近60年廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)氣候變化及其影響因素

黃雪松,陳燕麗,莫偉華,*,范航清,劉文愛(ài),孫 明,謝 敏,徐圣璇

1 廣西壯族自治區(qū)氣候中心,南寧 530022 2 廣西壯族自治區(qū)氣象科學(xué)研究所/國(guó)家衛(wèi)星氣象中心衛(wèi)星遙感應(yīng)用試驗(yàn)基地,南寧 530022 3 廣西紅樹(shù)林研究中心, 北海 536000

廣西北部灣由沿海的防城港、欽州、北海三市組成,區(qū)域內(nèi)擁有總面積全國(guó)第二、天然林面積全國(guó)第一的紅樹(shù)林以及山口和北侖河口兩個(gè)紅樹(shù)林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。紅樹(shù)林是熱帶和亞熱帶潮間帶特有的鹽生木本植物群落,也是至今世界上少數(shù)幾個(gè)物種最多樣化的生態(tài)系統(tǒng)之一[1],擁有豐富的生物資源量,生態(tài)價(jià)值極高[2]。廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū),得天獨(dú)厚的地理環(huán)境和氣候條件使紅樹(shù)林得以繁衍、生長(zhǎng)并發(fā)揮著固碳、生物多樣性、防風(fēng)消浪、固岸護(hù)堤、凈化海水和空氣等重要生態(tài)功能[3]。

氣候變化對(duì)植被的重要影響作用已在多種典型植被生態(tài)系統(tǒng)中被證實(shí)[2-4]。研究發(fā)現(xiàn),氣候變化導(dǎo)致北方83.36%的草原面積干旱程度增強(qiáng),草原植物群落生產(chǎn)力呈現(xiàn)出了明顯的減少趨勢(shì)[5-6]。氣候變化導(dǎo)致的變暖趨勢(shì)會(huì)引起海平面上升,其對(duì)紅樹(shù)林的影響最大[7-9],海平面上升耦合氣溫升高、降雨量增多以及亞熱帶冬季低溫事件減少,對(duì)紅樹(shù)林碳埋藏具有促進(jìn)作用[10]。氣溫升高是紅樹(shù)林北移擴(kuò)展的主要原因[11],預(yù)測(cè)溫度升高2℃后,我國(guó)紅樹(shù)植物分布區(qū)可能擴(kuò)大,但太高的氣溫并不利于其葉的形成和光合作用[11]。氣候變化改變了降水的時(shí)空布局,紅樹(shù)林生境土壤和水的鹽度改變對(duì)紅樹(shù)林也有較大影響[9]。此外,全球氣候變暖背景下,紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)霜凍、干旱等極端災(zāi)害性天氣氣候事件的變化,對(duì)紅樹(shù)林生長(zhǎng)環(huán)境、紅樹(shù)林生態(tài)結(jié)構(gòu)也會(huì)造成嚴(yán)重影響,并導(dǎo)致紅樹(shù)林病蟲(chóng)的危害加重[12]。已有學(xué)者針對(duì)廣西紅樹(shù)林生長(zhǎng)、退化、病蟲(chóng)害的氣候條件分析研究,但在氣候因子分析方面僅局限于平均值[13],目前仍未開(kāi)展廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)歷史氣候變化分析工作,對(duì)各個(gè)紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)的氣候變化影響及未來(lái)氣候變化可能影響方面均鮮有研究。

利用廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)歷史氣候及海平面資料,分析生態(tài)區(qū)基本氣候要素與極端天氣氣候事件、海平面的變化趨勢(shì)及其對(duì)紅樹(shù)林影響,以及未來(lái)氣候變化對(duì)廣西紅樹(shù)植物可能造成的影響,擬為科學(xué)認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)的影響和制定保護(hù)紅樹(shù)林的有效氣候變化應(yīng)對(duì)方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料

氣象資料：紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)的北海、合浦、防城港、防城、東興、欽州6個(gè)市(縣)的1961—2019年氣溫、降水量、霜凍、大風(fēng)、高溫、低溫、熱帶氣旋、干旱等氣象要素或?yàn)?zāi)害性天氣資料,來(lái)源于廣西國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)。熱帶氣旋(TCs)資料來(lái)自上海臺(tái)風(fēng)研究所；熱帶氣旋的強(qiáng)度指氣旋影響期間的最大風(fēng)速,熱帶氣旋的最大強(qiáng)度定義為當(dāng)年熱帶氣旋極端最大風(fēng)速[9]。海平面資料來(lái)自國(guó)家自然資源部和相關(guān)文獻(xiàn)[14-16]。

