全球氣候變化與土地利用覆蓋變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

全球氣候變化與土地利用覆蓋變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

1有序人類活動(dòng)、可持續(xù)發(fā)展的新理念、新方法,以及區(qū)域文化的研究景觀生態(tài)學(xué)是一門關(guān)注景觀和區(qū)域的新科學(xué)。它通過(guò)空間視覺(jué)方法研究了景觀結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉之間的關(guān)系。土地系統(tǒng)設(shè)計(jì)(Landsystemdesign)是通過(guò)主動(dòng)設(shè)計(jì),優(yōu)化和改造不同尺度的土地系統(tǒng)組成和空間結(jié)構(gòu)(主要包括不同土地鑲嵌體的類型、大小、形狀、分布和連接度等要素)來(lái)維持和改善區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),從而有效適應(yīng)以氣候變化為代表的環(huán)境干擾,提高區(qū)域人類福祉的一種新興的土地資源利用理念。有序人類活動(dòng)是指通過(guò)合理安排和組織,使自然環(huán)境能在長(zhǎng)時(shí)期、大范圍不發(fā)生明顯退化,甚至能持續(xù)好轉(zhuǎn)的同時(shí),滿足當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)自然資源和環(huán)境需求的人類活動(dòng)。這是由我國(guó)氣象學(xué)家葉篤正提出的應(yīng)對(duì)全球氣候變化的一個(gè)創(chuàng)新性理念。景觀可持續(xù)性科學(xué)和土地系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可持續(xù)性科學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)和土地變化科學(xué)相互影響、密切結(jié)合的產(chǎn)物,代表了當(dāng)前國(guó)際可持續(xù)性科學(xué)發(fā)展的一個(gè)新動(dòng)向。有序人類活動(dòng)的概念則繼承了1987年“世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)”對(duì)“可持續(xù)發(fā)展”定義的核心思想,集中反映了中國(guó)科學(xué)家通過(guò)群體協(xié)同,調(diào)控區(qū)域發(fā)展格局而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)減緩和適應(yīng)氣候變化的新思考。進(jìn)而言之,有序人類活動(dòng)的基本思想是通過(guò)人地系統(tǒng)模擬,揭示人類活動(dòng)與氣候系統(tǒng)的相互作用機(jī)理,進(jìn)而合理調(diào)控和優(yōu)化區(qū)域人地系統(tǒng)時(shí)空格局,達(dá)到主動(dòng)適應(yīng)氣候變化并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的目的。國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展耦合模型及調(diào)控對(duì)策”正是基于景觀可持續(xù)性科學(xué)、土地系統(tǒng)設(shè)計(jì)和有序人類活動(dòng)的基本思想,圍繞人類如何主動(dòng)有序地應(yīng)對(duì)全球氣候變化,從而促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)多學(xué)科整合性研究。該項(xiàng)目由國(guó)家科技部在2013年10月批準(zhǔn),于2014年初正式啟動(dòng)。項(xiàng)目包括3個(gè)課題:1“區(qū)域氣候變化與人類活動(dòng)定量關(guān)系”;2“區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉關(guān)系模型”;3“適應(yīng)氣候變化的區(qū)域可持續(xù)性范式”。旨在為全球氣候變化背景下區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供一個(gè)科學(xué)研究和實(shí)踐的范式。2全球變化與區(qū)域響應(yīng)全球變化(Globalchange)是指由自然和人文因素引起的地球系統(tǒng)功能的全球尺度的變化,其科學(xué)基礎(chǔ)是地球系統(tǒng)科學(xué),涉及數(shù)十年到百年、或更長(zhǎng)的時(shí)間尺度。以當(dāng)前全球變暖為標(biāo)志的氣候變化是全球變化的重要表現(xiàn)之一。大量研究表明,以工業(yè)革命后人類活動(dòng)為主要原因,以全球變暖為主要特征的全球氣候變化已經(jīng)導(dǎo)致了許多地區(qū)的水資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化和巨災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。