中科院《全球生態(tài)學(xué)》期末考試復(fù)習(xí)整理

1、全球生態(tài)學(xué)復(fù)習(xí)整理一、概念1.對(duì)氣候變化的敏感性、適應(yīng)性與脆弱性敏感性:指一個(gè)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)程度。適應(yīng)性:指系統(tǒng)在其運(yùn)行、過程或結(jié)構(gòu)中對(duì)預(yù)計(jì)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(duì)一個(gè)系統(tǒng)的破壞程度。它既取決于一個(gè)系統(tǒng)對(duì)于特定氣候變化的敏感性，又取決于此系統(tǒng)對(duì)于該變化的適應(yīng)性(Houghton,2001)。2. 全球變化“全球變化”（Global Change）一詞首先出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，為人類科學(xué)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(jì)、技術(shù)和社會(huì)的壓力引起土地利用的

2、變化。3. 土地利用與土地覆蓋土地利用(land use)：指人類依據(jù)土地的特點(diǎn)，根據(jù)一定的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)目的，采取一系列的生物和技術(shù)手段對(duì)土地進(jìn)行的長(zhǎng)期性或周期性經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，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(land cover)：指自然營(yíng)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(shí)間和空間屬性，其形態(tài)和狀態(tài)可在多種時(shí)空尺度上變化。4. 溫室氣體與溫室效應(yīng)溫室氣體:是指在10微米附近（810mm）的紅外光譜波長(zhǎng)上吸收輻射、對(duì)地表有一種遮擋作用的氣體，并導(dǎo)致地球大氣的增溫，如CO2,CH4,N2O,O3

3、和H2O等。溫室效應(yīng):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(dá)地面，卻吸收從地面反射的紅外輻射，而導(dǎo)致地球大氣溫度升高的效應(yīng)。5. 大氣環(huán)流模式大氣環(huán)流模式(GCMs: General Circulation Models)大氣環(huán)流模式是進(jìn)行天氣和氣候預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，是對(duì)用于天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)報(bào)的大氣數(shù)值模式的總稱。是由流體力學(xué)方程組和熱力學(xué)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(xué)、生物和社會(huì)過程的相互作用，預(yù)測(cè)大氣運(yùn)動(dòng)的變化。6. 植被、植被區(qū)劃與植被類型植被：是植

4、物生長(zhǎng)著、繁殖著，為動(dòng)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(jí)彼此有區(qū)別、但在內(nèi)部具有相對(duì)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)。植被類型：（自己寫的，僅供參考，希望大家能找到更好的答案）：指在一定地帶，由一定的植物種類組成的具有一定特征的植被型，其區(qū)系成分是植被區(qū)劃的重要依據(jù)之一。(課件提到點(diǎn))是由一定的植物種類組成的，它們的區(qū)系成分也是植被區(qū)劃的重要依據(jù)之一，尤其重視植被的建群種、優(yōu)勢(shì)種以及一些“標(biāo)志種”的地理歷史成分，它們對(duì)于植被區(qū)劃具有標(biāo)志性的意義，并

5、可據(jù)以進(jìn)行定量的統(tǒng)計(jì)。7. 氣候植被分類研究氣候與植被類型地理分布之間關(guān)系的科學(xué)。8. 遙感（remote sensing ）根據(jù)Campell(1996)的定義，遙感“是在地面之上，根據(jù)地物在一定的電磁輻射波段內(nèi)的反射或發(fā)射能量特征，對(duì)陸面和水面進(jìn)行數(shù)字成像分析的實(shí)踐活動(dòng)”。9. 植物生產(chǎn)力概念：生物生產(chǎn)力、植物的總初級(jí)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)力生物生產(chǎn)力：指生物及其群體，甚至更大尺度(包括生態(tài)系統(tǒng)以至生物圈)生命有機(jī)體的物質(zhì)生產(chǎn)能力，隨環(huán)境的不同而發(fā)生變化。第一性生產(chǎn)力：指生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物借助于太陽能同化CO2制造有機(jī)物的能力，亦即植物通過光合作用積累

