全球生态学

全球生态学1.对气候变化的敏感性、适应性与脆弱性敏感性:指一个系统对气候变化的响应程度。

适应性:指系统在其运行、过程或结构中对预计或实际气候变化的可能调节程度。

脆弱性:指气候变化对一个系统的破坏程度。

它既取决于一个系统对类科学家所使用。

全球变化指由于自然和人为因素造成的全球性的环境变化，主要包括气候变化、大气组成变化，如CO2浓度及其它温室气体：指人类依据土地的特点，根据一定的经济与社会目的，采取一系列的生物和技术手段对土地进行的长期性或周期性经营活动，把土地的自然生态系统变为人工生态系统的过程。

土地覆盖(land cover)：指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽湿地及各种建筑物(如道路等)，具有特定的时间和空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化。

4.温室气体与温室效应温室气体:是指在10微米附近（8~10μm）的红外光谱波长上吸收辐射、对地表有一种遮挡作用的气体，并导致地球大气的增温，如CO2,CH4,N2O,O3和H2O等。

温室效应:是指地球大气中高浓度的CO2等温室气体象温室的玻璃罩一样只允许太阳辐射到达地面，却吸收从地面反射的红外辐射，而导致地球指由流体力学方程组和热力学方程组组成的一组用于定量描述发生在大气、海洋、冰和陆地的各种过程的方程组。

该方程组可以综合地反映相耦合的大气－海洋－陆地－生物圈系统内的物理、化学、生物和社会过程的相互作用，预测大气运动的变化。

是进行天气和气候预植被：是植物生长着、繁殖着，为动物和人类提供食物与隐蔽所，并通过截留雨水与养分循环稳定土壤的植物群落。

植被区划:是在一定地段上依植被类型及其地理分布的特征划分出高、中、低各级彼此有区别、但在内部具有相对一致性的植被类型及其有规律组合的植被地理区。

植被类型是植被区划的主要依据。

植被类型：指在一定地带，由一定的植物种类组成的具有一定特征的植被型，其区系成分是植被区划的重要依据之一。

尤其重视植被的建群种、优势种以及一些“标志种”的地理－历史成分，它们对于植被区划具有标志性的意义，并可据以进行定量的统计。

7.气候－植被分类遥感是指在地面之上，根据地物在一定的电磁辐射波段内的反射或发射指生物及其群体，生命有机体的物质生产能力，随环境的不同而发生变化。

第一性生产力：指生态系统中绿色植物借助于太阳能同化CO2制造有机物的能力，亦即植物通过光合作用积累的能量是生态系统的初级能量，这种能量的积累过程为第一性生产或初级生产(Primary production)。

植物的总初级生产力(GPP:Gross Primary Productivity)：指单位时间内生物(主要是绿色植物)通过光合作用途径所固定的有机碳量，又称总第一性生产力。

植物净第一性生产力(NPP: Net Primary Productivity)：表示植物所固定的有机碳中扣除其本身的呼吸消耗部分。

这一部分用于植被的生长和生殖，也称净初级生产力。

NPP＝GPP - R A式中：R A表示自养呼吸(autotrophic respiration)，为自养生物本身呼吸作用所消耗的同化产物。

净生态系统生产力(NEP：Net Ecosystem Productivity)指单位时间单位空间内，土壤、凋落物及植物量等整个生态系统的有机物或能量的变化，亦即生态系统净初级生产力与异氧呼吸（土壤及凋落物）之差。

它表征了陆地与大气间的净碳通量或碳储量的变化速率。

NEP=(GPP-R A)-R H=NPP-R H式中:R A表示自养呼吸，R H表示异养呼吸(heterotrophic respiration)，亦即异养生物呼吸消耗量（土壤呼吸作用）。

净生物群区生产力（NBP: Net Biome Productivity）是指从净生态系统生产力中减去各类自然和人为干扰（如火灾、病虫害、动物啃食、森林间伐以及农林产品收获等）等非生物呼吸消耗后所余下的部分。

NBP = GPP-R A-R H-NR= NPP-R H-NR= NEP-NR式中：NR为非呼吸代谢消耗的光合产物。

10.模型概念：统计模型、遥感模型、过程模型；陆地表面模型、生物物理模型、生物地球化学模型统计模型：又称为气候相关模型，是利用气候因子估算植被NPP，大部分统计模型估算的结果是潜在植被生产力或称气候生产力。

是根据卫星遥感资料推算生产力，监测的有效工具。

代表模型：CASA模型，不足：还处于发展阶段，模型中许多参数的生态学意义还不清楚。

过程模型(Process-based model)：过程模型考虑生态生理和生物物理过程和这些过程确定的生产力的空间、时间特性,它根据植物生长规律，及该研究地点给定植被类型和土壤类型来模拟植被的净第一性生产力、碳及养分循环。

代表性模型：BIOME模型。

陆地表面模型(land surface models )：主要用于模拟土壤－植被－大气系统中能量、水分和动量平衡，且根据已给的植被地理分布以及土壤特征进行全球模拟。

代表性模型，如BATS模型,SiB模型,LSX模型,LSM模型不足：没有考虑对气候系统有影响的植被覆盖的潜在变化生物地理模型(biogeography model)：主要用于模拟全球植被的地理分布和植被的地理分布与气候之间的关系。

