Suele haber tres categorías de métodos para estudiar los efectos del cambio climático. (1) Métodos experimentales de simulación de laboratorio u observación de campo; (2) Métodos de similitud o analogía histórica (3) Métodos de simulación y predicción numérica en computadoras; El progreso de los dos tipos de métodos (1) y (3) se presentará a continuación.
3.1 Investigación experimental de observación de campo y laboratorio
Para llevar a cabo investigaciones experimentales, primero se establecieron y desarrollaron varios dispositivos y tecnologías de simulación experimental, incluida la tecnología de control genético biológico y dispositivos de ambiente controlado. y en los últimos años se han desarrollado rápidamente tecnologías como las cámaras climáticas abiertas y los campos naturales de CO2 (Liu Shirong et al., 1996). Con la ayuda de estos dispositivos, se pueden estudiar los cambios fisiológicos y de crecimiento de plantas o cultivos en un entorno atmosférico simulado artificialmente con un aumento de CO2, o se pueden realizar experimentos u observaciones en el laboratorio o en el campo bajo ciertas condiciones controladas para estudiar la crecimiento y desarrollo de las poblaciones, competencia, estructura comunitaria y productividad, e incluso funciones ecosistémicas, etc. Por ejemplo, en una sala de cultivo abierta donde se duplica la concentración de CO2, se estudian los cambios ecológicos, fisiológicos, bioquímicos y morfológicos de las plantas, y se analiza el mecanismo de respuesta de las plantas a la duplicación de CO2.
Para llevar a cabo investigaciones experimentales en el campo, se han desarrollado varias tecnologías de observación de campo, como el uso de métodos de análisis infrarrojos y la configuración de rutas de aire y sistemas de circuitos adicionales para realizar simultáneamente observaciones del microclima de las tierras agrícolas y el crecimiento y desarrollo de los cultivos. observaciones (Yu Shanghai Ning et al., 1993, Yu Huning, 1993). Inicialmente se estableció un método para medir los flujos de emisiones de gases de efecto invernadero en el sistema suelo-vegetación, y se han realizado observaciones de posicionamiento sobre el terreno a largo plazo sobre los flujos de emisiones de gases de efecto invernadero y los patrones de difusión de los ecosistemas terrestres típicos de China (incluidas tierras de cultivo, bosques, pastizales, etc.). Se llevó a cabo un estudio observacional detallado del flujo de CO2. Para explorar el efecto directo del aumento de la concentración de CO2 en la productividad de los cultivos, se liberó gas CO2 durante el período de crecimiento vigoroso del trigo de invierno y del maíz de verano en tierras agrícolas con diferente fertilidad del suelo para duplicar la concentración de CO2 en el aire en el dosel de los grupos afectados. La concentración de CO2 se monitoreó con un sistema de análisis de CO2 por infrarrojos, se instaló un sistema de liberación de CO2 para ajustar y controlar la concentración de CO2 en la parcela experimental, mientras se observaban los efectos del crecimiento y el rendimiento de los cultivos. Además, para comprender la respuesta de los ecosistemas o zonas de vida a los cambios en la concentración de CO2, en los últimos años muchas unidades han llevado a cabo observaciones de teledetección en diferentes bandas de ondas y están estableciendo una red de seguimiento de CO2.
3.2 Investigación con modelos
El uso de computadoras para llevar a cabo investigaciones de simulación y predicción numérica se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Este tipo de método proporciona el método más científico y científico para la investigación. Cuantificación del cambio climático y su investigación de impacto Método eficaz y óptimo. En la actualidad, los modelos utilizados para estudiar la respuesta de la agricultura, la silvicultura, los recursos hídricos o los ecosistemas naturales al cambio climático global pueden resumirse en modelos estadísticos estáticos, o empíricos, y modelos dinámicos o de procesos. ?