6、的能量是生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)能量，這種能量的積累過程為第一性生產(chǎn)或初級(jí)生產(chǎn)(Primary production)。植物的總初級(jí)生產(chǎn)力(GPP:Gross Primary Productivity)：指單位時(shí)間內(nèi)生物(主要是綠色植物)通過光合作用途徑所固定的有機(jī)碳量，又稱總第一性生產(chǎn)力(方精云等，2001)。植物凈第一性生產(chǎn)力(NPP: Net Primary Productivity)：表示植物所固定的有機(jī)碳中扣除其本身的呼吸消耗部分。這一部分用于植被的生長(zhǎng)和生殖，也稱凈初級(jí)生產(chǎn)力。NPPGPP - RA式中：RA表示自養(yǎng)呼吸(autotrophic respiration)，為自養(yǎng)生物本身呼吸作

7、用所消耗的同化產(chǎn)物。凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP：Net Ecosystem Productivity)指單位時(shí)間單位空間內(nèi)，土壤、凋落物及植物量等整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)物或能量的變化，亦即生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力與異氧呼吸（土壤及凋落物）之差。它表征了陸地與大氣間的凈碳通量或碳儲(chǔ)量的變化速率。NEP=(GPP-RA)-RH=NPP-RH式中:RA 表示自養(yǎng)呼吸，RH 表示異養(yǎng)呼吸(heterotrophic respiration)，亦即異養(yǎng)生物呼吸消耗量（土壤呼吸作用）。凈生物群區(qū)生產(chǎn)力（NBP: Net Biome Productivity）是指從凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力中減去各類自然和人為干擾（如火災(zāi)、病

8、蟲害、動(dòng)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。 NBP = GPP-RA-RH-NR= NPP-RH-NR= NEP-NR式中：NR為非呼吸代謝消耗的光合產(chǎn)物。10. 模型概念：統(tǒng)計(jì)模型、遙感模型、過程模型；陸地表面模型、生物物理模型、生物地球化學(xué)模型統(tǒng)計(jì)模型：又稱為氣候相關(guān)模型，以Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型和綜合模型等為代表。統(tǒng)計(jì)模型是利用氣候因子估算植被NPP，因此大部分統(tǒng)計(jì)模型估算的結(jié)果是潛在植被生產(chǎn)力或稱氣候生產(chǎn)力。氣候生產(chǎn)力指某一地區(qū)植物群體在氣候處于最佳狀態(tài)下所能達(dá)到的最大第一性生產(chǎn)力。遙感模型:

9、是根據(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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的有效工具，如CASA模型，但該類模型還處于發(fā)展階段，且模型中許多參數(shù)的生態(tài)學(xué)意義還不清楚。過程模型：又稱機(jī)理模型，是通常所說的生物地球化學(xué)模型。過程模型考慮生理生態(tài)和生物物理過程及這些過程確定的生產(chǎn)力空間、時(shí)間特性，它根據(jù)植物的生長(zhǎng)規(guī)律以及該研究地點(diǎn)的給定植被類型和土壤類型來模擬植被的凈第一性生產(chǎn)力、碳及養(yǎng)分循環(huán)。陸地表面模型(land surface models )：主要用于模擬土壤植被大氣系統(tǒng)中能量、水分和動(dòng)量平衡，且根據(jù)已經(jīng)的植被地理分布以及土壤特征進(jìn)行全球模擬。代表性模型，如BATS模型,SiB模型,LSX模型,LSM模型不

10、足：沒有考慮對(duì)氣候系統(tǒng)有重要影響的植被覆蓋的潛在變化生物地理模型(biogeography model)：主要用于模擬全球植被的地理分布和植被的地理分布與氣候之間的關(guān)系代表性模型，如DOLY模型，BIOME模型，MAPSS模型不足：主要描述植被結(jié)構(gòu)與氣候、土壤間的相互關(guān)系，且是靜態(tài)描述，即假定植被與環(huán)境處于平衡狀態(tài)，沒有反應(yīng)植被結(jié)構(gòu)與功能的綜合作用生物地球化學(xué)模型(biogeochemistry model)：主要用于模擬植被、枯枝落葉和土壤有機(jī)質(zhì)各匯內(nèi)部以及各匯之間的碳和養(yǎng)分循環(huán)代表性模型：如CENTURY模型，TEM模型和BIOME-BGC模型不足：盡管將植被過程與水分循環(huán)有機(jī)聯(lián)系在一起，

