植被覆盖变化对流域总蒸散发量的影响研究

流域总蒸散发是进行流域植物资源开发与保护时需要考虑到的一个重要因素.但目前在植被覆盖对流域总蒸散发有何影响的问题上还存在很大的争论.为了得到适用于不同地区且能反映蒸散发的总体规律,本文以一个丰枯水周期为观察的时间尺度,以整个流域为观察的空间尺度,提出了流域总蒸散发具有相对稳定性和客观存在性特点的观点.文章从模型模拟、水量平衡、水热平衡、经验公式角度对该观点进行了论证.该观点对增强水资源和陆地资源的管理、改善生态环境等都具有较好的促进作用.     

挠力河流域耕地变化及其对流域植被及蒸散发特征的影响

挠力河流域地处三江平原腹地,是中国重要的粮食主产区。近年来,随着中国粮食安全和区域农业结构调整,在耕地扩张及种植结构等方面发生了重要的土地利用变化。因此,识别耕地变化及其生态效应对地区生态保护具有重要意义。研究分析了1980—2020年的土地利用变化,然后基于归一化植被指数(NDVI)和实际蒸散发数据,利用耕地变化生态影响指数估算其生态影响,利用蒸散发变化估算其耗水影响。研究发现：(1)40 a间流域耕地面积从7 273.22 km²显著增加至15 313.62 km²,增加了110.55%,主要来自于林地和湿地的开垦;(2)流域内近20 a发生了较为显著的水田和旱地的互转,在面积上旱改水大于水改旱;(3)2000—2020年流域的NDVI和蒸散发均呈现增加趋势,增幅分别为8.15%和18.58%,耕地区域NDVI的增加主要集中在作物生长季节,相反在非生长季对NDVI变化贡献低;(4)各类耕地变化对流域NDVI和年蒸散发的贡献率不尽相同,退耕还林对保护生态和减少耗水有贡献,湿地开垦虽然增加了生长季NDVI但也增加了流域耗水,水改旱有利于流域保...     

基于MODIS和ERA-Interim的安徽省地表蒸散发及其受植被覆盖度影响研究

本文旨在基于面尺度探究安徽省2000-2014年地表蒸散发(evapotranspiration,ET)的时空变化特征,并定量分析气象因子、非气象因子对ET的贡献,重点研究植被覆盖度变化对ET的影响。利用蒸散发产品(MOD16A2)、植被指数产品(MOD13A3)、气象资料,采用像元二分模型、回归分析和相关分析等方法进行了研究。结果表明:2000-2014年安徽省年际地表ET呈减少趋势,空间分布上表现为南高北低;15年间研究区内植被覆盖度整体呈增长趋势,区域整体处于中高植被覆盖度等级,多年来植被高覆盖度占比均大于36%;研究时序内安徽省ET变化受非气象因子影响更加显著,贡献度为68%,植被覆盖度作为重要的非气象因子与ET逐月相关系数为0.8567,两者相关性具有区域差异,须因地制宜地改善区域水文生态环境。     

黄河下游大型引黄灌区蒸散发长期变化特性

采用生态水文模型模拟黄河下游大型引黄灌区———位山灌区1984—2006年的水量平衡过程,分析蒸散发量的长期变化规律。结果表明:位山灌区多年平均蒸散发量为596mm,占降雨和灌溉总量的82%;小麦和玉米生长期内多年平均蒸散发量分别为284mm和314mm,分别占降雨和灌溉总量的99%和71%;降雨量的年际变异性较大,但受灌溉的影响蒸散发量的年际变异性较小,且无显著的时间变化趋势;作物主要生长期内蒸散发量的年际变化主要与潜在蒸发量有关;蒸散发量的季节变化主要受潜在蒸发量和作物生长过程的控制。     