3.2.1 Modelo estadístico de experiencia
Este modelo se basa en la relación empírica o estadística no dinámica entre el clima y las unidades de exposición como la vegetación, los cultivos y los recursos hídricos. modelo matemático. Para estudiar los efectos en las unidades de exposición, se seleccionan y comparan puntos de referencia climáticos, ambientales y socioeconómicos actuales y futuros. Entre ellos, hay tres formas de elegir escenarios o conceptos climáticos futuros. Uno es un concepto integral, que ofrece una suposición unificada del calentamiento futuro (como 1,0 ℃ -4,0 ℃) o cambios en las precipitaciones. Este es el más simple o algo subjetivo. la segunda forma es la concepción de similitud (incluido el tiempo y el espacio); la tercera es la concepción del modelo de circulación global (incluido el equilibrio y el transitorio), que actualmente es la única herramienta más confiable para simular los procesos físicos del clima global, pero en vista de la Hay muchas incertidumbres en el modelo, los resultados de simulación o predicción entre varios modelos siguen siendo muy diferentes y, por supuesto, los resultados también deben variar ampliamente. Por lo tanto, solo se puede decir que este método es un método prometedor. Las primeras investigaciones en mi país adoptaron principalmente el enfoque conceptual integral. En los últimos años, se han logrado muchos resultados sistemáticos aprovechando las ventajas y características del clima histórico de mi país, enfoques conceptuales similares y utilizando construcciones de modelos de circulación global o equilibrio climático regional. . Además, se han desarrollado rápidamente modelos empírico-estadísticos para diversas unidades de exposición o profesiones, como vegetación, agricultura, silvicultura, recursos hídricos, etc. En términos de entorno ecológico, Zhang Xinshi, Zhou Guangsheng et al. (1993) introdujeron el modelo de zona de vida de Holdridge y utilizaron el método conceptual integral para estudiar la tendencia de evolución de la vegetación en China y la meseta Qinghai-Tíbet en condiciones climáticas futuras. Al mismo tiempo, se estableció un modelo de productividad primaria de la vegetación (Zhou Guangsheng et al., 1995).
Chen Yufeng y Li Kerang (1996) utilizaron nueve parámetros climáticos integrales con el apoyo de SIG y utilizaron el suelo como factor limitante en la relación de respuesta clima-vegetación para establecer un modelo chino de respuesta clima-vegetación, que mejoró la precisión del modelo y adoptó el medio ambiente global. Los efectos sobre el área y la distribución horizontal y vertical de los principales tipos de vegetación en China se estudiaron utilizando estimaciones en puntos de cuadrícula proporcionados por el método del concepto de patrón equilibrado. ?
En términos de agricultura, muchos científicos de nuestro país han utilizado métodos conceptuales integrales y varios modelos de cultivos para estudiar el impacto del cambio climático en los cultivos y la agricultura. En los últimos años, Lin Erda et al. (1996) desarrollaron un modelo de simulación climática estocástica en China, que puede generar las temperaturas máximas y mínimas diarias, el sol y los escenarios climáticos necesarios para los modelos de cultivos y los modelos de tipos de pastizales principales basados en datos anuales y trimestrales. o valores mensuales proporcionados por los GCM de radiación y precipitación, estudiando así el impacto del cambio climático global en la futura producción agrícola y ganadera de China. ?
En términos de silvicultura, Xu Deying, Liu Shirong, Guo Quanshui, etc. (1997) construyeron una base de datos de información climática ecológica de la distribución geográfica de varias especies de árboles, software de sistemas de información ecológica aplicados y programas relacionados. Modelos de productividad forestal y variables climáticas ambientales, utilizando el método conceptual del modelo de equilibrio de circulación global para estudiar el impacto del cambio climático en las principales especies de árboles de forestación y la productividad forestal de China. ?
En términos de recursos hídricos, Liu Chunzhen et al. (1997) desarrollaron tres tipos diferentes de modelos climáticos estocásticos, modelos hidrológicos de cuencas en diferentes zonas climáticas y un modelo de evaluación integral de la oferta y demanda de recursos hídricos. Utilizando los resultados de siete GCM equilibrados, los escenarios climáticos futuros evalúan el impacto del cambio climático en la hidrología y los recursos hídricos de las principales cuencas fluviales de mi país.
3.2.2 Modelo de proceso
El modelo de proceso o dinámico se refiere a un modelo basado en procesos que utiliza leyes y teorías físicas establecidas para expresar la interacción entre el clima y la dinámica de una unidad de exposición. El modelo de proceso considera más factores y es más sutil. En general, los estudios de impacto y predicción que utilizan modelos de procesos están más fundamentados que los modelos empírico-estadísticos. Sin embargo, el principal problema es que los datos de entrada necesarios para probar el modelo o simular impactos futuros son relativamente altos. El modelo de proceso actual está limitado a algunos puntos espaciales de pequeña escala y debe desarrollarse a una escala o región mayor. En nuestro país se han introducido o desarrollado muchos modelos de proceso o dinámicos y se han obtenido resultados preliminares. ?