11、可模擬NPP、碳及養(yǎng)分循環(huán)，但它們是以給定植被類型和土壤類型為基礎(chǔ)的，不能預(yù)測(cè)植被類型的變化11. 全球變化陸地樣帶定義：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(dòng)力：溫度、降水和土地利用梯度分布的生態(tài)研究站點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)和樣地組成的，其長(zhǎng)度應(yīng)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)挾龋〝?shù)百公里）以涵蓋遙感影像范圍。12. 描述和模擬生物地球化學(xué)循環(huán)的一些概念：庫、通量、源、匯、收支、周轉(zhuǎn)時(shí)間、循環(huán)庫(reservoir)：又稱盒(box)或分室(compartment)指以某一物理、化學(xué)或生物特征定義的大量物

12、質(zhì)。在特定條件下可被認(rèn)為是均一的。通量(flux)：?jiǎn)挝粫r(shí)間從一個(gè)庫傳輸?shù)搅硪粋€(gè)庫的物質(zhì)量，以F表示。匯(Sink)：進(jìn)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(gè)庫中的所有源和匯的總和。周轉(zhuǎn)時(shí)間(turnover time)：一個(gè)庫的周轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)間是指在匯保持不變且無源的條件下庫被用空所需的時(shí)間。循環(huán)(cycle)：由2個(gè)或多個(gè)相關(guān)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

13、述地球系統(tǒng)及其組成特點(diǎn)，并指出氣候系統(tǒng)與地球系統(tǒng)的異同地球系統(tǒng)是一個(gè)由包括人類和人類活動(dòng)在內(nèi)的地球環(huán)境的各個(gè)部分及其相互作用構(gòu)成的、處于不斷變化之中的巨大的復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于地球系統(tǒng)的變化，太陽是外界的主要驅(qū)動(dòng)力，人類活動(dòng)則是內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)源。組成特點(diǎn)：地球是一個(gè)由若干個(gè)開放系統(tǒng)組成的準(zhǔn)封閉系統(tǒng)。除從宇宙中墜落的隕石外，其只與外界進(jìn)行能量交換而基本上沒有物質(zhì)交換；而地球系統(tǒng)的各個(gè)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?！皻夂蛳到y(tǒng)”是由大氣圈、水圈、巖石圈、冰凍圈和生物圈組成的，這五個(gè)子系統(tǒng)的相互作用控制著氣候變化。地球系統(tǒng)也包含上述五個(gè)圈層，不過氣候系統(tǒng)對(duì)巖石圈僅考慮了最上層部分，

14、即土壤和山脈地形等，沒有考慮深層的地殼和地幔等，也就是說在地球系統(tǒng)中還包含了地質(zhì)過程。氣候系統(tǒng)與地球系統(tǒng)的異同（網(wǎng)絡(luò)版本）：相同點(diǎn)：（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(zhǔn)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(fù)雜的而且是高度非線性的系統(tǒng)；（4）二者的動(dòng)力都主要來自太陽能。不同點(diǎn)：（1）地球系統(tǒng)范圍更廣，不僅包括氣候系統(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(yù)報(bào)性，地球系統(tǒng)卻不能；（3）地球系統(tǒng)的關(guān)鍵過程是能量流動(dòng)和生物地球化學(xué)循環(huán)，氣候系統(tǒng)只包括與氣候相關(guān)的能量和物質(zhì)的交換。2. 闡述氣候植被分

15、類定量研究的3個(gè)階段及其特點(diǎn)氣候植被分類定量研究的3個(gè)階段：基于相關(guān)性的氣候植被分類階段基于相關(guān)性的氣候植被分類特點(diǎn)：以現(xiàn)實(shí)自然植被類型與氣候之間的相關(guān)性為特征,還沒有將對(duì)植物生理活動(dòng)具有明顯限制作用的氣候因子作為植被分類的指標(biāo)，也沒有考慮植物的生長(zhǎng)過程，是非機(jī)理性的。包括簡(jiǎn)單指標(biāo)的氣候植被分類和綜合指標(biāo)的氣候植被分類。簡(jiǎn)單指標(biāo)的氣候植被分類：主要是指利用一些觀測(cè)的單一環(huán)境因子來進(jìn)行植被類型分區(qū)的研究方法，以Koppen的生物氣候方案為代表?；谥参锷砩鷳B(tài)限制作用的氣候植被分類階段基于植物生理生態(tài)限制的氣候植被分類特點(diǎn)：以對(duì)植物生理生態(tài)活動(dòng)具有明顯限制作用的氣候因子作為氣候植被分類的指標(biāo)。這