植被恢复影响下黄河上游北川河流域蒸散发量变化及成因分析

针对黄河上游水源涵养区植被恢复的水循环影响问题,结合北川河流域的植被覆盖和蒸散发遥感数据以及土壤蒸发野外观测数据,分析植被恢复影响下蒸散发这一关键水循环要素的变化趋势及成因,阐明高寒山区植被恢复对流域蒸散发量变化的潜在影响途径。结果表明：2000-2019年,随着北川河流域植被覆盖度的持续增加,流域年蒸散发量减少了33.23 mm,其中,7、8月份植被主要生长季内蒸散发量减少最为明显,对年蒸散发量的降低具有决定作用;2019年6-9月期间,典型植被恢复区林下土壤蒸发量为207.38 mm,比林外土壤蒸发量减少了157.73 mm,林下土壤蒸发量减少是引起流域蒸散发量减少的一个重要因素,植被作用于地表风速、辐射强度等气象因子而引起的变化对减小流域潜在蒸散发强度具有促进作用。高寒山区蒸散发量随植被恢复而减少的变化趋势与黄土高原及东部地区存在一定差异,这与其寒冷的气候特征及以针叶林为主的植被类型具有一定关系,体现了黄河上游生态涵养林建设的水源涵养功能。     

蒸发皿蒸发和潜在蒸散发对气候变化的响应

基于Penman-Monteith公式研究了黄河流域1956—2001年间潜在蒸散发量和实测蒸发皿蒸发的时空分布和变化规律,并重点分析了蒸发皿蒸发量变化的原因。结果表明:在年和季节尺度上,Penman-Monteith潜在蒸散发量和实测蒸发皿蒸发量的相关系数很高;从空间分布来看,年均潜在蒸散发量和蒸发皿蒸发量均从东北到西南逐渐减小;从时间趋势来看,黄河流域蒸发皿蒸发量有明显的减小趋势,并且春季和夏季蒸发皿蒸发量的减小趋势尤为明显;风速的显著减小可能是导致黄河流域年蒸发皿蒸发量显著减小的主要原因。     

区域蒸散发影响因素综合分析

区域蒸散发是区域水量消耗的一个重要途径。区域蒸散发随着区域下垫面情况、气象条件、水分和热量状态变化而有着显著的变化，它的变化直接影响区域径流量的大小以及区域水量平衡的计算。     

基于Choudhury-Yang公式的泾河流域蒸散发归因分析

1999年以来黄土高原实施了大规模的植树造林工程,但该工程是否加剧了区域水资源压力引发了社会的广泛讨论。为科学解析黄土高原水循环演变过程,基于Choudhury-Yang公式计算了黄土高原泾河流域2000-2014年蒸散发变化,并定量区分了气候因子和下垫面因子对流域蒸散发变化的贡献。研究结果表明:退耕还林工程实施以来,泾河流域实际蒸散发呈下降趋势,年均降幅为-2.28mm;降水是该流域蒸散发变化的主导因子,其平均贡献率达到76.8%,远大于潜在蒸散发(40.8%)和下垫面变化(-17.5%)的影响。基于Choudhury-Yang公式的蒸散发归因识别方法,对定量区分气候和下垫面变化对流域蒸散发的影响具有重要的科学意义。     

枝叶截蓄与蒸散发模型及界面水分效应：森林流域水文模型研究之二

本文主要论及枝叶截蓄，蒸散发和界面水分效应三个了模型。采用递减指数方程模拟林冠截蓄比随降水量的变化过程，导出时段截蓄量计算方程。采用分散式的三层蒸散发模型和水分传递方程，模拟流域蒸散发过程。本流域水文模型中，沿林床垂向剖面设置地表界面、浅尾界面、深层界面和下界面四个水分效应界面，以入渗方程为基础，计算降水产流量、各水源分量。至于各水源分量的河网总入流，则用线性蓄泄方程模拟。     

