文摘

地表的变化可以对未来气候变化产生重大影响。本研究分析了牧民的适应气候变化的影响在畜牧业,收入,和陆地表面动力学与地表参数化方案。第一次进行实证分析牧民的适应措施的影响他们的收入在气候变化的背景下积极的数学规划(PMP)模型的基础上三江源头地区的家庭调查数据,在中国青海省,一个生态环境脆弱的地区。然后,地表参数化过程进行分析的基础上,基于主体模型(ABM),其中包括牧民的适应气候变化的措施,同时也为地表变化预测提供参考。结果表明,适应气候变化的措施将会有一个积极的影响的增加数量的牧人的牲畜和收入以及未来陆地表面动力学。土地利用管理终于提出了一些建议,可为土地利用规划提供重要的参考信息。

1。介绍

气候变化给人类社会带来的巨大威胁和自然环境1]。为了适应气候变化、社会中介会采取适应措施,有一些对地表的动态协同的影响。然而,地表动态也反应在区域气候条件。人为气候变化适应措施和变异性可能直接或间接影响的动态土地表面变化(2),这将有反馈对气候条件的影响3- - - - - -6]。之一,气候变化的影响在地表动态反映地表动态应对气候变化在高山地区。一些人类的决定能减轻气候变化通过影响有限₂浓度根据先前的研究,进行实验或数值方法(3,4,6- - - - - -9),而一些适应措施将间接改变气候条件通过中间的影响主要来自陆地表面性质的变化(6,10- - - - - -12]。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第三次评估报告已经更新一个框架人类适应的设计和实现之间的相互关系和气候变化(13,14]。然而,先前的研究很少分析人类的适应措施的潜在影响地表变化将导致不稳定的气候条件返回(2]。

在参数化的影响仍然存在各种困难人类对气候变化的适应措施通过地表动态气候模型的性能。首先,当前研究适应措施大多集中在成本效益分析,而较少关注地表变化对气候的影响,考虑适应措施(15,16]。第二,各种观点和喜好应该考虑在实现系统的仿真实现过程中对地表的适应,包括政策、经济、社会人员,许多利益相关者(17]。第三,适应措施的研究对象是生态系统,是开放的,复杂的,和充满不确定性的知识仍然是有限的,因此仍有一些不确定性在适应措施的实施18]。总之,仍有许多困难在地表气候模型的参数化方案;例如,参数复杂,数据难以捕捉和量化,等等,而这些都是气候模型研究不可或缺的内容。

典型ecofragile地区案例研究有助于全面了解地表动态的适应措施的重要性。在这项研究中,三个在青海省河流源区,脆弱的生态环境和产业结构相对简单,被选为研究区域。未来陆地表面投影的基础上牧民的适应气候变化的措施。开发了一个基于主体的模型(ABM),在适应措施可以被认为是在地表投影为进一步在生态脆弱地区气候模型的表现。

2。研究区域

2.1。基本信息

三条河流源地区,是长江的源头,黄河,澜沧江,31 39之间12′′-36 N和89 45′-102 23′E和青海省南部,中国。它起着重要的作用的生态屏障地区的生态环境安全和可持续发展的长江中下游和黄河在中国以及东南亚国家。在最近30年里,年平均温度为3.96°C的年际增量0.04°C,而平均年降水量为500毫米,小年际增长率为0.17毫米。年平均降水逐渐减少从东到西。此外,气候灾害的频率和强度也会增加在过去的几十年。干旱的频率在1961年之后呈下降趋势,但干旱的持续时间延长,对农业生产产生巨大的不利影响。温度自1998年以来已经显著增加,冬季降雪和积雪灾害的频率也增加了。与此同时,在暴风雨中有一个明显的周期性变化,也就是说,这场风暴频率在青海省增加了特别是自1990年代以来,尤其是在东部农业区域。草原面积最大的区域研究,达到公里²和占总土地面积的71.50%左右的研究区域。而未使用的土地占16.50%,林地和水域占9.20%和2.10%,分别。在过去的20年中,耕地和未使用的土地扩大了46.2%和0.64%,分别在林地和草原已经下降了0.30%和0.28%,分别。在2009年,人口,城市化率达到了15.73%。在研究区16个县中,其中一半以上是关键县扶贫开发工作,那里的穷人占总人口的63%。畜牧业是生存和发展的主要经济基础的田园少数民族;的产值占总农业产量的57.28%。

2.2。牧民的适应气候变化

农业和畜牧业的适应气候变化一直被视为一个关键的研究点,和适应措施的重视减轻气候变化的不利影响(19]。三条河流源头地区是一个重要的基地在中国畜牧业的发展,并对气候变化非常敏感。当地社会代理各种措施来适应气候变化,这是初步分类主要从技术的角度来看,工程,管理,和政策以前的研究成果的基础上,适应气候变化措施(20.]。牧民的适应措施会有不同的效果,主要体现的时空异质性资源禀赋、人口、气候条件,不同的社会代理,成本效益和其他隐藏的影响是不容易被捕获17,21,22]。