16、類模型又稱為生物地理模型(Biogeography model)，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(guān)于植被類型與氣候之間相互關(guān)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(yīng)植被的結(jié)構(gòu)與功能的綜合作用?；谥脖唤Y(jié)構(gòu)和功能變化的氣候植被分類階段基于植被結(jié)構(gòu)和功能變化的氣候植被分類特點(diǎn)：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(shí)陸地植被生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)中的作用及其缺限遙感模型是根據(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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的有效工具，如CASA模型，但該類模型還處于發(fā)展階段，且模型中許多參數(shù)的生態(tài)學(xué)意義還不清楚。遙感技術(shù)系統(tǒng)分為主動(dòng)式和被

17、動(dòng)式兩種。前者是從傳感器本身發(fā)出電磁波，然后測(cè)定地物的放射量(如雷達(dá))。這種遙感的主要優(yōu)點(diǎn)是全天候，在夜晚和多云天氣也可正常工作。后者可分為兩種：是記錄地物對(duì)太陽光的反射率，主要測(cè)量波段集中在可見光和近紅外波段；是記錄地物本身的能量，測(cè)量波段集中在遠(yuǎn)紅外線波段和微波波段。遙感的工作過程大致包括以下4個(gè)方面：地物自然屬性的研究，如土壤、植被、水體及人造建筑工程等；對(duì)地觀測(cè)，即運(yùn)用照相機(jī)、雷達(dá)、多光譜掃描等儀器記錄地物反射的電子輻射能量并使其定量化；信息提取，也就是把觀測(cè)到的資料根據(jù)研究目的作進(jìn)一步的系統(tǒng)分析，以獲取有用信息；應(yīng)用衛(wèi)星資料結(jié)合其它數(shù)據(jù)解決某一特定問題，如土地利用、地質(zhì)勘探、水文學(xué)、

18、植被及土壤研究。遙感資料應(yīng)用的若干問題 遙感資料的地面分辨率可從1m到1km，使用哪一種遙感資料應(yīng)視研究的大小和研究目的而定。 例如，在大區(qū)域內(nèi)用高分辨率的遙感資料并一定能得出好結(jié)果，反而在計(jì)算上浪費(fèi)了許多時(shí)間。相反，在小區(qū)域用低分辨率的遙感數(shù)據(jù)又往往需要達(dá)到不到精度的要求，損失掉很多有用信息。再如，在同樣大小的區(qū)域內(nèi)水文研究往往需要高分辨率的數(shù)據(jù)，而氣候分析則可以用低分辨率的資料。 對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是分析結(jié)果可靠性的重要保證。在衛(wèi)星資料的獲取過程中，許多因素會(huì)影響到數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。需注意以下兩個(gè)方面：數(shù)據(jù)的輻射誤差。造成這種誤差的原因：由傳感器本身大氣散射造成(地形與入射角的影響不予討

19、論)例如，測(cè)到的物體亮度讀數(shù)是60，可能其中的50是物體本身實(shí)際亮度，而10則是大氣折射產(chǎn)生的。 地理上的定位誤差。這包括:兩幅遙感圖像的拼接誤差用二維平面表達(dá)三維空間引起的誤差。 在分析處理過程中，關(guān)鍵問題是如何把這種誤差保持在最小范圍內(nèi)。這就需要根據(jù)地形圖上的已知控制點(diǎn)來進(jìn)行幾何糾正，以保證相鄰兩幅圖像拼接的精度。盡管目前已有許多數(shù)據(jù)處理軟件可供選擇，但應(yīng)根據(jù)特定研究目的，選擇最合適的方法在建立大區(qū)域系統(tǒng)模擬時(shí)，遙感數(shù)據(jù)只是許多數(shù)據(jù)源之一，因此協(xié)調(diào)遙感數(shù)據(jù)與其他來源的數(shù)據(jù)(如氣候、土壤及地形)之間的精度是值得注意的。一般來說，遙感數(shù)據(jù)比氣象臺(tái)站觀測(cè)的數(shù)據(jù)和土壤圖提供的數(shù)據(jù)精度要高，但衛(wèi)星資

20、料提供的初始數(shù)據(jù)只反映了土地覆蓋在某一時(shí)刻的狀態(tài)，并不等同于土地利用及植被分類圖。某一地區(qū)的衛(wèi)星影像必須和其他地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，才能得實(shí)際的土地利用或植被分類圖。l 雖然可用衛(wèi)星資料來判別植被的疏密度、木材產(chǎn)量及森林類型，但這種分類法大都根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得到，而不是基于生物物理學(xué)的原則進(jìn)行的。l 因此，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。l 我們面臨的挑戰(zhàn)之一就是把數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與基本的生態(tài)屬性更有機(jī)地聯(lián)系在一起。4. 試述植物的總初級(jí)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(guān)系植被通過光合作用形成總初級(jí)生產(chǎn)力（GPP），即光合產(chǎn)物。植被總初級(jí)