Los modelos dinámicos de ventana forestal CERES y SPUR son una herramienta eficaz para analizar la sensibilidad de las comunidades forestales al cambio climático. Pueden revelar los cambios y la sucesión de la organización de las comunidades forestales y la biomasa durante el cambio climático. los efectos de la luz, la temperatura y la humedad en el crecimiento de los árboles, incluido todo el proceso desde la germinación de las semillas, el crecimiento hasta la muerte (Chen Yufeng, Li Kerang, 1996). El modelo de claros forestales tiene un mecanismo lógico, flexibilidad en la modificación estructural, parámetros fáciles de estimar en su establecimiento y tiene opciones de resultados diversificadas. Los resultados de la simulación dinámica de claros forestales se pueden utilizar para revelar el largo y complejo proceso dinámico de los ecosistemas forestales. , se puede utilizar para probar el impacto del secado artificial en la estructura y los cambios del bosque, y para probar teorías o hipótesis de sucesión forestal (Shao Guofan et al., 1995). En mi país, Yan Xiaodong y Zhao Shidong (1995) establecieron el sistema forestal modelo de ventana del bosque de la montaña Changbai, Shao Guofan, Zhao Shidong et al. (1995) y Wu Zhengfang y Deng Huiping (1996) construyeron un modelo de ventana de bosque de pinos latifoliados coreanos en el noreste de China. 1996) establecieron un modelo de ventana de bosque de abeto de frutos morados de Sichuan y lograron resultados preliminares. Vale la pena señalar que el modelo de ventana forestal se estableció originalmente solo para simular los procesos dinámicos de los árboles forestales. En los últimos años, se ha promovido y aplicado a la simulación dinámica de pastizales y arbustos. ¿Se pone especial énfasis en el proceso de competencia subterránea (Shao Guofan et al., 1996)?
Xiang Bin et al. (1996) estudiaron los cambios ecológicos y fisiológicos en la fotosíntesis, la transpiración, la conductancia estomática y el agua. eficiencia de uso de la alfalfa cuando se duplica el CO2 y, sobre esta base, se llevó a cabo un estudio sobre el modelado de procesos ecológicos y fisiológicos en la alfalfa. Xiao Xiangming et al. (1996) aplicaron el modelo de proceso del ecosistema Century para simular la dinámica de la biomasa de los pastizales de Mongolia Interior de 1980 a 1989, y estimaron el impacto de los cambios fenológicos y la duplicación del CO2 en la productividad primaria y el contenido de materia orgánica del suelo de los pastizales típicos. . Gao Qiong et al. (1996) utilizaron métodos de simulación espacial para simular la dinámica del paisaje de los pastizales alcalinos en la llanura Songnen del noreste de China. Bajo las condiciones climáticas actuales, los resultados del modelo fueron consistentes con los cambios observados en la gráfica Ihm2. de 1989 a 1993. La dinámica de distribución de bloques coincide bastante.
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Pan Xuebiao et al. (1996) construyeron un modelo dinámico de crecimiento y falla del algodón (COTGROW). Este modelo es un modelo que aplica la teoría y los métodos de los modelos de cultivos e integra el clima, las condiciones ambientales del suelo, y medidas de cultivo y gestión, utiliza las condiciones climáticas diarias como variables impulsoras, las condiciones del suelo como base, las medidas de cultivo como factores que influyen, el equilibrio de carbono como núcleo y una consideración integral del equilibrio nutricional hídrico y mineral del suelo y las plantas. y el mismo efecto sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas de algodón. Este modelo también puede simular el impacto de los cambios en la concentración de CO2 sobre el rendimiento. ?
Vale la pena señalar que la mayoría de los modelos dinámicos anteriores no consideran el mecanismo de retroalimentación ni la interacción del proceso. Ji Jinjun (1996) combinó los procesos físicos entre la atmósfera de la superficie terrestre, la vegetación y el suelo con los procesos fisiológicos y ecológicos de las plantas, y estableció un modelo de proceso de interacción bidireccional entre la vegetación y la atmósfera. Entre ellos, el modelo de interacción atmósfera-vegetación se compone del acoplamiento del modelo del mecanismo de crecimiento de las plantas y el modelo de transporte físico atmósfera-vegetación del suelo (es decir, modelo de proceso de la superficie terrestre). Los patrones de procesos en la superficie terrestre incluyen procesos de transporte de energía y agua que ocurren entre la atmósfera, la vegetación y el suelo, y cambiarán su intensidad y distribución con los cambios anuales en el crecimiento de las plantas. El modelo de crecimiento de las plantas incluye la fotosíntesis, los procesos respiratorios, la distribución de la materia seca en diversos tejidos y la descomposición de la hojarasca. Estos procesos varían con las condiciones de temperatura y humedad de la atmósfera, la vegetación y el suelo, la radiación fotosintéticamente activa y la concentración de CO2 en la atmósfera. Este modelo se ha utilizado para simular cambios anuales en biomasa, CO2, energía y flujos de agua en bosques templados de coníferas y bosques mixtos de hoja ancha, y tiene fuertes capacidades de simulación. Si se combinan con modelos climáticos regionales, también se pueden predecir los impactos regionales del cambio climático. Se trata de un tipo de modelo de acoplamiento dinámico con perspectivas de desarrollo.