不同蒸散发产品在汉江流域的比较研究

蒸散发是流域水循环和能量循环的重要环节,准确估算蒸散发对流域水循环研究具有重要意义,同时也可以为流域水资源优化配置和可持续利用提供支撑。利用汉江流域观测的逐月降水数据、径流数据以及重力卫星(GRACE)反演的流域蓄水量变化数据计算水量平衡蒸散发(ET_WB),以ET_WB为标准在月尺度上评估4类9种不同蒸散发产品(陆面模式产品ET_clm、ET_noah、ET_mos、ET_vic;再分析数据产品ET_jra;基于模型树集的通量观测产品ET_jung和基于能量平衡的诊断模型产品ET_modis、ET_PML、ET_Zhangke)在汉江流域的适用性。结果表明基于模型树集的通量观测产品和基于能量平衡的诊断模型产品精度较好,再分析产品次之,陆面模式产品(除ET_clm)较差。ET_jung、ET_modis和ET_clm在月尺度上与ET_WB有着较好的相关性,结果误差相对较小;ET_noah、ET_mos、ET_vic结果误差相对较大。该研究结果可以为汉江流域水循环研究和南水北调中线工程管理提供科学参考。     

流域水文过程与植被相互作用研究评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面，对国内外相关研究现状进行了总结分析。研究发现，当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性和交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究，如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究，而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足，缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。研究表明气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长，气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究，只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下，才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应，从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

毛乌素沙地气候变暖停滞现象及其气温和降水特征

1998-2012年气候变暖停滞(hiatus)是全球气候变暖过程中的特殊现象,该现象表现为气温增速变缓、不变或出现下降趋势。毛乌素沙地生态环境脆弱,对气候变化较为敏感,研究该区域气候变暖停滞现象及其气温和降水变化特征,对于科学调整区域植被生态环境保护政策具有重要参考价值。基于1970-2019年毛乌素沙地气温和降水地面观测数据,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验法等对气候变暖停滞现象及其气温和降水变化特征进行了分析。结果表明：1970-2019年,毛乌素沙地年际和季节平均气温、降水量均呈显著增加趋势(P<0.05),表现出“暖湿化”特征;1998-2012年,毛乌素沙地年平均气温变化速率为-0.70℃/10a(P<0.05),存在明显的hiatus现象。Hiatus现象发生期间,各季节平均气温均呈下降趋势,其中春季和冬季降温速率最高,年降水量仍呈增加趋势,其中夏季和秋季增加速率最高;hiatus现象结束后(2012-2019),毛乌素沙地年际和季节平均气温变化速率达到1970-2019年的2～3倍;年降水量呈减少趋势,其中秋季减少速率最高,春季增加速率最高。...     

气候、植被变化与水文循环响应研究进展及展望

变化环境下观测的水文循环要素发生了显著性的趋势性变化,气候、植被与水文循环过程的相互影响及响应已成为全球变化研究中的前沿科学问题。系统综述了气候变化与水文循环、植被变化与水文过程,气候驱动下植被变化及其水文响应方面的研究进展。在此基础上,进一步讨论了气候、植被变化及水文循环响应中亟待加强的科学问题和主要研究内容。     

气候变化对雅鲁藏布江流域植被动态的影响机制

基于雅鲁藏布江流域1981—2015年长时间序列植被、降水、气温和干旱数据集,采用非参数统计方法Sen’s slope和Mann-Kendall趋势检验法识别了各要素时空变化特征,采用Pearson相关性分析和地统计学方法分析了植被覆盖对气候变化响应的时滞效应,探讨了气候变化对植被动态的影响机制。结果表明：归一化植被指数(NDVI)大体由上游至下游呈逐渐增大的空间分布特征,且中游部分地区植被有所改善,下游地区存在一定退化现象;流域上游主要受气温影响呈干旱化,中游和下游地区受降水影响趋于暖湿化;流域上游和中游地区NDVI与降水和干旱呈显著正相关关系,且主要在滞后1月时相关性最高,中游及下游东南部NDVI与气温呈显著负相关关系,滞后0～3月的区域均有分布。     