牧民的决定的适应措施可以大大影响地表动态(23]。可能会有双重的影响这些土地利用动态适应措施。牧民的适应气候变化措施的选择可以影响他们的收入,和收入的变化将影响牧民的选择,以适应不同的成本,那么它将进一步影响决策行为的社会代理。已经讨论了经济利益如何影响决策行为的代理在以前的作品,与经济利益代表与适应措施的成本及其潜在益处ABM模型(24,25]。我们捕获的适应气候变化措施的经济效益与积极的数学规划(PMP)模型。此外,本研究还涉及一些适应措施,可能直接影响地表动态,例如,有效的人工维护草原,可防止退化草原沙漠甚至荒野。

适应措施,最典型和最关注的牧民,从每个类别选择基于家庭调查(表1)。这表明主要的适应措施的三条河流源区主要包括害虫防治、人工维护草原,积雪灾害的预警机制,和财政补贴,这是适应措施的影响从技术的角度来看,工程,极端天气的预防和管理,分别和财政补贴。在调查采访中,牧民被问及他们的偏好对适应气候变化的措施,选择概率,和思维方式,在此基础上定义的行为规则(26)和奠定基础的地表气候模拟的参数化方案。此外,ABM模型用于模拟的影响在特定条件下不同社会代理之间的交互。

2.3。数据收集和处理

本研究中使用的家庭调查数据从问卷调查获得,这是实现在8月和10月,2012年,在三个县的三条河流源区。首先,选择三个县从Golog藏族自治州,藏族自治州Huangnan,海南藏族自治州。样本县的选择主要是基于三个因素,即人均草原地区,人口密度、人均国内生产总值。第二,九个城镇被选在三试样与分层随机抽样县。然后,与草原地区最高和最低的两个城镇从9城镇被选中,然后选择两个村庄在每个样本镇根据除了畜牧行业的就业形势。最后,10牧民家庭被选为样本家庭的牧民家庭大,中,小草原地区每个样本村庄。200牧人家庭进行问卷调查,并问卷的反应率为100%,193份有效问卷,有效问卷的比例为96.50%。问卷的内容如下:人口、土地面积(主要包括草原地区),畜牧生产,出售动物产品,投资损失的预防和控制老鼠,给予补助政策考虑,就业形势的行业除了畜牧业,畜牧业、收入等等。

此外,补充数据由数据支持的基础地理信息数据资源和环境科学中心,中国科学院(RESDC);数据主要包括土地利用数据、DEM数据和地形数据位置。从青海获得社会经济数据统计年鉴、中国农业年鉴,中国畜牧业年鉴。自然环境数据和气候从气象站收集的数据。

3所示。地表参数化方案

3.1。估计的影响牧民的适应措施

有必要定量分析牧民的经济效益的决策行为对适应措施,以便更好地提供参考的地表参数化方案反弹道导弹模型。有许多方法来定量评估的适应措施,本研究使用PMP何汇特于1995年提出的模型(31日]。这个模型是一个受欢迎的方法来分析政策导向的环境和经济问题,使用甚至几乎没有可用的信息。方法具有极大的灵活性和符合经济学的基本假设边际收益递减,和这些优势支持PMP模型的广泛应用在政策效应分析32,33]。

主要有三个步骤,分析了适应气候变化措施的成本和收益(25]。首先,约束条件是根据观测值的线性规划模型的基线,和双重价格(影子价格)的约束条件进一步与线性规划模型计算。第二,平均成本函数的斜率计算PMP模型的目标函数是根据价格的双重约束条件。第三,模型中的相应参数根据需要调整特定的适应措施的评估,和获得的参数,然后把目标函数获得最优解的非线性规划投资适应措施。

最后,为了适应措施的分析影响牧民的收入,PMP模型的基础上建立了牧民家庭的家庭调查数据如下。目标函数如下:

约束条件如下: 在TMG从畜牧业牧民的家庭收入;是牲畜的数量单位面积草地;的面积是草原畜牧业;是牲畜的销售价格;是草原的单位面积成本;影子价格;劳动力投入到每个牲畜;单位面积上的资本收入的草原;dtpro是省的距离首都;Gld是草原的面积;流行是人口;NPP是净初级生产;dtwater是水域的距离;dtroad道路的距离;rain_cv是雨的方差系数;temp_cv的方差系数是温度;累积温度高于0°C;累积温度高于10°C;conrodent啮齿动物控制;aprotect手工维护的草原;supint放牧强度的监督;是残差。

