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气候变化背景下热带森林对飓风扰动的响应与恢复过程

热带森林,生态系统模型,飓风,森林结构,地上生物量

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.21 陆地生态系统对极端气候事件的响应过程、机制和模拟

飓风（台风）是影响热带森林生态系统结构与功能的重要极端扰动事件。随着气候变化的加剧，飓风的频次和强度可能进一步增强，这将对森林恢复过程及其长期碳储量产生深远影响。然而，不同森林初始结构、气候条件及扰动强度如何共同影响森林恢复及群落组成演替仍缺乏系统认识。

本研究结合长期森林清查观测与生态系统动力学模型，系统分析飓风扰动后森林的死亡与恢复机制。基于波多黎各 Bisley 森林的长期样地观测数据，分析了 1989 年飓风 Hugo 和 2017 年飓风 Maria 后的树木死亡特征，并研究了飓风 Hugo 之后，1989–2014 年间，森林结构与组成的恢复过程。结果表明，飓风引起的树木死亡率在不同植物功能型之间存在显著差异，其中棕榈类植物因具有较强抗风能力而死亡率最低；恢复过程中，棕榈类植物具有较低的背景死亡率和较高的更新率，使其在群落竞争中逐渐占据优势。

在此基础上，本研究在生态系统动力学模型 ED2 中构建了飓风扰动模块，以刻画不同植物功能型的死亡与恢复过程。通过参数化校准，该模型能够再现飓风 Hugo 后 25 年森林结构和生物量的恢复过程。进一步开展情景模拟，评估森林初始结构、气候条件以及飓风频次和强度对森林恢复的影响。模拟结果表明，具有较强抗风能力的初始森林结构在单次飓风扰动后能够恢复到更高的地上生物量水平。然而，在未来更频繁和更强烈的飓风扰动情景下，森林长期生物量积累将显著下降，群落组成将向棕榈类和先锋树种增加、晚成树种减少的方向转变。虽然气候变暖和大气 CO₂ 浓度升高能够在一定程度上促进森林生物量增长，但其增益不足以抵消飓风扰动造成的生物量损失。

本研究表明，飓风扰动是调控热带森林结构恢复与碳储量变化的重要驱动因素，未来极端气旋活动增强可能显著改变热带森林的群落组成和碳储存格局。