全球氣候變化已經(jīng)威脅到全球和我國(guó)生存環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在認(rèn)清氣候變化事實(shí),分清氣候變化責(zé)任的基礎(chǔ)上,如何有效應(yīng)對(duì)氣候變化風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)全球和區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,是當(dāng)前全球變化研究中的一個(gè)重要論題。2005年,中國(guó)制定的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》,將“全球變化與區(qū)域響應(yīng)”列為未來(lái)15年面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的基礎(chǔ)研究的10個(gè)方向之一。2010年,我國(guó)全球變化研究國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃啟動(dòng),也將該方向列為了重點(diǎn)。與此同時(shí),國(guó)際科學(xué)聯(lián)合會(huì)理事會(huì)(InternationalCouncilofScientificUnions,ICSU)聯(lián)合相關(guān)國(guó)際組織,整合已有研究(國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(InternationalGeosphere-BiosphereProgram,IGBP),國(guó)際全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃(InternationalHumanDimensionsProgrammeonGlobalEnvironmentalChange,IHDP),世界氣候研究計(jì)劃(WorldClimateResearchProgramme,WCRP)和國(guó)際生物多樣性計(jì)劃(AnInternationalProgrammeofBiodiversityScience,DIVERSITAS))啟動(dòng)了新一輪的全球變化10年科學(xué)計(jì)劃———未來(lái)地球計(jì)劃(FutureEarth),突出強(qiáng)調(diào)了未來(lái)全球變化的基本目標(biāo)是在可持續(xù)性科學(xué)的指導(dǎo)下,有效適應(yīng)全球變化,實(shí)現(xiàn)全球的可持續(xù)性。我們認(rèn)為,當(dāng)前全球氣候變化適應(yīng)研究中的一個(gè)至關(guān)重要但又一直被忽略的途徑是景觀/區(qū)域途徑。即通過(guò)景觀和區(qū)域尺度上的有序人類活動(dòng),優(yōu)化城鄉(xiāng)發(fā)展戰(zhàn)略和土地利用空間格局,在減緩和適應(yīng)氣候變化的同時(shí)長(zhǎng)期維持和改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉,從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái),這個(gè)問(wèn)題已被越來(lái)越多的科學(xué)家所論及,但實(shí)際研究尚少[10~13]。北京師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所、中國(guó)科學(xué)院植物研究所和中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所聯(lián)合開展全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展耦合模型及調(diào)控對(duì)策研究。該研究以可持續(xù)性科學(xué)為主要依據(jù),以有序人類活動(dòng)理念為指導(dǎo)思想,以實(shí)地觀測(cè)和模型模擬為主要手段,揭示氣候變化和人類活動(dòng)的定量關(guān)系,評(píng)估氣候變化條件下人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的影響,建立氣候變化—有序人類活動(dòng)—區(qū)域可持續(xù)發(fā)展耦合模型,提出景觀及區(qū)域尺度上人類適應(yīng)全球變化的綜合策略。3相關(guān)研究3.1有序人類活動(dòng)過(guò)去20年,我們已經(jīng)對(duì)人類活動(dòng)如何影響全球環(huán)境變化有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí):目前的全球變化速率很大程度上已經(jīng)超過(guò)了人類的響應(yīng),即人類現(xiàn)在的發(fā)展模式是不可持續(xù)的。在認(rèn)清全球變化的基本事實(shí)后,全球變化的適應(yīng)研究,尤其是全球變化背景下的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前全球變化科學(xué)研究的前沿和重點(diǎn)。有序人類活動(dòng)是由我國(guó)氣象學(xué)家葉篤正提出的全球氣候變化適應(yīng)研究中的一個(gè)創(chuàng)新性理念。有序人類活動(dòng)的關(guān)鍵在于強(qiáng)調(diào)人類整體利益的發(fā)展和可持續(xù)性,即整體利益最佳,而非某局部利益最佳。