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东北地区是中国沼泽分布最广泛、类型最多的地区,同时也是中国增温最显著的地区之一,气候趋于暖干化,这种环境条件不利于沼泽的发育和存在。本研究首先分析了东北地区气候变化特征,进而采用9种生境模型(广义线性模型(Generalized Linear Models,GLM)、广义相加模型(Generalized Additive Models,GAM)、分类与回归树模型(Classification Tree Analysis,CTA)、人工神经网络模型(Artificial Neural Networks,ANN)、面域包络模型(Surface RangeEnvelope,SRE)、广义增强模型(Generalized Boosting Model,GBM)、随机森林模型(Random Forest,RF)、混合判别式分析模型(Mixture DiscriminantAnalysis,MDA)、多元自适应回归样条函数(Multiple Adaptive Regression Splines,MARS))、4套未来气候变化预案数据(MIROC-RegCM在SRES A1B情景下的模拟结果(A1B NCC)和CGCM3在SRES A1B,SRES A2和SRES B1情景下的模拟结果),模拟预测了东北沼泽湿地在历史基准气候(1961-1990年)和未来3个研究时期(2011-2040年,2041-2070年,2071-2100年)的潜在分布变化。采用接收机工作特征曲线下的面积、Kappa统计量和真实技巧统计法评价模型的预测精度。研究主要结论如下:
(1)1961-2005年东北地区年均温呈现增温趋势,气候倾向率为0.38℃/10a。季节均温均呈现增温趋势,增温趋势最强的为冬季均温,夏季增温趋势最弱。东北地区增温幅度较大地区为大兴安岭北部地区和小兴安岭地区。东北地区年降水在波动中呈现减少趋势,气候倾向率为-5.71mm/10a。春季降水和冬季降水呈现增加趋势,夏季降水和秋季降水呈现件减少趋势。降水量呈现减少趋势的地区主要为长白山南段、辽东半岛和辽河平原,降水量增加较明显的地区为大兴安岭北部地区。
4套未来气候变化预案下,2001-2100年东北地区年均温呈现显著增暖趋势,年降水量在波动中呈现微弱增加趋势。至2071-2100年,年均温增幅由大到小依次为:A1B_ NCC,5.69℃;A2,4.51℃;A1B,3.44℃;B1,2.39℃C。至2071-2100年,年降水量增加幅度由大到小依次为:A2,153.90mm; A1B,121.94mm; B1,94.86mm; A1B_ NCC,54.83mm。A1B_ NCC模拟的年降水量变化趋势存在先减少后增加的趋势,但CGCM3模型模拟结果显示东北地区年降水量呈现持续的正增加趋势。东北地区未来年均温增幅较明显的的地区为大兴安岭和小兴安岭地区,降水量增加较多的地区为长白山和辽东半岛地区。
(2) ANN、CTA、GAM、GBM、GLM、MARS、MDA和RF模型的预测精度都较为准确,其中RF模型评价精度最好。对SRE模型可行的2种评价方法均显示SRE模型预测精度较低。
随着时间的推移,东北沼泽湿地潜在分布面积呈现减少趋势。至2071-2100年,各气候变化预案下东北地区沼泽湿地潜在分布面积减少量由大到小分别为:A1B_NCC,100%; A2,99.97%; A1B,99.56; B1,98.46%。
综合气候变化预案下,随着时间的推移,沼泽湿地潜在分布面积急剧减少。至2071-2100年东北地区沼泽湿地潜在分布面积将减少99.78%。在沼泽湿地潜在分布面积显著减少的同时,有少量新增沼泽湿地的出现(0.02-2.44%),但沼泽湿地分布受很多因素制约,在气候因素和地形因素适宜的情况产生新沼泽湿地的可能性仍然是很低的。
基准气候条件下东北地区沼泽湿地潜在分布区主要位于东北地区北部。大、小兴安岭和三江平原地区为东北地区沼泽湿地潜在分布的主要区域。随着时间的推移,东北地区沼泽湿地潜在分布在空间分布上呈现由东向西、由南向北退缩。大兴安岭北部将是未来东北地区沼泽湿地的主要潜在分布区。