2 方法

采用線性傾向估計(jì)法及相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法分析氣候變化趨勢(shì)；采用全球氣候模式比較計(jì)劃第五階段CMIP5氣候模式進(jìn)行未來(lái)氣候預(yù)估。

2.1 線性傾向估計(jì)、相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法

用xi表示樣本量為n的某一氣候變量,用ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間,建立xi與ti之間的一元線性回歸方程：

(1)

對(duì)序列xi及相應(yīng)的ti,回歸系數(shù)b和回歸常數(shù)a的最小二乘估計(jì)為

(2)

(3)

(4)

ti與xi之間的相關(guān)系數(shù)

(5)

回歸系數(shù)b的符號(hào)表示氣候變量x的趨勢(shì)傾向,當(dāng)b>0時(shí),說(shuō)明x隨時(shí)間t的增加而呈上升趨勢(shì)；當(dāng)b<0時(shí),說(shuō)明隨時(shí)間t的增加,x呈下降趨勢(shì)。b值的大小反映了上升或下降的速度。

相關(guān)系數(shù)r表示x與t之間線性相關(guān)的密切程度,當(dāng)r>0、b>0時(shí),說(shuō)明x隨t的增加呈上升趨勢(shì)；當(dāng)r<0、b<0時(shí),說(shuō)明x隨t的增加呈下降趨勢(shì)。|r|越大,x與t之間的線性相關(guān)就越密切。要判斷變化趨勢(shì)的程度是否顯著,還要對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。確定顯著性水平α,若|r|>rα,表示x隨t的變化趨勢(shì)是顯著的,否則表明變化趨勢(shì)不顯著。

2.2 RegCM4區(qū)域氣候模式集合預(yù)估

為了預(yù)估未來(lái)氣候變化,必須事先提出未來(lái)溫室氣體和硫酸鹽氣溶膠的排放情況,即所謂的排放情景,排放情景通常是根據(jù)一系列因子假設(shè)而得到(包括人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境條件、全球化、公平原則等)。新一代的溫室氣體主要強(qiáng)調(diào)的是輻射強(qiáng)迫的變化,成為“典型濃度目標(biāo)”(Representative Concentration Pathways, RCPs),主要包括四種情景：

(1)RCP8.5情景：最高的溫室氣體排放情景。假定人口最多、技術(shù)革新率不高、能源改善緩慢,所以收入增長(zhǎng)緩慢。這將導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間高能源需求及高溫室氣體排放,但又缺少應(yīng)對(duì)氣候變化的政策。此情景下,2100年輻射強(qiáng)迫上升至8.5W/m2。

(2)RCP6.0情景：采用中等排放基準(zhǔn)和高減緩措施,2100年輻射強(qiáng)迫穩(wěn)定在6.0W/m2。

(3)RCP4.5情景：采用低端排放基準(zhǔn)和中等減緩措施,2100年輻射強(qiáng)迫穩(wěn)定在4.5W/m2。

(4)RCP2.6情景：把全球平均氣溫上升限制在2℃之內(nèi),其中21世紀(jì)后半葉能源應(yīng)用為負(fù)排放,輻射強(qiáng)迫在2100年之前達(dá)到峰值,到2100年下降至2.6W/m2。

其中,RCP4.5溫室氣體排放情景在未來(lái)時(shí)段最有可能發(fā)生,其對(duì)應(yīng)的氣候變化預(yù)估結(jié)果相對(duì)而言代表性更強(qiáng),因此,本文采用RCP4.5情景下的氣候預(yù)估結(jié)果。

基于一套R(shí)egCM4區(qū)域氣候模式動(dòng)力降尺度試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)在21世紀(jì)初期至中期RCP4.5溫室氣體排放路徑下的氣候變化集合預(yù)估；試驗(yàn)中RegCM4在5個(gè)不同的CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)全球氣候模式分別驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行,水平分辨率為25 km×25 km[17],所有未來(lái)預(yù)估結(jié)果都是相對(duì)于1986—2005年參照時(shí)段[17]。