PMP模型前面所提到的,最大化的目标函数定义为从畜牧业牧民的收入的家庭原因如下。首先,这些生态脆弱地区的适应措施实施旨在减少牲畜损失的牧民,他们因此有积极重要的影响从畜牧业牧民收入的家庭。第二,有一个非常低的收入比例从作物生产和其他农业产业除了畜牧业牧民家庭的总收入的主导产业是畜牧业以来所有的三个县,我们做三条河流源头地区的家庭调查。第三,本研究主要集中在这些适应措施的影响牧民收入的家庭。

草原的单位面积上的收入等于资本收入的产品单位面积草地的面积,草原放牧牲畜,(2)表达了劳动的约束条件;(3)表达了草原区域的约束条件;即牲畜放牧的草原的面积之和不能超过总土地面积的牧民家庭;(4)是资本的约束条件;(5)提供了牲畜的数量在特定条件下单位面积上的草原。考虑到系统中主要是放牧牛羊的牧人,不会从其他来源的收入投资到畜牧业,所以投资总额的上限为畜牧生产应该设置为牲畜的总收入。

3.2。参数化的适应地表投影

根据不同的代理商,主要决策行为反弹道导弹模型的参数是不同的简化和模拟适应性行为选择和每个代理对气候变化的影响。不同的代理有不同偏好不同的适应措施,导致了不同的地表动态效果。因此,本文分类和提取研究区域的代理,然后决定他们偏爱适应措施根据调查和参数化。

首先,分类三条河流源头地区的县市为三个类别根据其社会和经济发展的分析,自然环境特点、和资源禀赋特征;牧民的代理从每个类别中提取,主要包括牧民的经纪人half-herdsmen的经纪人,限制牧民的经纪人。其次,设计和确定代理的规则的行为通过实地调查对牧民的意愿采取适应气候变化措施和其他社会经济和生态环境意识,结合自适应测量的成本效益分析。

此外,通过调查,发现三条河流源头地区草原相比是相对较高的输出与其他土地利用类型。草地也主要在研究区域生态系统,其生态系统服务功能,如牲畜放牧、节水、净水、气候调节,对当地的个人和社区是不可或缺的。因此,相对社会代理更愿意保存和恢复草原。

4所示。陆地表面动力学对适应气候变化的反应

4.1。经济分析的适应措施

本研究分析了适应气候变化措施的经济效益与PMP模型,探讨了影响不同的适应措施在畜牧生产和牧民的收入基于气候变化的不同的上下文。结果表明,畜牧业生产和经济效益(图空间异质性和规模效应1)。

牲畜数量和畜牧业收入在同一县积极相关,这意味着畜牧业收入会增加牲畜数量的增加。自适应技术措施使牲畜数量和收入相关的行业积极高温度变化的影响率条件下。农场规模的减少,收入增加牲畜数量和畜牧业收入会逐渐下降。因此,我们可以推断出的影响大小的测量和农业有很好的正相关,和自适应措施可以提高牧民的收入,但更明显的大型牧场对经济效益的影响。nonengineering适应措施的实施中影响畜牧业收入的-1%至0.8后的牧人估计基于调查数据。它也发现nonengineering适应措施对收入的影响畜牧业由于牧场的大小是不同的。高影响降水变化的条件下,增加牲畜数量将增加逐渐减少的草原规模在同一个县。然而,畜牧业收入的变化将减少首先然后用草原规模的下降,增加的收入增量小规模的草原是最大的。因此,工程措施可能发展畜牧业生产的牧人和畜牧业的收入。工程措施的效用是积极相关的草原,但效用的影响水资源在小规模的草原会更大,因此工程措施有较大影响牲畜数量和小规模的草原畜牧业收入。 Abnormal climate may lead to the large-scale reduction on livestock number and animal industry income; however, herdsman’s income may reduce one-third of loss under the condition of early warning mechanism. At the same time, the risk management is divided into 3 levels, and we evaluated whether they develop the management of early warning at the government level to adapt to climate change using PMP model. Simulation analysis shows that the establishment of early warning mechanism can avoid about 12% of economic loss in the large-scale grassland. The loss of small-scale grassland would be the minimum compared with the other two kinds of grassland when analyzed from the scale of grassland, that means that small-scale grassland has a good flexibility, and it can adjust the scale of production timely to minimize the losses. Government subsidy has a strong positive relationship with different scale of grassland and income of animal industry in the same county.