核心在于探尋人類生存環(huán)境演變規(guī)律及其機(jī)理,尋求人類活動(dòng)的最佳方式,以使得人類在全球變化的背景下適應(yīng)未來(lái)生存環(huán)境的變化,爭(zhēng)取最大的總體效益(由環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益“三大效益”構(gòu)成),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。有序人類活動(dòng)方法的基本思路是通過(guò)建立具備“反饋機(jī)制”的人類—?dú)夂颉h(huán)境模式,基于各情景對(duì)比分析,選擇全球最佳的人類有序應(yīng)對(duì)全球變化的方案。近年來(lái),已經(jīng)可見(jiàn)通過(guò)土地利用規(guī)劃和生態(tài)建設(shè)等有序人類活動(dòng)主動(dòng)適應(yīng)氣候變化的部分探索[19~21]。如我國(guó)的“三北”防護(hù)林體系建設(shè)、京津風(fēng)沙源治理工程、天然林保護(hù)工程、防治荒漠化工程,生物多樣性保育和自然保護(hù)區(qū)建設(shè)工程等有序生態(tài)建設(shè)工程,已經(jīng)對(duì)氣候變化產(chǎn)生了積極影響。但目前的有序人類活動(dòng)研究還主要停留在理念階段,具體深入的實(shí)踐應(yīng)用研究還比較缺乏。3.2全球氣候變化影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉是表達(dá)區(qū)域可持續(xù)性的2個(gè)基本方面,維持和改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基本條件,提高人類福祉是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的根本目的。依據(jù)聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要指人類從生態(tài)系統(tǒng)中所獲取的福利,可分為支持、供給、調(diào)節(jié)和文化4類服務(wù)類型;人類福祉主要指人類在物質(zhì)、精神和健康方面的需求,可分為基礎(chǔ)生活材料、安全、健康、良好的社會(huì)資本和寬松的制度環(huán)境5個(gè)方面。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉密切相關(guān),多樣化的人類福祉一般通過(guò)不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型得到滿足和實(shí)現(xiàn)。同時(shí),受資源的限制,不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間也存在權(quán)衡問(wèn)題。某一類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增加往往會(huì)造成其他類型服務(wù)的降低。如擴(kuò)大耕地面積可以提高糧食產(chǎn)量,從而增加供給服務(wù),卻往往以調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和生物多樣性的損失為代價(jià)。當(dāng)前,全球氣候變化正深刻影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉,進(jìn)而影響到區(qū)域可持續(xù)性。首先,全球氣候變化改變了生物多樣性的結(jié)構(gòu)和功能,直接影響到生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力、產(chǎn)品供給、調(diào)節(jié)能力等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。同時(shí),全球氣候變化也通過(guò)改變生態(tài)過(guò)程間接改變了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力。此外,全球氣候變化還使得極端天氣頻發(fā),加劇了森林火災(zāi)、山洪暴雨、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生的概率,間接增加了生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性,進(jìn)而影響到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和相應(yīng)的人類福祉。由此可見(jiàn),在全球氣候變化的壓力下,實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度可持續(xù)發(fā)展的根本途徑在于有效提高區(qū)域人類—環(huán)境系統(tǒng)的彈性,維持和改善區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),進(jìn)而提高人類福祉。通過(guò)有序人類活動(dòng)合理調(diào)控區(qū)域人類—環(huán)境系統(tǒng),維持和改善區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)并提高人類福祉,主動(dòng)適應(yīng)全球氣候變化,是能夠在全球氣候變化的壓力下實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的。但當(dāng)前景觀和區(qū)域尺度上定量表達(dá)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉的關(guān)系的相關(guān)研究尚處于起步階段。