3 結(jié)果

3.1 氣候變化事實(shí)

3.1.1氣候概況

廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)年平均氣溫22.7℃,冬季平均氣溫15.4℃,夏季平均氣溫28.3℃。年均最高氣溫26.5℃,年均日最高氣溫≥30℃的高溫日數(shù)為139d(其中日最高氣溫≥35℃的高溫日數(shù)為4d),年均最低氣溫20.0℃,年均日平均氣溫≤8℃的低溫日數(shù)為4d,年極端最高氣溫38.4℃(東興),年極端最低氣溫-1.8℃(欽州)。年平均降水量2273.9mm(見(jiàn)表1)；多年平均(1965—2019年)海平面2569mm[14-16]。

表1 廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)多年平均(1961—2019年)氣象要素值

廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)主要災(zāi)害性天氣氣候事件有暴雨洪澇、臺(tái)風(fēng)、干旱、高溫、低溫冷害、大風(fēng)、冰雹和雷暴等,其中對(duì)紅樹(shù)林造成危害的以霜凍[18]、高溫[6]、少雨[12]、熱帶氣旋、大風(fēng)[6]為主。

霜凍是指地面溫度降到0℃或以下時(shí)導(dǎo)致農(nóng)作物或植物損傷的災(zāi)害,出現(xiàn)霜凍的當(dāng)日即為霜凍日,紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)年平均霜凍日數(shù)3 d(防城港建站以來(lái)從未出現(xiàn)過(guò)霜凍)。紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)年平均日最高氣溫≥30℃的日數(shù)主要出現(xiàn)在5—10月,其中6—9月各地日最高氣溫≥35℃的高溫日數(shù)為21—27d；各地年均干旱日數(shù)50—131d,其中重旱以上等級(jí)的干旱日數(shù)為13—35d。影響廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)的熱帶氣旋平均每年有5個(gè),最多的影響年份有9個(gè),影響時(shí)間為4月底至12月初,其中7—9月為影響高峰期。除熱帶氣旋以外的天氣系統(tǒng)造成的大風(fēng)有春季或冬季溫帶氣旋、秋冬季節(jié)的寒潮大風(fēng),紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)年均大風(fēng)日數(shù)為7d。

3.1.2氣候變化

(1)氣溫變化

1961—2019年,廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)6個(gè)市(縣)年平均氣溫均呈升高變化趨勢(shì),其中合浦、防城港和防城的升溫速率為0.3℃/10a(每10年升溫0.3℃,下同),北海、欽州、東興的升溫速率為0.2℃/10a。冬季平均氣溫除防城港變化趨勢(shì)不明顯外,其余5個(gè)市(縣)升溫速率為0.2—0.3℃/10a；夏季平均氣溫升溫速率為0.1—0.4℃/10a,升溫幅度最大的是防城港。

年平均最高氣溫和年極端最高氣溫欽州、合浦呈升高趨勢(shì),北海、防城港、東興、防城變化趨勢(shì)不明顯。日最高氣溫≥30℃的日數(shù)6個(gè)市(縣)均呈增多趨勢(shì)。

年平均最低氣溫6個(gè)市(縣)均呈升高趨勢(shì)。年極端最低氣溫除防城港變化趨勢(shì)不明顯外,其余5個(gè)市(縣)均呈升高趨勢(shì)。日平均氣溫≤8℃的低溫日數(shù)欽州、合浦呈減少趨勢(shì),其余4個(gè)市(縣)變化趨勢(shì)不明顯(表2)。

表2 1961—2019年廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)氣溫變化速率表

(2)降水變化

1961—2019年,廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)6個(gè)市(縣)的年平均降水量變化趨勢(shì)均不明顯,但時(shí)空分布不均：2001年防城港、欽州、防城、東興的年降水量及2008年北海和合浦的年降水量為1961年以來(lái)最多；防城港、防城、東興的最少年降水量出現(xiàn)在2019年和1991年,而北海、合浦的最少年降水量出現(xiàn)在1962年(均不足1000mm)。

