摘要: 青藏高原通过强大的热力和动力作用影响我国、亚洲乃至全球天气气候，同时也是我国重要的生态安全屏障区。在气候变化和国家生态恢复工程的影响下，青藏高原区域气候呈暖湿化特征，且植被覆盖总体显著好转并进一步区域气候产生反馈。然而现有的陆面过... 展开 青藏高原通过强大的热力和动力作用影响我国、亚洲乃至全球天气气候，同时也是我国重要的生态安全屏障区。在气候变化和国家生态恢复工程的影响下，青藏高原区域气候呈暖湿化特征，且植被覆盖总体显著好转并进一步区域气候产生反馈。然而现有的陆面过程模式和动态植被模型对青藏高原土壤水热过程和植被碳循环的模拟仍存在较大的偏差，且研究青藏高原植被变化对气候反馈往往采用敏感性试验的方法，导致植被时空变化与实际情况存在较大的差异。针对上述问题，本文首先改进了青藏高原地区陆面模式的土壤水热传输模拟能力，将改进后的方案应用到动态植被模型中，进一步修改了动态植被参数化方案。结合观测数据、遥感产品和改进后的动态植被模型研究了青藏高原植被对气候变化的响应。最后利用耦合了动态植被模型的区域气候模式研究了植被动态变化对青藏高原区域气候的影响。 首先评估和对比了两个版本陆面模式(Community Land Model，CLM4.5、CLM5.0)土壤水热传输过程的模拟，并在CLM5.0的基础上改进了土壤水热传输的模拟。与CLM4.5相比，CLM5.0减小了高原半湿润区土壤湿度模拟的干偏差，但高估了半干旱区和干旱区的土壤湿度，主要是由于CLM5.0中加入了干燥表面层参数化方案，减小了半干旱区土壤蒸发。进一步在CLM5.0陆面模式中引入基于观测的土壤质地数据并修改土壤导热率、虚温和土壤阻力参数化方案，与青藏高原现有土壤温湿度观测网的数据对比表明，改进后的模式对土壤水热传输物理过程的描述更为完整，对高原土壤湿度、温度的模拟整体有较大的改进。 将改进后的土壤水热传输方案应用到CLM5.0的动态植被模型中，并修改动态植被模型中有关植被建立、存活及物候的参数和参数化方案。修改建立与存活参数化方案（BGCDV_CTL试验）后，不同的植被功能型(Plant Functional Types，PFTs)能够在整个青藏高原建立。修改了植被物候的新方案（BGGCDV_NEW试验）模拟的植被生长季时间缩短，降低了植被生产力的模拟偏差。与BGCDV_CTL试验、Global Land Surface Satellite (GLASS)和全球陆地生态系统通量网(FLUXCOM)提供的总初级生产力（Gross Primary Productivity，GPP）相比，BGGCDV_NEW试验GPP模拟值在三个观测点的平均偏差分别降低了26％、76％和61％。利用改进后的动态植被模型进行长时间模拟和分析，结果表明，自1980年到2016年，青藏高原植被整体呈增加趋势，植被覆盖呈现出向青藏高原干旱区扩张的趋势。与CLM5.0静态植被模型相比，动态植被模型对叶面积指数(LAI)的模拟在高原大部分地区偏高，且模拟的土壤湿度在高原大部分地区偏干，在半干旱区尤为明显。 进一步利用站点观测数据结合卫星遥感产品，研究了植被生产力对不同时间尺度干旱的响应，并基于改进后的动态植被模型模拟研究了青藏高原区域暖湿化过程对植被生产力的影响。基于资料分析的结果显示，在半干旱区骤旱发生后植被GPP会出现同步剧烈下降，而在半湿润区GPP的下降会呈现对骤旱10天以内的滞后响应。在半干旱区，在月和季节尺度上，GPP的变化与降水的变化较为一致，而在半湿润区，在月和季节尺度上，GPP的变化主要受温度的影响。GPP对年际尺度的干旱存在不同时间的滞后响应，其中，在半干旱区其滞后时间约为1年，而在半湿润区其滞后时间可达2年。在高原暖湿化的气候背景下，动态植被模型模拟的GPP变化趋势与降水的变化趋势呈现较好的一致性，GPP增加的大值区主要位于高原西北部。利用动态植被模型模拟也表明GPP对极端干旱的响应存在1年的滞后，但相比于观测，动态植被模型模拟的GPP对气温的响应较弱，对降水的响应较为敏感。为估算高原气温升高、降水增加对植被生长和碳循环的影响，分别在动态植被模型模拟中去除驱动场的气温和降水趋势，与去除趋势前的结果对比表明，青藏高原植被增加和GPP的变化主要是由降水的增加主导。 最后，利用区域气候模式(Regional Climate Model，RegCM)耦合改进的动态植被模型研究了青藏高原植被动态变化对地表能量平衡、水分循环及区域气候的影响。结果表明，当开启动态植被模块后，夏季青藏高原南部植被呈现显著增加趋势。植被的增加使高原南部反照率明显减小，导致地表吸收了更多的太阳辐射，造成高原整体呈现地表净辐射、感热和潜热的增加，进而加强高原大气热源，导致近地面气压减弱，垂直上升运动增强。水汽通量散度差异场在该区域表现为辐合增强，该区域降水呈显著增加，其中高原主体区域增加的降水主要是由于对流降水的增加造成的，而高原东南区域降水的增加主要源于大尺度降水的增加。 收起