21、生產(chǎn)力是生態(tài)系統(tǒng)初始物質(zhì)與能量，也是碳循環(huán)的基礎(chǔ)，隨不同植被類型而異。在植被總初級(jí)生產(chǎn)力中，約有一半通過植被自身的呼吸作用(自養(yǎng)呼吸作用)重新釋放到大氣中；另一部分成為植被凈第一性生產(chǎn)力（NPP），即形成植被的生長(zhǎng)量(Whole plant growth)，表示單位面積中用于植被凈生產(chǎn)的有機(jī)體量，即總生長(zhǎng)量。植物生長(zhǎng)形成的有機(jī)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(Litter fall)的形式進(jìn)入地表，它們或成為土壤有機(jī)質(zhì)的一部分(從較長(zhǎng)時(shí)間尺度而言，這些土壤有機(jī)質(zhì)又通過土壤呼吸作用而釋放到大氣中)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)

22、力，構(gòu)成植物的生物量(Biomass)。而凈生物群區(qū)生產(chǎn)力(NBP)：指從凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力中減去自然和人為干擾(如火災(zāi)、病蟲害、動(dòng)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。5. 試述模型的重要性及其生命力人們?yōu)槭裁匆⒛Ｐ?，模型的生命力又在哪里呢？生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的事件及其狀況很難進(jìn)行預(yù)測(cè)。盡管對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)理解有助于增進(jìn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程的預(yù)測(cè)能力，但是目前對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。許多生態(tài)現(xiàn)象和資源管理問題包含了許多的相互作用以至于憑借目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)過程的預(yù)測(cè)還很困難。自然現(xiàn)象的復(fù)雜性早就是

23、一個(gè)科學(xué)問題。科學(xué)推理，即根據(jù)簡(jiǎn)單的假設(shè)或因果推理來描述現(xiàn)象的方法，通常被用于描述、定義和解釋這一世界。在許多情況下，這是增進(jìn)對(duì)我們已經(jīng)相當(dāng)了解的系統(tǒng)過程理解的唯一方法，但是對(duì)于哪些了解很有限的復(fù)雜現(xiàn)象，試圖憑借簡(jiǎn)單的假設(shè)或因果推理來進(jìn)行解釋是不可能的。一個(gè)有效的方法就是綜合地研究這一復(fù)雜現(xiàn)象，建立反映這一復(fù)雜現(xiàn)象的綜合模型，且利用該模型來預(yù)測(cè)這一復(fù)雜現(xiàn)象及其對(duì)于擾動(dòng)的反應(yīng)。模型有許多不同的表達(dá)方式，但模型最基本的特征就是一個(gè)抽象或是一個(gè)物理實(shí)體的表達(dá)，以某一方式反映真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)和/或功能及其過程。譬如，綜合反映某一生理過程的數(shù)學(xué)方程就是反映這一過程的模型，圖像和雕像也是一類模型。許多不同類

24、型的模型已經(jīng)并將繼續(xù)在生態(tài)學(xué)和資源管理方面起著十分重要的作用。但是，模型與計(jì)算機(jī)的結(jié)合則是近三十年來的事，這類模型的建立和發(fā)展大大促進(jìn)了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的特性和行為的理解。一個(gè)模型在其建立之初通常并不能很精確地描述真實(shí)物體或過程，可是模型可以不斷改進(jìn)。一些模型在改進(jìn)后能夠很好地反映現(xiàn)實(shí)以至于不再是一個(gè)模型而是模型試圖反映的現(xiàn)實(shí)。然而，模型畢竟是模型，所有的模型在一定程度都不正確。一個(gè)模型的好與不好取決于該模型提供的它所描述的現(xiàn)實(shí)可否被接受，而不是取決于模型的對(duì)與錯(cuò)。人們?yōu)槭裁匆⒛Ｐ?，從模型可得到什么，一個(gè)建立的模型的價(jià)值是什么？首先，模型可以作為預(yù)測(cè)的工具。在模型建立過程中所獲得的新信息很少，模