(3)極端天氣氣候事件變化

1)霜凍

1961—2019年,紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)除了北海年霜凍日數(shù)變化趨勢(shì)不明顯、防城港無(wú)霜凍外,其余4個(gè)市(縣)的年霜凍日數(shù)均呈現(xiàn)微弱減少趨勢(shì)。

2)高溫、少雨

1961—2019年,日最高氣溫≥30℃的日數(shù)防城港增多速率為14d/10a,其余5個(gè)市(縣)增多速率為3.2—5.5d/10a,其中日最高氣溫≥35℃的高溫日數(shù)欽州、合浦、防城增多1—3d/10a,北海、東興、防城港增多0.3—0.7d/10a。

最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)：北海、合浦增多1.6d/10a,其余4個(gè)市(縣)變化趨勢(shì)不明顯。

3)熱帶氣旋、大風(fēng)

1961—2019年,影響廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)的熱帶氣旋個(gè)數(shù)以0.5個(gè)/10a的速率減少,但強(qiáng)熱帶氣旋(達(dá)到臺(tái)風(fēng)以上強(qiáng)度的熱帶氣旋,包括臺(tái)風(fēng)(TY,32.7m/s≤V<41.5m/s),強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY,41.5m/s≤V<50m/s)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuperTY,V≥51m/s))個(gè)數(shù)變化趨勢(shì)不明顯。影響的熱帶氣旋平均強(qiáng)度以1.2m s-110a-1的速率增強(qiáng),但最大強(qiáng)度變化趨勢(shì)不明顯。紅樹(shù)林區(qū)6個(gè)市(縣)的大風(fēng)日數(shù)均呈明顯減少趨勢(shì)(減少速率為1—6d/10a),其中防城港、合浦變化率分別為-6d/10a和-5d/10a,其余4個(gè)市(縣)為-1—-2d/10a。

(4)海平面變化

全球氣候變暖造成的極地冰川消融、上層海水變熱膨脹引起全球性海平面上升。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示：1965年以來(lái),廣西沿海海平面呈緩慢上升趨勢(shì),其中1980—2019年間海平面上升速率為2.5mm/a。海平面調(diào)查評(píng)估結(jié)果表明：自2001年以來(lái),廣西沿海的海平面總體處于歷史高位,2001—2010年的平均海平面比1981—1990年的平均海平面高約48mm,比1991—2000年的平均海平面高約22mm,而2011—2019年的平均海平面又比2001—2010年的平均海平面高約46mm[14-16]。

3.2 未來(lái)氣候變化情景預(yù)估

RCP4.5溫室氣體排放情景下,相對(duì)于1986—2005年的平均值,2021—2060年廣西北部灣紅樹(shù)林區(qū)年平均氣溫將上升0.9—1.4℃,平均最高氣溫和平均最低氣溫均以0.1—1.5℃/10a的速率上高；冬季和夏季的平均氣溫均升高0.9—1.5℃；極端最高氣溫升高1.0—1.7℃,極端最低氣溫升高1.1—1.4℃[17]；日最高氣溫≥30℃的日數(shù)和日最高氣溫≥35℃的高溫日數(shù)均增多,日平均氣溫≤8℃的低溫日數(shù)減少。年降水量將增多1%—2%[19],霜凍日數(shù)將減少1—5d[19],最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)變化趨勢(shì)不明顯[17]。根據(jù)2015年的CO2排放水平,2100年大氣中的CO濃度將達(dá)到0.075%——0.1%。預(yù)計(jì)未來(lái)30年,廣西沿海的海平面較2019年上升40—160mm[15]。

4 結(jié)論

(1)1961—2019年,廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)變暖趨勢(shì)顯著、降水量變化趨勢(shì)不明顯、海平面呈緩慢上升趨勢(shì)。

(2)紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)氣象災(zāi)害影響總體呈減弱趨勢(shì),其中各地的年霜凍日數(shù)多呈微弱減少趨勢(shì)；北海、合浦的年最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)呈增多趨勢(shì),其余4個(gè)市(縣)的變化趨勢(shì)不明顯；熱帶氣旋影響個(gè)數(shù)減少、平均強(qiáng)度增大；大風(fēng)日數(shù)減少。