代表性模型，如DOLY模型，BIOME模型，MAPSS模型不足：没有反应植被结构与功能的综合作用。

生物地球化学模型(biogeochemistry model)：主要用于模拟植被、枯枝落叶和土壤有机质各汇内部以及各汇之间的碳和养分循环代表性模型：如CENTURY模型，TEM模型和BIOME-BGC模型不足：不能预测植被类型的变化11.全球变化陆地样带定义：由一系列沿着某种具有控制陆地生态系统结构、功能和组成、生物圈－大气圈痕量气体交换和水分循环的全球变化驱动力，一定温度、降水和土地利用梯度分布的生态研究站点、观测点和样地组成的，其长度应不小于 1000公里以确保覆盖气候和大气模式以及决策尺度，并有足够宽度（数百公里）以涵盖遥感影像范围。

12.描述和模拟生物地球化学循环的一些概念：库、通量、源、汇、收支、周转时间、循环库(reservoir)：物质在循环过程中被暂时的固定、贮存的场所称为库。

又称盒(box)或分室(compartment)指以某一物理、化学或生物特征定义的大量物质。

在特定条件下可被认为是均一的。

通量(flux)：单位时间从一个库传输到另一个库的物质量，以F表示。

汇(Sink)：进入库中的物质通量，通常以Q表示。

源(Source)：从库中流出的物质通量，常以S表示。

收支(budget)：是指一个库中的所有源和汇的总和。

周转时间(turnover time)：一个库的周转时间是指库的容量M与库所有汇S的和的比率或指库的容量M与库所有源Q之和的比率。

周转时间是指在汇保持不变且无源的条件下库被用空所需的时间。

循环(cycle)：由2个或多个相关联的库组成的系统，物质以一种循环的方式在该系统内传输。

如果所有物质在该系统内循环，则该系统是封闭系统。

二、理解1.描述地球系统及其组成特点，并指出气候系统与地球系统的异同地球系统是由大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈和生物圈组成的，其中岩石圈不仅包括土壤和山脉地形等，还包括深层的地壳和地幔等。

组成特点：地球系统是一个由若干个开放系统组成的准封闭系统。

其只与外界进行能量交换而基本上没有物质交换，而各个子系统则属于开放系统，彼此之间既有物质的交换又有能量的交换。

相同点：（1）二者组成成分相同，都包括大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈；（2)二者都属于准封闭系统，与外界只有能量交换，没与物质交换；（3）二者都是很复杂的而且是高度非线性的系统；（4）二者的动力都主要来自太阳能。

不同点：（1）地球系统范围更广，除了地质过程和气候系统，还有生态系统、海洋系统以及人类作用过程等；（2）气候系统具有可预报性，地球系统没有；（3）地球系统的关键过程是能量流动和生物地球化学循环，气候系统只包括与气候相关的能量和物质的交换。

2.阐述气候－植被分类定量研究的3个阶段及其特点气候－植被分类定量研究的3个阶段：①以植被类型与气候相关性为特征的气候－植被分类阶段特点：以现实自然植被类型与气候之间的相关性为特征,还没有将对植物生理活动具有明显限制作用的气候因子作为植被分类的指标，也没有考虑植物的生长过程，是非机理性的。

②以影响植物生理活动的气候因子为指标气候－植被分类阶段特点：以对植物生理生态活动具有明显限制作用的气候因子作为气候－植被分类的指标。

这类模型又称为生物地理模型(Biogeography model)，主要描述了植被的结构特征，如叶面积指数等，不足的是这类模型关于植被类型与气候之间相互关系的描述是静态的，即植被与气候处于平衡状态，也没有反应植被的结构与功能的综合作用。

③以植被结构和功能变化为特征的气候－植被分类阶段作用：（1）可用卫星资料来判别植被的疏密度、木材产量及森林类型。

（2）根据卫星遥感资料推算生产力，是植物生物量和生产力动态监测的有效工具，如CASA模型。

（3）遥感数据比气象台站观测的数据和土壤图提供的数据精度要高。

缺陷：（1）不能协调遥感数据与其他来源的数据之间的精度。

（2）卫星资料提供的初始数据只反映土地覆盖在某一时刻的状态，并不等同于土地利用及植被分类图。

（3）分析或模拟的结果往往只适用于特定的研究区域，而不具备普适性。

（4）数据统计不能与基本的生态属性有机地联系在一起。

NBP = GPP-R A-R H-NR= NPP-R H-NR= NEP-NRNR为非呼吸代谢消耗的光合产物。

植被通过光合作用形成总初级生产力（GPP），即光合产物。

GPP是生态系统初始物质与能量，也是C循环的基础，随不同植被类型而异。

在植被GPP中，约有一半通过植被自身的呼吸作用重新回到大气中；另一部分成为植被净第一性生产力（NPP），植物利用来生长和繁殖。

植物生长形成的有机碳即植被净第一性生产力(NPP)流向主要有两种：1.大部分以凋落物的形式进入地表，它们或成为土壤有机质的一部分或以凋落物分解形式回到大气；2.其余部分则成为系统的净生态系统生产力（NEP），构成植物的生物量。

净生物群区生产力(NBP)：指从NEP中减去自然和人为干扰(如火灾、病虫害、动物啃食、森林间伐以及农林产品收获等)等非生物呼吸消耗后所余下的部分。

（1）是认识生态系统的关键：许多生态现象和资源管理问题包含了许多相互作用，凭借目前关于生态系统的认识对于生态系统过程的预测还很困难。

（2）是理解自然的有效方法：对了解很有限的复杂现象，试图凭借简单的假设或因果推理来进行解释是不可能的。