25、型的價(jià)值在于它們能做什么，而不在于模型怎樣被建立。另外，模型可被用作啟發(fā)式的練習(xí)，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(gè)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(jià)值在于模型的發(fā)展而不在于這一完成的產(chǎn)品。生態(tài)學(xué)家和可更新資源的管理者已經(jīng)建立了大量的不同類型的模型。這些模型在類型（文字，圖形，物理、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)模型）、范圍和分辨率方面（如生理過程模型、單株樹木生長(zhǎng)模型、森林生長(zhǎng)模型、生態(tài)系統(tǒng)過程模型或整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)模型）和目的方面（如描述自然現(xiàn)象，組織現(xiàn)存數(shù)據(jù)，確定信息不足或研究需要，教/學(xué)過程，或預(yù)測(cè)未來狀況和系統(tǒng)對(duì)

26、于自然擾動(dòng)和/或管理的反應(yīng)）變化很大。每類模型都有其優(yōu)點(diǎn)與不足，盡管從目前模型的發(fā)展趨勢(shì)來看計(jì)算機(jī)模型會(huì)大幅度地增加，但沒有一類模型可支配其它類型的模型。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，生態(tài)知識(shí)的增加和定向管理的發(fā)展將促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)模型與計(jì)算機(jī)模型的結(jié)合，從而成為未來生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和管理的一個(gè)主要工具。6. 簡(jiǎn)述全球變化生物圈模型的分類及其特點(diǎn)陸地表面模型：主要用于模擬土壤植被大氣系統(tǒng)中的能量、水分和動(dòng)量平衡，且根據(jù)已有的植被地理分布以及土壤特征進(jìn)行全球模擬。陸地表面模型主要被用于大氣環(huán)流模型(AGMs: atmospheric general circulation models)以模擬陸地表面和大氣之間的生

27、物物理相互作用 代表性模型，如BATS模型、SiB模型、LSX模型、LSM模型 模型不足：沒有考慮對(duì)氣候系統(tǒng)有重要影響的植被覆蓋的潛在變化生物地理模型：又稱生物群區(qū)(biome)模型，主要用于模擬全球植被的地理分布和植被的地理分布與氣候之間的關(guān)系代表性模型，如DOLY模型、BIOME模型、MAPSS模型模型不足：這些模型主要描述了植被的結(jié)構(gòu)與氣候、土壤之間的相互關(guān)系，而且是靜態(tài)描述，即假定植被與環(huán)境處于平衡狀態(tài)，沒有反應(yīng)植被的結(jié)構(gòu)與功能的綜合作用。生物地球化學(xué)模型：主要用于模擬植被、枯枝落葉和土壤有機(jī)質(zhì)內(nèi)部及其之間的碳和養(yǎng)分循環(huán) 代表性模型：如CENTURY模型、TEM模型和BIOME-BGC

28、模型模型不足：盡管從機(jī)理上將植被的過程與水分循環(huán)有機(jī)地聯(lián)系在一起，可模擬植被凈第一性生產(chǎn)力、碳及養(yǎng)分循環(huán)，但它們是以給定植被類型的地理分布和土壤類型為基礎(chǔ)的，不能預(yù)測(cè)植被類型的變化三類模型的特點(diǎn)l 平衡狀態(tài)：三類模型都是獨(dú)立發(fā)展的，都只反映了生物圈的不同方面，而且主要模擬的是平衡時(shí)的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，沒有綜合地考慮生物地球化學(xué)過程對(duì)植被分布的反饋?zhàn)饔煤蜕锶^程對(duì)氣候的反饋?zhàn)饔?，因而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。l 植被結(jié)構(gòu)與功能的分離：三類模型對(duì)陸地表面過程、植被生態(tài)學(xué)和生物地球化學(xué)之間的許多關(guān)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。l 迫切需要建立一

29、個(gè)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(shí)間和空間尺度上的動(dòng)態(tài)。7. 試述“全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)”核心項(xiàng)目的研究目標(biāo)與核心科學(xué)問題（課件版）目標(biāo)：預(yù)測(cè)氣候、大氣成分和土地利用的變化對(duì)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(fù)雜性確定這些影響對(duì)于大氣和物理氣候系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔煤诵目茖W(xué)問題：驅(qū)動(dòng)力：氣候、大氣成分和土地利用尺度問題：時(shí)間尺度與空間尺度邪惡的分割線：網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)版作補(bǔ)充GCTE計(jì)劃的目標(biāo)：（1）預(yù)測(cè)氣候、大氣成分、土地利用的變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)包括農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)性森林系統(tǒng)的影響。（2）確定這些影響將如何對(duì)大氣和物理氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋。 全球變化