(3)預(yù)計(jì)未來(lái)40年,RCP4.5溫室氣體排放情景下,廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、冬季和夏季氣溫、極端最低和極端最高氣溫均升高；高溫日數(shù)增多,低溫日數(shù)減少；年降水量增多但時(shí)空分布不均勻,最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)變化趨勢(shì)不明顯；霜凍日數(shù)減少。預(yù)計(jì)未來(lái)30年,廣西沿海的海平面較2019年上升40—160mm。

5 討論

5.1 氣候變化影響

5.1.1低溫、霜凍

以全球變暖為主要特征的氣候變化過(guò)程中,異常年份出現(xiàn)的冬季低溫寒凍天氣對(duì)地處低緯度的廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)影響極為顯著。2008年1月中旬至2月初,廣西出現(xiàn)持續(xù)低溫寒凍天氣,致使北部灣各類(lèi)紅樹(shù)林不同程度受災(zāi)：欽州20世紀(jì)80年代種植的紅海欖和2002年種植的無(wú)瓣海桑大量死亡[18]；防城港和欽州的白骨壤受害較為嚴(yán)重,近30%的紅樹(shù)葉片枯黃；欽州、防城港的人工造林的無(wú)瓣海桑全部落葉；全廣西紅樹(shù)林遭受?chē)?yán)重寒害的面積達(dá)2013.6 hm2(占廣西紅樹(shù)林天然林總面積的24%),另有777.9 hm2的人工紅樹(shù)林遭受?chē)?yán)重凍害(占廣西人工紅樹(shù)林的58%)；部分紅樹(shù)林死亡或?yàn)l臨死亡,自然演替過(guò)程倒退[18]。雖然大部分紅樹(shù)植物能夠在氣溫回升后逐漸長(zhǎng)出新葉, 但寒害對(duì)大多數(shù)紅樹(shù)植物的開(kāi)花結(jié)果產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響：2008年初的極端低溫減弱了紅樹(shù)植物的繁殖生長(zhǎng),導(dǎo)致當(dāng)年結(jié)果率顯著降低,使得2008年后紅樹(shù)植物種苗數(shù)量大量減少,這次寒害造成的育苗損失和花果減產(chǎn)影響了以后1—2年內(nèi)的紅樹(shù)林造林工程[18]。

5.1.2高溫、干旱

氣候變化背景下的升溫、干旱增多以及CO2濃度增加,對(duì)紅樹(shù)林生態(tài)結(jié)構(gòu)造成危害：紅樹(shù)林生長(zhǎng)過(guò)程中,對(duì)氣溫較為敏感,氣溫超過(guò)35℃時(shí),紅樹(shù)植物根的結(jié)構(gòu)、苗的發(fā)育以及光合作用將受到很大的負(fù)面影響[8]；廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)常年平均相對(duì)濕度在80%以上,如遇持續(xù)高溫少雨天氣導(dǎo)致的干旱或高溫伴有空氣濕度偏大,則可能為紅樹(shù)林病蟲(chóng)害繁衍創(chuàng)造有利條件[20]；CO2濃度增加使得紅樹(shù)林的樹(shù)葉營(yíng)養(yǎng)成分下降,紅樹(shù)植物病蟲(chóng)生存所需的樹(shù)葉數(shù)量更多[21-23],從而導(dǎo)致病蟲(chóng)害發(fā)生時(shí)紅樹(shù)林損毀面積擴(kuò)大。

紅樹(shù)植物蟲(chóng)害一般發(fā)生在夏、秋兩季溫度較高的月份。溫度與昆蟲(chóng)的生活世代相關(guān),單位時(shí)間內(nèi)的有效基溫越高,昆蟲(chóng)完成一個(gè)世代的時(shí)間越短,單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的世代數(shù)就越多。近20年來(lái),廣西北部灣紅樹(shù)林病蟲(chóng)害頻繁發(fā)生,其中2004年5月、2008年、2015年9月下旬和2016年9月中旬病蟲(chóng)害嚴(yán)重[21-23]。廣西北部灣紅樹(shù)林區(qū)出現(xiàn)的幾次較嚴(yán)重病蟲(chóng)害都與期間的高溫、連續(xù)無(wú)降雨日數(shù)較多的氣候條件有關(guān)：2004年5月,合浦縣日最高氣溫≥30℃日數(shù)多達(dá)19d,最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降雨日數(shù)為8d,導(dǎo)致合浦縣山口紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)出現(xiàn)了1964年以來(lái)最嚴(yán)重的白骨壤病蟲(chóng)害；2015年9月2—23日,合浦縣、防城港日最高氣溫≥30℃日數(shù)分別為20d和13d,最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)分別為6d和7d,截至9月23日防城港市北侖河紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)和合浦山口紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)共出現(xiàn)300 hm2白骨壤病蟲(chóng)害[21-23]。