科尔沁沙地沙丘和草甸的地温与冻融过程分析

为探索科尔沁沙地地温变化对农业生产和植被建设的影响,分析了该区沙丘试验点A3、草甸试验点C3的0～200 cm土层年内各月的地温变化规律和冻结融解过程,以及浅层土层20 cm以内地温昼夜动态变化等。结果表明:①沙丘、草甸月平均地温1—4月最低、8—9月最高,最低、最高温度出现时间由浅至深存在滞后现象,草甸比沙丘滞后现象更明显。②沙丘与草甸3—8月等地温线凹凸性正好相反,沙丘等地温线呈现较一致的向左凸型,最高温度出现在地表下30～50 cm土层;而草甸等地温线呈现较一致的向右凸型,最高温度出现在地表至10 cm之间,其他月份两地点等地温线趋势大体相同,只是沙丘更密集,变异更大。③沙丘与草甸土壤表层冻结与融解的起始时间大致相同,但两试验点冻结层下部开始融解时间分别比表层土壤提前近1个月和半个月;沙丘的冻结与融解速度都明显大于草甸,草甸冻深浅。④各浅层土层地温昼夜变化基本呈正弦曲线;沙丘各浅层土层地温变幅均大于草甸。     

大气CO2浓度增加对农田蒸发蒸腾和作物水分利用的影响

依据在大型人工气候室内进行的试验资料，分析了空气中二氧化碳（ＣＯ２）浓度增加对春小麦叶片气孔阻力、叶温、光合速率、蒸腾速率和作物水分利用，生长状况等的影响，结果表明，ＣＯ２浓度增加，叶气也阻力、叶温、光合速率均有不同程度的增加，而叶面积和株高明显增大，总蒸发蒸腾量呈减小趋势，此外，还模拟了未来气候变化对农田蒸发蒸腾的定量影响。     

Exploring the future impacts of urbanization and climate change on groundwater in Arusha,Tanzania

ABSTRACT

We combine satellite imagery, urban growth modelling, groundwater modelling and hydrogeological field expeditions to estimate the potential impacts in 2050 of rapid urbanization and climate change on groundwater in Arusha, Tanzania, and by extension similar areas in Sub-Saharan Africa. Our analysis suggests that a reduction of groundwater recharge by 30–44% will cause groundwater levels to drop by up to 75 m, mainly due to increased evapotranspiration and to an expansion in paved surface. If this scenario becomes reality, we predict that wells will run dry, creating health, social and environmental risks.     

豫西黄土丘陵区林草植被与气候相关性分析

采用Г.Τ. Селянинов的水热指数、Kira热量指数和Penman的蒸散指数对豫西黄土丘陵区林草植被水分适宜度进行了评价。在大尺度气候的背景下,植被群落以落叶阔叶林带为主,气候条件的变化和植被的经向和纬向分布基本吻合。在中气候条件下,同时存在着乔木林、灌木林和草本植被三种典型的植被类型,植被地理分布的一致性和适用性的模拟效果较好。因此,提出了一种以旬气温为参数绘制气候—植被图的新方法,应用结果表明：该法简便可靠。     

Deep soil water recharge response to precipitation in Mu Us Sandy Land of China

Soil water is the main form of water in desert areas, and its primary source is precipitation, which has a vital impact on the changes in soil moisture and plays an important role in deep soil water recharge (DSWR) in sandy areas. This study investigated the soil water response of mobile sand dunes to precipitation in a semi-arid sandy area of China. Precipitation and soil moisture sensors were used to simultaneously monitor the precipitation and the soil water content (SWC) dynamics of the upper 200-cm soil layer of mobile sand dunes located at the northeastern edge of the Mu Us Sandy Land of China in 2013. The data were used to analyze the characteristics of SWC, infiltration, and eventually DSWR. The results show that the accumulated precipitation (494 mm) from April 1 to November 1 of 2013 significantly influenced SWC at soil depths of 0–200 cm. When SWC in the upper 200-cm soil layer was relatively low (6.49%), the wetting front associated with 53.8 mm of accumulated precipitation could reach the 200-cm deep soil layer. When the SWC of the upper 200-cm soil layer was relatively high (10.22%), the wetting front associated with the 24.2 mm of accumulated precipitation could reach the upper 200-cm deep soil layer. Of the accumulated 494-mm precipitation in 2013, 103.2 mm of precipitation eventually became DSWR, accounting for 20.9% of the precipitation of that year. The annual soil moisture increase was 54.26 mm in 2013. Accurate calculation of DSWR will have important theoretical and practical significance for desert water resources assessment and ecological construction.