黄土高原退耕还林（草）以来植被水分利用效率的时空特征及预测

 水分利用效率（WUE）是评估生态系统水碳循环的重要指标。基于PT-JPL模型的区域尺度实际蒸散发（ET）的模拟结果，结合黄土高原的总初级生产力（GPP），分析了退耕还林（草）工程实施后黄土高原水分利用效率WUE的时空变化趋势，结合CMIP6对未来3种情景下黄土高原的ET、GPP和WUE进行了预测。结果表明：2001-2015年，黄土高原植被显著增加， GPP和ET分别以每年3.59 g C·m^-2和4.39 mm的速率增加。WUE在72.68%的地区呈增加趋势，区域增长率为0.003 g C·mm^-1·m^-2·a^-1。在2015-2100年的3种情景中， ET均呈增加趋势，而GPP和WUE在SSP126中变化不大，在SSP245、SSP370情景中显著增加， WUE随着GPP的增加而增加。WUE结合了水资源的“消耗”和“利用”来阐明退耕还林（草）工程的成效，植被恢复虽然增加了区域耗水量，但是显著改善了植被覆盖情况，有效地提高了植被的固碳能力和水分利用效率，整个黄土高原植被的抗旱能力在增强。未来需进一步分析不同树种的WUE，筛选出抗旱性更高的树种进行植被恢复工作。     

1973-2015年年楚河上游流域径流变化趋势及驱动因素分析

青藏高原是对全球气候变化响应敏感且不确定性最大的地区。本文选取青藏高原雅鲁藏布江年楚河上游流域为研究区,基于流域两气象站(江孜和帕里站)1973—2015年逐日气温、降水数据,以及江孜水文站月流量数据,采用Mann Kendall检验、线性趋势法等多种趋势分析方法,分析了气温、降水、径流的年际和年内变化特征,并探讨了影响径流变化的主要因素。结果表明:1)年楚河上游流域气温呈显著上升趋势,增加速率为0.02℃·a~(-1),降水呈不显著下降趋势,减少速率为0.39mm·a~(-1);2)流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在5—10月,年均径流量整体呈减少趋势,但在1973—2000年表现为增加趋势,2000年之后呈减少趋势;3)流域内冰川和积雪面积在2006年后呈明显减小趋势,但降水变化仍是流域径流量变化的主要驱动因素。全球变暖引起年楚河上游流域气温升高,降水减少,径流出现先增加后减少的趋势,这将进一步加剧流域水资源短缺,影响流域水资源开发利用、合理配置和区域可持续发展。     

气候变化对我国华南沿海地区水资源的影响——以南流江流域为例

为研究气候变化对我国华南沿海地区的水资源的影响,以南流江流域作为研究对象,应用具有物理机制的分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟。以常乐站1970~1994年月径流数据对模型进行率定,以1995~2013年月径流数据进行验证,基于南流江流域气候变化预估成果设置20种未来气候情景,模拟不同气候变化条件下的流域水文过程,计算不同情景下南流江流域径流及蒸散发的变化,分析气候变化条件下的水资源响应程度。结果表明:月径流模拟值与实测过程线总体拟合程度很好(R20.85,Ens0.8),SWAT模型在南流江流域具有较好适用性;降水是影响南流江流域径流变化的主要气候因子,而影响蒸散变化的主要气候因子是气温。降水不变时,气温每上升1℃,年均蒸散发量增加9.1 mm,年均径流量减少9.2 mm;气温不变时,降水量每增加10%,年均蒸散发量增加5.1 mm,年均径流量增加159.3 mm。预计到本世纪中叶,南流江流域年均径流变化幅度为-29.6%~27.6%,到本世纪末的变化幅度为-30.5%~26.7%,这将对南流江流域带来一系列的问题与挑战。     

杨树耗水特征及其主要影响要素分析

杨树是道路防护林和城市绿化的主要树种,定量确定其蒸散量对区域和城市水循环研究及水资源评价和配置具有重要意义.本文通过测量河北省宁晋县道路防护林杨树的茎流速率,确定杨树的蒸散量,并分析了影响茎流速率的主要要素.结果显示:在5—6月,树龄为10a杨树的日茎流量为20.2kg·d-1·株-1,即1.93mm·d-1,高于0～200cm土层的土壤耗水量1.39mm·d-1,200cm深度以下耗水量占29.1%;茎流速率和茎流量均随着太阳辐射量的增加而线性增加,但先随饱和水汽压差VPD(pVD)的增加而增加,当日均pVD1.0kPa,茎流量变化较小;茎流量随着参考作物蒸散发ET0(ET0)的增加而增加,ET07mm·d-1时,茎流量变化较小.杨树的蒸散量(1.93mm·d-1)要显著小于同期草坪的蒸发量(3.1～5.5mm·d-1),从节约水资源和环境调控角度,建议可多种植杨树.     