30、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(jī)制、空間格局變化規(guī)律、未來趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，以及生態(tài)系統(tǒng)變化對(duì)全球變化的響應(yīng)與反饋，研究全球、大陸和流域尺度復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程、系統(tǒng)內(nèi)部各亞系統(tǒng)間的耦合關(guān)系，以及各種生態(tài)環(huán)境問題的相互作用等科學(xué)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(lǐng)域。其主要科學(xué)問題包括：全球大氣化學(xué)成分是如何在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生作用的？ 在痕量氣體的產(chǎn)生與消失過程中，生物過程起著什么作用？全球變化是怎樣影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的？ 陸地生態(tài)系統(tǒng)是怎樣產(chǎn)生響應(yīng)

31、和反饋的？ 自然和人為活動(dòng)導(dǎo)致的環(huán)境變化是如何影響一定時(shí)空尺度范圍的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)，以及它們反過來是怎樣影響區(qū)域和全球氣候的功能的？土地利用、海面升高和氣候變化如何改變海岸生態(tài)系統(tǒng)，其后果是什么？海洋生物地球化學(xué)過程是如何響應(yīng)和影響氣候變化的？過去發(fā)生過什么重大的氣候和環(huán)境變化？ 其原因何在？全球變化如何影響生物多樣性？ 生物多樣性的生態(tài)環(huán)境功能、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)價(jià)值如何評(píng)價(jià)？ 以及生物多樣性喪失、生物遺傳資源流失和有害生物的遷移。如何通過觀測(cè)水平的提高，依靠氣候、土地利用和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)未來的變化情景來預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的狀態(tài)，并提供與決策有關(guān)的信息？在區(qū)域和全球環(huán)境變化背景下，為了

32、確保有價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品和服務(wù)的可持續(xù)性應(yīng)采取哪些政策？當(dāng)前研究工作的重點(diǎn)集中在：生物圈代謝與水循環(huán)過程及其耦合機(jī)制和生態(tài)系統(tǒng)要素間的相互作用關(guān)系與作用機(jī)制。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(guān)系。陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)與反饋?zhàn)饔玫臋C(jī)制，以及關(guān)鍵生態(tài)學(xué)過程對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)機(jī)制。全球、大陸和流域尺度復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程、系統(tǒng)內(nèi)部亞系統(tǒng)間的耦合關(guān)系以及生態(tài)與環(huán)境問題間的相互作用。8. 簡(jiǎn)述全球變化陸地樣帶及其選擇標(biāo)準(zhǔn)、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(dòng)力：溫度、降水和土地利用

33、梯度分布的生態(tài)研究站點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)和樣地組成的，其長(zhǎng)度應(yīng)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(biāo)準(zhǔn):l 具有一系列連續(xù)的樣點(diǎn)、生態(tài)實(shí)驗(yàn)站和觀測(cè)點(diǎn)l 反映全球變化驅(qū)動(dòng)力l 一定的空間范疇l 為若干IGBP的核心項(xiàng)目提供有用資源l 已經(jīng)建成或隨著研究樣點(diǎn)的選擇而積極發(fā)展的研究隊(duì)伍樣帶是獲取全球變化及其影響信息的有效平臺(tái)，具有以下特征：1 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2 重復(fù)性：沿著某一環(huán)境梯度重復(fù)生態(tài)系統(tǒng)水平的實(shí)驗(yàn)，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(guān)系3 綜合性：樣帶是分散研究站點(diǎn)的觀測(cè)

34、研究與一定空間區(qū)域綜合分析的橋梁以及不同時(shí)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(shí)空尺度及人類活動(dòng)的現(xiàn)實(shí)4 協(xié)作性：可推動(dòng)在同一地點(diǎn)開展研究的不同學(xué)科科學(xué)家，特別是IGBP各核心項(xiàng)目的協(xié)作研究，提高資源的有效利用5 應(yīng)用性：可促進(jìn)從較小尺度過程的研究應(yīng)用到?jīng)Q策和地球系統(tǒng)科學(xué)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(guó)東北樣帶、北美中緯度樣帶）。高緯度地區(qū)（西伯利亞遠(yuǎn)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