3.3土地利用和氣候變化的雙重力量驅(qū)動(dòng)可持續(xù)性(Sustainability)正日益成為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城市設(shè)計(jì)與發(fā)展、商業(yè)、環(huán)境保護(hù)、環(huán)境管理等人類與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的所有領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。美國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)早在1991年就發(fā)起了可持續(xù)生物圈行動(dòng)(SustainableBiosphereInitiative)。至2001年,可持續(xù)性科學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門新興的科學(xué)。當(dāng)前,地球環(huán)境正以人類從未經(jīng)歷的速度快速惡化,對(duì)地球可持續(xù)發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)。因此,可持續(xù)性科學(xué)突出強(qiáng)調(diào)在人類發(fā)展的同時(shí),要保持和維護(hù)環(huán)境系統(tǒng)滿足人類長(zhǎng)期需求的能力,尤其是有效保持和維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)滿足人類福祉需求的能力。當(dāng)前,在人類土地利用和氣候變化的雙重力量驅(qū)動(dòng)下,全球生態(tài)系統(tǒng)和景觀的變化正在加速。土地利用對(duì)景觀的影響一般是短期和局地的,而氣候變化對(duì)景觀的影響是長(zhǎng)期和全球性的。在土地利用變化的驅(qū)動(dòng)下,自然景觀向人類主導(dǎo)景觀的轉(zhuǎn)變往往導(dǎo)致植被和生境的破碎化,進(jìn)而破壞景觀連接度,增加其空間同質(zhì)性,使景觀的維系能力發(fā)生改變或退化。在氣候變化的影響下,許多物種可能在地理分布上發(fā)生遷移。同時(shí),氣候變化還將改變景觀結(jié)構(gòu)與組成、斑塊質(zhì)量與周圍環(huán)境、景觀鑲嵌體中斑塊分布與形狀等,使得景觀中某些位置和要素提供的某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)將不復(fù)存在。因此,近年來(lái),景觀/區(qū)域可持續(xù)性作為可持續(xù)性研究的一個(gè)重要分支,逐漸得到研究者的重視。景觀可持續(xù)性可以從2個(gè)方面來(lái)理解:一是景觀自身的格局與過(guò)程在未來(lái)的維持程度;二是景觀對(duì)人類需求(如生態(tài)系統(tǒng)服務(wù))或有機(jī)體生活(如覓食、交配等)的可持續(xù)性的影響。景觀可持續(xù)性研究的主要對(duì)象是景觀格局、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉,它們?nèi)咧g有著密切的聯(lián)系。3.4景觀與區(qū)域可持續(xù)性的研究趨勢(shì)我國(guó)北方半干旱區(qū)主要指年降水量在200~400mm的草地和農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)。該區(qū)位于內(nèi)蒙古高原的東南緣和黃土高原北部,屬全球氣候變化的敏感區(qū)、土地利用的交錯(cuò)區(qū)以及典型的生態(tài)系統(tǒng)脆弱區(qū)。全球氣候變化導(dǎo)致了我國(guó)北方半干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化,直接或間接影響了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉,降低了區(qū)域的可持續(xù)性。如區(qū)域初級(jí)生產(chǎn)力和固碳能力下降,糧食以及畜牧生產(chǎn)力降低;植被退化、固碳、涵養(yǎng)水源和防風(fēng)固沙能力降低等。同時(shí),近年不合理的人類活動(dòng),進(jìn)一步加劇了該區(qū)的不可持續(xù)性。如地下資源開采過(guò)度,城鄉(xiāng)發(fā)展不協(xié)調(diào),貧富差距過(guò)大;沙塵暴頻發(fā),大氣污染加劇;民族文化流失,民族關(guān)系緊張等。針對(duì)我國(guó)北方半干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展中的諸多問(wèn)題,國(guó)內(nèi)學(xué)者開展了一系列的研究。張新時(shí)等提出了該區(qū)域系列“優(yōu)化生態(tài)—生產(chǎn)范式”?？的秸x等完成了該區(qū)域的生態(tài)區(qū)劃。袁飛等開展了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力形成機(jī)制以及生態(tài)系統(tǒng)維持與適應(yīng)性管理的系統(tǒng)研究。傅伯杰等在黃土高原開展了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的系統(tǒng)研究。