 取 代 了 湿 润 森
[8]
林 收 缩 腾 出 的 空 间 。 赵 茂 盛 等 , 运 用 改 进 后 的 生 物 地 理 模 型 (MAPSS) 和 HadCM2 对 未 来 潜
2

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在 植 被 进 行 模 拟 , 发 现 未 来 气 候 变 化 将 导 致 我 国 森 林 植 被 带 北 移 , 尤 其 是 北 方 落 叶 针 叶 林 的 面 积
将 可 能 减 少 很 大 , 以 至 于 移 出 我 国 境 内 ; 华 北 地 区 和 东 北 辽 河 流 域 未 来 可 能 草 原 化 ; 西 部 的 沙 漠
和 草 原 将 可 能 退 缩 , 相 应 被 草 原 和 灌 丛 取 代 , 高 寒 草 甸 的 分 布 略 有 缩 小 , 将 可 能 被 热 带 稀 树 草 原
[9]
和 常 绿 阔 叶 林 取 代 。 倪 健 利 用 Holdridge 生 命 地 带 分 类 系 统 指 出 在 CO2 倍 增 , 气 温 分 别 升 高 2
和 4ºC, 降 水 增 加 20% 条 件 下 , 常 绿 阔 叶 林 优 势 种 和 常 见 种 的 分 布 范 围 发 生 变 化 。 气 温 升 高 2ºC
纬 向 上 扩 大 3 个 纬 度 ; 气 温 升 高 4ºC, 纬 向 上 扩 大 6 个 纬 度 。 而 经 向 上 有 的 种 扩 大 , 有 的 种 缩 小 ,
[ 10]
分 布 范 围 窄 的 种 , 分 布 区 更 窄 ; 而 分 布 宽 的 中 , 则 分 布 区 越 来 越 大 。
3.2 植 被 出 现 垂 直 分 布 变 化
研 究 表 明 气 候 变 化 下 云 南 松 北 移 不 显 著 , 可 能 有 东 移 趋 势 , 分 布 区 的 海 拔 上 限 将 可 能 由 目 前
的 2800m 升 高 到 3077m, 总 面 积 减 少 221.77 万 hm 2 [11] 。1972~1995 年 大 兴 安 岭 北 部 地 区 气 候
趋 于 变 暖 , 低 海 拔 地 带 蒙 古 栎 呈 现 明 显 的 进 展 趋 势 , 兴 安 落 叶 松 则 趋 于 衰 退 , 演 替 趋 于 以 蒙 古 栎
为 优 势 种 的 阔 叶 林 , 海 拔 较 高 处 蒙 古 栎 更 新 不 良 , 演 替 趋 于 兴 安 落 叶 松 和 几 种 阔 叶 树 的 混 生 林 。
东 北 地 区 的 大 兴 安 岭 、 长 白 山 等 地 局 部 均 有 物 种 扩 张 、 林 线 上 升 的 现 象 。 陈 育 峰 等 研 究 表 明 , 在
CO2 浓 度 倍 增 情 况 下 , 预 测 我 国 亚 热 带 、 热 带 山 地 针 叶 林 、 热 带 阔 叶 林 等 林 型 水 位 分 布 下 限 将
有 所 提 高 , 变 幅 分 别 在 150~350m 和 280~560m [12] 。 温 带 落 叶 阔 叶 林 及 灌 丛 等 分 布 上 限 呈 升 高
趋 势 , 幅 度 大 约 在 100~160m。 另 外 , 各 种 植 被 类 型 均 呈 现 不 同 程 度 的 西 移 特 征 。 刘 延 春 等 在 气
候 变 化 对 东 北 森 林 的 影 响 中 运 用 温 暖 指 数 得 出 ,2ºC 增 温 , 可 使 现 有 林 各 分 布 带 普 遍 上 移 300
m [13] 。
4 结 语
综 上 所 述 , 可 以 看 出 全 球 变 化 必 然 导 致 植 被 分 布 格 局 的 变 化 。 中 国 地 表 植 被 的 空 间 分 布 主 要
受 制 于 水 热 条 件 , 温 度 和 降 水 的 空 间 分 布 奠 定 了 植 被 的 分 布 。 借 助 各 类 模 型 , 我 国 科 学 工 作 者 对
气 候 变 化 对 中 国 植 被 分 布 的 影 响 做 出 了 预 测 , 得 出 的 结 论 基 本 一 致 , 认 为 全 球 变 暖 将 导 致 植 被 带
在 水 平 方 向 向 高 纬 度 或 向 西 移 动 , 植 被 的 分 布 范 围 、 面 积 、 界 线 相 应 发 生 变 化 。 在 垂 直 方 向 , 气
候 变 化 使 山 区 的 自 然 景 观 发 生 迁 移 , 垂 直 自 然 带 谱 分 布 发 生 位 移 , 但 迁 移 和 位 移 的 幅 度 存 在 差 异 。
5 展 望
目 前 国 内 在 植 被 分 布 对 气 候 变 化 的 响 应 过 程 中 大 都 使 用 外 国 的 模 型 和 方 法 , 其 适 用 性 有 待 考
量 , 虽 然 对 有 些 模 型 进 行 了 适 应 性 改 编 , 我 们 还 是 应 该 致 力 于 开 发 出 适 合 中 国 植 被 环 境 的 模 型 。
感 谢 : 感 谢 戴 老 师 在 这 门 课 程 学 习 中 予 以 的 指 导 , 感 谢 同 学 们 在 课 程 中 的 分 享 , 你 们 让 我 获 益 匪
浅 。
参 考 文 献 :
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The Influence of Global Change on The Distribution of Vegetation
in China
Sun Baowei
(Department of Environmental Science, College of Resources and Environmental Science,
East China Normal University, Shanghai 200062)
Abstract: According to the previous studies, we introduced the facts of global change,
such as the increasing of greenhouse gases and the rising sea levels. Then we introduced
the influence of global change on the distribution of vegetation in China.
Key words: global change; distribution of vegetation; prediction models
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