5.1.3熱帶氣旋、大風(fēng)

熱帶氣旋以及其它各類(lèi)天氣系統(tǒng)造成的大風(fēng)可導(dǎo)致海上風(fēng)暴潮和巨浪。熱帶氣旋平均強(qiáng)度增大所導(dǎo)致的強(qiáng)大風(fēng)暴可能影響紅樹(shù)林的群落結(jié)構(gòu)(對(duì)大樹(shù)的影響尤為顯著),降低紅樹(shù)林的多樣性指數(shù)；風(fēng)暴潮、巨浪的頻次和強(qiáng)度的增加,將會(huì)沖走紅樹(shù)林根系周?chē)挠袡C(jī)物,影響紅樹(shù)林的促淤固灘功能[24]。

5.1.4海平面上升

海平面上升作為一種由氣候變暖引起的緩發(fā)性海洋災(zāi)害,其長(zhǎng)期的累積效應(yīng)將加劇風(fēng)暴潮,并可能造成紅樹(shù)林的退縮[10],紅樹(shù)林演替頂級(jí)群落向陸擴(kuò)展或者衰退(海堤阻斷自然演替的空間),連片紅樹(shù)林的破碎,紅樹(shù)林生境灘涂高程的變化或地形的改變等系列影響[24-25]。海平面上升導(dǎo)致紅樹(shù)林區(qū)域被海水浸泡的時(shí)間變長(zhǎng),對(duì)紅樹(shù)植物有害的團(tuán)水虱濾食時(shí)間就變長(zhǎng),從而使紅樹(shù)林遭受團(tuán)水虱的嚴(yán)重危害[26]。

5.2 未來(lái)氣候變化可能造成的影響

全球變暖將改變紅樹(shù)林的生長(zhǎng)區(qū)域范圍,使紅樹(shù)林向高緯度擴(kuò)展,生長(zhǎng)范圍變化會(huì)讓紅樹(shù)林的種類(lèi)更豐富,有利于紅樹(shù)林碳埋藏,但是不適應(yīng)氣候變暖的紅樹(shù)種類(lèi)將面臨生存困境。未來(lái)氣溫升高和霜凍日數(shù)的減少將有利于熱帶紅樹(shù)植物的北擴(kuò),廣西紅樹(shù)林研究中心范航清博士調(diào)查發(fā)現(xiàn),氣候變暖使得中國(guó)紅樹(shù)林分布已經(jīng)北移了1個(gè)緯度[27]。未來(lái)廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)區(qū)氣溫的升高和CO2濃度的增大,將促進(jìn)紅樹(shù)植物生長(zhǎng)、提高紅樹(shù)林生產(chǎn)力[20]。未來(lái)平均最低氣溫的升高、低溫日數(shù)減少和霜凍日數(shù)的減少,將減少冬季寒凍對(duì)紅樹(shù)林造成危害的頻率[20]。

氣候變暖導(dǎo)致暖冬、暖春、炎夏、熱秋增多,有利于紅樹(shù)林木病蟲(chóng)害越冬、擴(kuò)展、越夏：冬季寒冷天氣本可使很多致病菌和蟲(chóng)害因低溫而喪失生存能力,但暖冬使病蟲(chóng)種群增長(zhǎng)力、繁殖世代數(shù)增加,將更利于病蟲(chóng)害越冬和繁衍[28]；夏季和秋季的日最高氣溫≥30℃日數(shù)及連續(xù)無(wú)降水日數(shù)的增多,將使廣西北部灣紅樹(shù)林病蟲(chóng)的發(fā)生更趨于頻繁,可能加劇引發(fā)紅樹(shù)林病蟲(chóng)害,且紅樹(shù)林病蟲(chóng)害發(fā)生時(shí)紅樹(shù)林損毀面積趨于擴(kuò)大[20]。