方精云等在內(nèi)蒙草原開展了草地生態(tài)系統(tǒng)和“生態(tài)草業(yè)特區(qū)”的系統(tǒng)研究。這些研究為我國(guó)北方半干旱區(qū)的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。但總的看來(lái),我國(guó)北方半干旱地區(qū)全球氣候變化、人類活動(dòng)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的綜合集成研究工作還比較缺乏,還需要在景觀/區(qū)域可持續(xù)性科學(xué)等新的理論和方法的指導(dǎo)下開展進(jìn)一步的工作。綜上,可見(jiàn)以下研究趨勢(shì):(1)正從全球變化的事實(shí)和影響研究轉(zhuǎn)向全球變化的減緩和適應(yīng)研究,強(qiáng)調(diào)通過(guò)人類自身行為的改變,主動(dòng)有序地適應(yīng)全球氣候變化,爭(zhēng)取人類整體利益的發(fā)展和可持續(xù)性。(2)正從全球變化的區(qū)域響應(yīng)和適應(yīng)研究轉(zhuǎn)向全球變化背景下的區(qū)域可持續(xù)性研究,強(qiáng)調(diào)通過(guò)土地系統(tǒng)和景觀的重新設(shè)計(jì),協(xié)調(diào)全球變化背景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉之間相互關(guān)系,實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。(3)正從局部、個(gè)別的案例研究轉(zhuǎn)向全球變化背景下社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境可持續(xù)性的綜合協(xié)同研究,強(qiáng)調(diào)通過(guò)典型區(qū)域全球氣候變化、人類活動(dòng)和可持續(xù)發(fā)展的綜合系統(tǒng)集成,尋求全球變化科學(xué)和可持續(xù)性科學(xué)的新突破。4重要科學(xué)問(wèn)題4.1人類活動(dòng)與氣候變化如何通過(guò)人類活動(dòng)的合理組織,主動(dòng)有序地適應(yīng)氣候變化,達(dá)到整體利益的最佳,而非某個(gè)國(guó)家或地區(qū)局部的最佳是當(dāng)前全球變化適應(yīng)研究的最新動(dòng)向和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。由葉篤正等提出的通過(guò)有序人類活動(dòng),主動(dòng)有序適應(yīng)氣候變化,促進(jìn)地球系統(tǒng)可持續(xù)性的創(chuàng)新性理念,正受到當(dāng)前全球變化適應(yīng)研究領(lǐng)域的高度重視和關(guān)注。但目前相關(guān)研究仍然處于探索和起步階段。有序人類活動(dòng)的基本理論、方法和途徑,尤其是從氣候影響因子的角度怎樣量化人類活動(dòng),以及不同的人類活動(dòng)如何影響氣候變化等問(wèn)題,還需要深入的研究。因此本項(xiàng)目將在深化有序人類活動(dòng)基本理論、方法和途徑的基礎(chǔ)上,基于區(qū)域氣候模式,以我國(guó)北方半干旱區(qū)為基本研究區(qū),定量揭示和表達(dá)全球氣候變化和人類活動(dòng)之間的關(guān)系,模擬評(píng)估未來(lái)不同人類活動(dòng)情景對(duì)氣候變化過(guò)程的可能影響,從而回答如何在區(qū)域尺度定量表達(dá)氣候變化與人類活動(dòng)的關(guān)系這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。4.2對(duì)區(qū)域人類—如何在區(qū)域尺度定量揭示氣候變化條件下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的關(guān)系?區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的2個(gè)重要基礎(chǔ)。通過(guò)有序人類活動(dòng)主動(dòng)適應(yīng)氣候變化,促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵是深入揭示氣候變化下區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的相互關(guān)系。因此,本項(xiàng)目擬選擇典型區(qū)域和典型案例,采用模型模擬和實(shí)地調(diào)查手段,分析氣候變化背景下區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的基本特征,評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的影響過(guò)程、發(fā)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉關(guān)系模型,從而回答如何在區(qū)域尺度上定量揭示氣候變化條件下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的關(guān)系這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。過(guò)去由于不合理的農(nóng)牧業(yè)發(fā)展方式,造成了我國(guó)北方半干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境日益脆弱。