中科院《全球生态学》期末考试复习整理

《全球生态学》复习整理一、概念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于特定气候变化的敏感性，又取决于此系统对于该变化的适应性(Houghton,2001)。2.全球变化“全球变化”（GlobalChange）一词首先出现于20世纪70年代，为人类科学家所使用。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的变化，以及由于人口、经济、技术和社会的压力引起土地利用的变化。3.土地利用与土地覆盖土地利用(landuse)：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(landcover)：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（810m）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，而导致地球大气温度升高的效应。5.大气环流模式大气环流模式(GCMs:GeneralCirculationModels)－大气环流模式是进行天气和气候预测的基础，是对用于天气预报和气候预报的大气数值模式的总称。－是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。6.植被、植被区划与植被类型植被：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：（自己写的，仅供参考，希望大家能找到更好的答案）：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。(课件提到点)是由一定的植物种类组成的，它们的区系成分也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－植被分类研究气候与植被类型地理分布之间关系的科学。8.遥感（remotesensing）根据Campell(1996)的定义，遥感“是在地面之上，根据地物在一定的电磁辐射波段内的反射或发射能量特征，对陆面和水面进行数字成像分析的实践活动”。9.植物生产力概念：生物生产力、植物的总初级生产力、植物净第一性生产力、净生态系统生产力、净生物群区生产力生物生产力：指生物及其群体，甚至更大尺度(包括生态系统以至生物圈)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(Primaryproduction)。植物的总初级生产力(GPP:GrossPrimaryProductivity)：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(方精云等，2001)。植物净第一性生产力(NPP:NetPrimaryProductivity)：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-RA式中：RA表示自养呼吸(autotrophicrespiration)，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：NetEcosystemProductivity)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-RA)-RH=NPP-RH式中:RA表示自养呼吸，RH表示异养呼吸(heterotrophicrespiration)，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:NetBiomeProductivity）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-RA-RH-NR=NPP-RH-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，以Miami模型、ThornthwaiteMemorial模型、Chikugo模型和综合模型等为代表。统计模型是利用气候因子估算植被NPP，因此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。气候生产力指某一地区植物群体在气候处于最佳状态下所能达到的最大第一性生产力。遥感模型:是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，但该类模型还处于发展阶段，且模型中许多参数的生态学意义还不清楚。过程模型：又称机理模型，是通常所说的生物地球化学模型。过程模型考虑生理生态和生物物理过程及这些过程确定的生产力空间、时间特性，它根据植物的生长规律以及该研究地点的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。陆地表面模型(landsurfacemodels)：主要用于模拟土壤－植被－大气系统中能量、水分和动量平衡，且根据已经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重要影响的植被覆盖的潜在变化生物地理模型(biogeographymodel)：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：主要描述植被结构与气候、土壤间的相互关系，且是静态描述，即假定植被与环境处于平衡状态，没有反应植被结构与功能的综合作用生物地球化学模型(biogeochemistrymodel)：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：尽管将植被过程与水分循环有机联系在一起，可模拟NPP、碳及养分循环，但它们是以给定植被类型和土壤类型为基础的，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：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)：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(turnovertime)：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一个由包括人类和人类活动在内的地球环境的各个部分及其相互作用构成的、处于不断变化之中的巨大的复杂系统。对于地球系统的变化，太阳是外界的主要驱动力，人类活动则是内在的驱动源。组成特点：地球是一个由若干个开放系统组成的准封闭系统。除从宇宙中坠落的陨石外，其只与外界进行能量交换而基本上没有物质交换；而地球系统的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。“气候系统”是由大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈和生物圈组成的，这五个子系统的相互作用控制着气候变化。地球系统也包含上述五个圈层，不过气候系统对岩石圈仅考虑了最上层部分，即土壤和山脉地形等，没有考虑深层的地壳和地幔等，也就是说在地球系统中还包含了地质过程。气候系统与地球系统的异同（网络版本）：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，不仅包括气候系统，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，地球系统却不能；（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基于相关性的气候－植被分类阶段基于相关性的气候－植被分类特点：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。包括简单指标的气候－植被分类和综合指标的气候－植被分类。简单指标的气候－植被分类：主要是指利用一些观测的单一环境因子来进行植被类型分区的研究方法，以Koppen的生物气候方案为代表。②基于植物生理生态限制作用的气候－植被分类阶段基于植物生理生态限制的气候－植被分类特点：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(Biogeographymodel)，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基于植被结构和功能变化的气候－植被分类阶段基于植被结构和功能变化的气候－植被分类特点：将植物的结构和功能的变化在植被的分类上得到综合体现。3.遥感在现实陆地植被生产力监测中的作用及其缺限遥感模型是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，但该类模型还处于发展阶段，且模型中许多参数的生态学意义还不清楚。遥感技术系统分为主动式和被动式两种。前者是从传感器本身发出电磁波，然后测定地物的放射量(如雷达)。这种遥感的主要优点是全天候，在夜晚和多云天气也可正常工作。后者可分为两种：①是记录地物对太阳光的反射率，主要测量波段集中在可见光和近红外波段；②是记录地物本身的能量，测量波段集中在远红外线波段和微波波段。遥感的工作过程大致包括以下4个方面：①地物自然属性的研究，如土壤、植被、水体及人造建筑工程等；②对地观测，即运用照相机、雷达、多光谱扫描等仪器记录地物反射的电子辐射能量并使