总之,适应措施的四种类型,而从气候影响因子的角色在不同的典型生态脆弱地区和提交样本数据可以分析得到结果后,所有可以开发行业在不同程度的牲畜数量和收入从PMP模型的实证分析。因此,积极适应措施有积极影响牧人适应气候变化。

4.2。陆地表面动力学

根据仿真结果基于反弹道导弹模型,三条河流源地区的陆地表面显示了一些时间和空间特征在未来50年。通常,草地面积增加到一定程度上的增加6.04%,和未利用土地适度开发利用,因此,未使用的土地面积减少的经历,14.64%的速度。此外,森林土地面积有减少和其他土地利用类型几乎保持同样的(图2)。

在接下来的50年里,改变了土地的面积占总土地面积的6.65%,这是由转换从闲置的土地和林地草原,占总土地面积的2.99%和1.81%,分别。具体来说,转换后的土地,74.92%的雨林和80.6%的闲置土地转换为草原、相比之下,草原面积的增加主要来自于林地和未利用土地,分别为34.39%和56.67%。草原地区的戏剧性的变化主要是由于农场主要追求利润最大化和重点考虑土地利用的经济效益的决策过程。草原面积将增加逐渐和其他土地类型将显示一个下降的趋势的模拟未来50年。这意味着农民和牧民的土地利用方式逐渐变得单纯形,和主要土地利用类型越来越明显。由于单一类型的土地将不可避免地导致生态系统的不稳定,农民和牧民应该改变适应自然的传统方式,利用理性地采取应对措施,不仅追求收入最大化畜牧业的牲畜产量和收入,但充分考虑土地利用模式的合理性。

地表变化的分布模拟反弹道导弹是显示在图3。土地利用变化主要发生在中部和东部研究区域的一部分;东部主要是由林地的转换从草原草地和未使用的土地,而中心部分体现了未利用土地的开发和利用,从而显示未使用的土地,草原的转换。这是因为倔强地低空和平坦地形在东部地区相对容易回收未使用的土地,还有倔强地高降水,有利于牧草生产和畜牧业。这些有利因素使牧民发展畜牧业由回收林地和未利用土地增加畜牧业的收入。

5。结论和讨论

本研究分析了适应气候变化措施的经济效益与PMP模型基于调查数据的三个河流源区,然后预测土地利用变化与ABM模型。这种方法可能会提供一些参考与不同的潜在地表气候模拟研究。仿真结果表明,四种适应措施会有不同的影响畜牧业的发展和经济效益。在一定范围内,大草原的规模,更多的收入。因此,牧场的规模应该适当保持在一定的范围内,政府应该继续促进农田的回归草原和生态移民项目。此外,迫切需要开展更多的研究在监测生态环境和生态系统的修复,促进生态环境的全面管理,控制生态环境的破坏引起的牧民。根据与ABM模型分析的基础上,牧民的适应气候变化的措施,我们可以知道适应措施将合成对底层表面的演变的影响,促进闲置土地的开发利用和转换林地和草原。草原增加了大约6.04%,而未使用的土地减少了14.64%。根据仿真结果的三条河流源头地区的土地利用在未来50年里,我们可以发现,除了草原的所有土地利用类型表现出下降趋势条件下的适应措施。这意味着农民和牧民的土地利用方式逐渐变得单纯形,和草原的优势越来越明显。 This suggests that herdsmen will ignore the rationality of land use when they excessively pursue the maximization of benefit.

牧民是主要的代理的经济活动和决策的基本单元在放牧地区适应气候变化,决策行为的对地表动态产生深远的影响。畜牧业是该研究领域的主要经济来源,和适应气候变化的措施将会影响牧民的经济收入和地表的动态自牧民的收入将会影响他们的决策适应措施,因此导致不同的土地利用变化。本研究分析了适应气候变化措施的影响,但土地利用分类相对粗糙,分辨率低,还有很多其他因素影响地表动态;因此,有必要实现一些在未来进一步的研究。

虽然有一些结果的不确定性,但它仍然可以为土地利用管理提供价值参考信息。基于前面提到的结果,提出了土地利用的措施和建议从各个方面。有必要采取一些措施在过度放牧区域,例如,合理的土地利用规划,土地集约发展,控制过度开垦草原,返回牧还草的政策,禁止吃草。与此同时,政府应该为农牧民提供食物和经济补偿,以避免转换从草原沙漠和其他不利的土地利用类型由于过度退化。同时,迫切需要加强防治害虫,减少草原的损失,促进现有草地的利用,进一步控制草原开垦的。此外,这也迫切需要建立自然灾害的预警机制的自然灾害的频率和强度增加,直接影响牧民的经济效益。森林占总面积的比例相对较小的三条河流源区;然而,它提供了丰富的生态系统服务;因此,有必要作出努力来管理和保护森林为了保证可持续发展。

确认

这项研究得到了国家重点项目在中国发展基础科学(批准号2012 cb955700),国家自然科学基金杰出青年学者(批准号71225005),探索前沿项目研究组成员、中科院地理所的科学战略计划、中科院(批准号2012 qy009)。