目前該區(qū)域總體環(huán)境仍未見(jiàn)根本好轉(zhuǎn)。在全球氣候變化壓力下,該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性不斷增加,人類—環(huán)境系統(tǒng)抵抗災(zāi)害的能力不斷減弱,表現(xiàn)出局部治理、整體惡化的特點(diǎn)。主要原因是目前的理論與實(shí)踐工作均相對(duì)集中在點(diǎn)層面上,缺乏對(duì)區(qū)域人類—環(huán)境系統(tǒng)的多尺度的綜合集成研究。為此,本項(xiàng)目將發(fā)展氣候變化—有序人類活動(dòng)—區(qū)域可持續(xù)發(fā)展耦合模型,評(píng)估該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基本特征,揭示該區(qū)域自然景觀、半自然景觀、農(nóng)業(yè)景觀及城市景觀的演化機(jī)制,探索不同尺度下合理的土地利用配置與管理方式,進(jìn)而通過(guò)政策框架、技術(shù)方法和科學(xué)理論的綜合集成,構(gòu)建主動(dòng)適應(yīng)氣候變化的生態(tài)良好、生產(chǎn)發(fā)展和生活富裕的區(qū)域可持續(xù)性范式,從而回答如何在區(qū)域尺度上建立適應(yīng)氣候變化的可持續(xù)性范式這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。5本研究5.1氣候變化評(píng)價(jià)目的在于定量表征影響氣候變化的人類活動(dòng)因子,完善區(qū)域氣候系統(tǒng)模式,揭示區(qū)域人類活動(dòng)與氣候變化的相互關(guān)系,給出中國(guó)北方半干旱區(qū)人類活動(dòng)影響下的未來(lái)氣候情景。主要研究?jī)?nèi)容有:(1)影響氣候變化的人類活動(dòng)因素的定量表達(dá)。結(jié)合我國(guó)北方半干旱區(qū)的區(qū)域特點(diǎn)和氣候變化特征,利用溫度、降水、風(fēng)等氣候因子變化歷史觀測(cè)數(shù)據(jù),土地利用/覆蓋類型和格局變化數(shù)據(jù),人口、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化數(shù)據(jù),通過(guò)揭示人類活動(dòng)與氣候變化的內(nèi)在聯(lián)系,建立影響氣候變化的人類活動(dòng)因素的指標(biāo)體系。(2)完善區(qū)域氣候系統(tǒng)模式。通過(guò)對(duì)人類活動(dòng)因素的定量表達(dá),發(fā)展區(qū)域人類活動(dòng)與氣候變化的相互關(guān)系模塊,完善區(qū)域氣候系統(tǒng)模式。進(jìn)而模擬區(qū)域大氣過(guò)程、生態(tài)與地理過(guò)程等,評(píng)價(jià)氣候變化和人類活動(dòng)的關(guān)系,給出景觀和區(qū)域尺度的人類活動(dòng)與氣候變化關(guān)系的定量表達(dá),并結(jié)合中國(guó)北方半干旱區(qū)的特點(diǎn),進(jìn)行敏感性和不確定性分析。(3)人類活動(dòng)影響下的中國(guó)北方半干旱區(qū)未來(lái)氣候變化情景模擬。利用完善后的區(qū)域氣候系統(tǒng)模式,結(jié)合人口、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo),在景觀和區(qū)域尺度上給出土地利用、城市化、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和生態(tài)建設(shè)等人類活動(dòng)影響下的中國(guó)北方半干旱區(qū)未來(lái)氣候變化情景。5.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉關(guān)系的分層次分析目的在于發(fā)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉關(guān)系模型,評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的影響過(guò)程,揭示氣候變化背景下人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的調(diào)控機(jī)制。主要研究?jī)?nèi)容有:(1)氣候變化情景下人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。發(fā)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)模型,揭示我國(guó)北方半干旱區(qū)關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(以糧食生產(chǎn)、防風(fēng)固沙、減排增匯和保持民族傳統(tǒng)文化為代表)的基本格局特征和空間異質(zhì)性。耦合區(qū)域氣候模式和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)模型,在分析近30年土地利用、城市化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化和生態(tài)建設(shè)等人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響過(guò)程的基礎(chǔ)上,模擬評(píng)估未來(lái)50年氣候變化情景下人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛在影響,確定調(diào)控人類活動(dòng)、改善區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵影響因素。