未來(lái)廣西沿海海平面的上升,將加大紅樹(shù)林區(qū)域低地、島嶼、灘涂的淹沒(méi)面積,增加海岸侵蝕的強(qiáng)度和范圍,加劇紅樹(shù)林生態(tài)退化,導(dǎo)致紅樹(shù)林面積逐步減少[29]。氣候變暖可使紅樹(shù)林適應(yīng)生境向亞熱帶擴(kuò)展,紅樹(shù)林的生長(zhǎng)本身可以抬升灘涂高程,在原來(lái)適宜紅樹(shù)林生長(zhǎng)的灘涂,如果紅樹(shù)林抬升高程的速度趕不上海平面上升的速度,將導(dǎo)致紅樹(shù)林的生長(zhǎng)空間減小[30]。海平面升高,將使沿海地區(qū)災(zāi)害性熱帶氣旋和風(fēng)暴潮的發(fā)生更為頻繁,而風(fēng)暴潮、巨浪的頻次和強(qiáng)度的增加,將會(huì)沖走紅樹(shù)林根系周?chē)挠袡C(jī)物,影響紅樹(shù)林的促淤固灘功能；強(qiáng)大的風(fēng)暴潮將影響紅樹(shù)的群落結(jié)構(gòu),從而降低紅樹(shù)林多樣性指數(shù),同時(shí)會(huì)影響紅樹(shù)林的生長(zhǎng)和分布格局[27]。預(yù)計(jì)海平面上升導(dǎo)致潮水浸淹時(shí)間、頻率增加,加上波浪作用的增強(qiáng),將使那些向陸地推移而受阻的紅樹(shù)林退化[31]。有關(guān)專(zhuān)家利用紅樹(shù)林邊界位置預(yù)測(cè)模型以及地理信息系統(tǒng)軟件分析海平面上升引起的合浦縣山口英羅灣紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)的紅樹(shù)林邊界的移動(dòng),研究結(jié)果顯示：自2000年到2100年,當(dāng)平均海平面上升28cm或35cm時(shí),合浦縣山口英羅灣紅樹(shù)林向海、向陸兩側(cè)的面積均向外擴(kuò)展,導(dǎo)致紅樹(shù)林面積分別增加2.41hm2和1.46hm2；當(dāng)海平面上升43cm時(shí),該區(qū)域紅樹(shù)林向海、向陸邊界均向陸地方向移動(dòng),導(dǎo)紅樹(shù)林面積增加0.45hm2；當(dāng)海平面上升58cm時(shí),紅樹(shù)林向陸側(cè)面積增加,向海側(cè)面積減小,該區(qū)域紅樹(shù)林向海、向陸邊界均向陸地方向移動(dòng),導(dǎo)致紅樹(shù)林面積減少1.15hm2[32]。由于生長(zhǎng)在海陸交界處,在氣候變化的各種效應(yīng)中,海平面上升是對(duì)紅樹(shù)林的最大威脅之一[20],澳大利亞和美國(guó)科學(xué)家的研究結(jié)果顯示,當(dāng)海平面上升年速率超過(guò)6mm時(shí),紅樹(shù)林很可能會(huì)停止與上升的水位保持同步,這與2050年高排放情景(RCP8.5)下的估計(jì)相似；預(yù)計(jì)在本世紀(jì)低排放情景(RCP4.5—RCP2.6)下,海平面每年上升小于5mm,紅樹(shù)林更有可能生存下來(lái)[29]。海平面升高速率的加快將導(dǎo)致風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率增高、影響范圍擴(kuò)大、災(zāi)害損失加劇的趨勢(shì)[10]。未來(lái)氣候變化雖然能減少寒凍對(duì)紅樹(shù)植物的影響幾率,但極端低溫的出現(xiàn)、氣溫的升高、連續(xù)無(wú)降水日數(shù)的增多、CO2濃度的增大,將導(dǎo)致更嚴(yán)重的紅樹(shù)林病蟲(chóng)害和紅樹(shù)林生態(tài)退化,而紅樹(shù)林退化將嚴(yán)重削弱或喪失防浪護(hù)岸、捕沙促淤的生物地貌功能[20]。未來(lái)氣候變化背景下,廣西北部灣紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。