(2)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉關(guān)系模型。參考千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估方法,從支持、供給、調(diào)節(jié)和服務(wù)4個(gè)方面選擇區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(以糧食生產(chǎn)、防風(fēng)固沙、減排增匯和保持民族傳統(tǒng)文化為代表),從基礎(chǔ)生活材料、安全、健康、良好的社會(huì)資本和寬松的制度環(huán)境5個(gè)方面選擇區(qū)域典型人類福祉指標(biāo)(以食品供給、人群健康、和諧社區(qū)為代表),構(gòu)建區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能與人類福祉評(píng)估體系。通過(guò)多源遙感信息和參與式調(diào)查,獲取區(qū)域近30年生態(tài)服務(wù)功能時(shí)間序列指標(biāo)數(shù)據(jù)集和人類福祉指標(biāo)時(shí)空數(shù)據(jù)集。通過(guò)典型案例的深入分析,利用空間分析方法和生態(tài)模型模擬手段,在自然景觀、半自然景觀、農(nóng)業(yè)景觀和城市景觀等不同景觀類型上揭示區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和主要人類福祉的源匯、權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系,發(fā)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉的關(guān)系模型。(3)氣候變化背景下人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域人類福祉的影響。在樣點(diǎn)和區(qū)域2個(gè)尺度上,揭示我國(guó)北方半干旱區(qū)典型人類福祉指標(biāo)(以食品供給、人群健康、和諧社區(qū)為代表)的基本格局特征和空間異質(zhì)性。在分析近30年土地利用、城市化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化和生態(tài)建設(shè)等人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域人類福祉影響過(guò)程的基礎(chǔ)上,模擬評(píng)估未來(lái)50年氣候變化情景下人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域人類福祉的潛在影響,確定調(diào)控人類活動(dòng),改善區(qū)域人類福祉的關(guān)鍵影響因素。5.3土地利用變化及區(qū)域景觀布局目的在于發(fā)展氣候變化—有序人類活動(dòng)—區(qū)域可持續(xù)發(fā)展耦合模型,建立主動(dòng)適應(yīng)氣候變化的生態(tài)良好、生產(chǎn)發(fā)展和生活富裕的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展范式,提出適應(yīng)氣候變化的半干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展調(diào)控策略。主要研究?jī)?nèi)容有:(1)氣候變化下的區(qū)域可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。建立社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境耦合系統(tǒng)脆弱性、恢復(fù)性和適應(yīng)性為一體的區(qū)域可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)溫度、降水、風(fēng)等氣候因子變化,土地利用/覆蓋類型和格局變化以及人口、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與政策及規(guī)制等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素變化對(duì)區(qū)域可持續(xù)性的綜合影響,提出主動(dòng)適應(yīng)氣候變化的自然景觀保護(hù)/恢復(fù)、半自然景觀修復(fù)、農(nóng)業(yè)景觀改良和城市景觀布局的區(qū)域規(guī)劃方案。(2)氣候變化—有序人類活動(dòng)—區(qū)域可持續(xù)發(fā)展耦合模型。從人類社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境耦合系統(tǒng)的的人類—環(huán)境系統(tǒng)的整體性出發(fā),運(yùn)用系統(tǒng)論觀點(diǎn),結(jié)合數(shù)值模擬和數(shù)學(xué)建模技術(shù),整合氣候變化與人類活動(dòng)關(guān)系定量模型、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉關(guān)系模