植被变化对中国北方水文过程影响的研究进展探讨

中国政府在北方实施大范围退耕还林还草政策,使北方地区植被发生了剧烈的变化,对区域内的水文过程产生了一定的影响,该问题已经成为近年来水文与水资源研究中的科学前沿问题。文中探讨性总结了植被变化对径流、蒸散发和土壤含水量等方面影响的研究进展,并在此基础上讨论了土壤水和区域水储量变化对植被变化响应中亟待加强的科学问题和主要研究内容。     

江苏沿海地区地面沉降约束下的地下水可采资源量评价

地面沉降是制约江苏沿海地区发展最主要的地质环境问题.基于水文地质条件和土体力学特征综合分析,深入研究区域地面沉降特征和机理,建立区域尺度的地下水-地面沉降耦合模型.基于耦合模型,设置符合区域地面沉降发展规划的约束条件,推算沿海各县市地面沉降约束下的地下水可采资源量.结果表明,在2020年沉降中心的沉降速率控制在15 mm·a~(-1),其他地区控制在10 mm·a~(-1)以内的约束条件下,沿海地区深层地下水可开采资源量达1.33×10~8 m~3·a~(-1).研究成果为地方制定科学合理的地下水配置方案提供科学依据.     

近20年来黄土高原蒸散发变化规律及其驱动因素

由于气候变化与人类活动的影响，黄土高原蒸散发(evapotranspiration)及其组分发生了显著变化，进而影响了流域水文过程及其水资源可持续利用。该文基于多元数据融合，采用变化趋势分析和多元回归残差分析等方法，分析了2001—2020年黄土高原蒸散发及其组分的变化特征，以及其对气候变化和人类活动的响应机理。结果表明，2001—2020年黄土高原蒸散发年均增长2.869 4 mm(R²=0.384 6),影响其变化的因子主要有非植被下垫面、饱和水汽压差和降雨，贡献率分别为23.47%、21.31%和12.22%;植被蒸腾呈增长趋势，且占比增加，年均增长3.716 5 mm(R²=0.527 1),影响其变化的因子主要有非植被下垫面、饱和水汽压差和植被，贡献率分别为22.13%、19.43%和15.86%;截留蒸发也呈增长趋势，年均增长0.354 mm(R²=0.694 6),且占比增加，影响其变化的因子主要有非植被下垫面、植被和饱和水汽压差，贡献率分别为22.24%、13.85%和12.47%;土壤蒸发呈下降趋势，年...     

基于BEPS-Terrainlab v2.0模型鄂西犟河流域1999年—2016年蒸散发模拟分析

蒸散发在水循环中占据着重要地位,采用模型模拟法研究小流域尺度的蒸散发具有高时间、空间分辨率的优势.该文选取湖北省十堰市犟河流域为研究区,基于BEPS-Terrainlab v2.0模型,利用Landsat5-8遥感影像和气象资料等数据,以日为时间步长模拟了研究区内1999年—2016年的蒸散发.模拟结果与MODIS蒸散发产品MOD16A2进行对比,二者年内变化相关系数R2＝0.92,MODIS数据时空分辨率均低于模拟数据,但也在一定程度上验证了模拟的可靠性.模拟结果显示：时间变化上,流域内蒸散发在年内呈单峰状分布(春季156.9 mm、夏季302.5 mm、秋季133.5 mm、冬季18.5 mm);年际上呈现波动变化,有一定周期性,总体有上升趋势.空间分布上,流域内蒸散发分布植被区高于非植被区,不同植被类型蒸散发不同(阔叶>混交>针叶>农田),不同高程蒸散发也不同(500～700 m区间内最大).经过相关性分析,气温、太阳辐射对蒸散发年内变化影响较大,通过了0.01的显著性检验;叶面积指数、降水对年际变化影响较大,通过了0.05的显著性检验.     

黄土高原植被建设应从扩大面积向提升质量转变

 自1999年退耕还林还草政策实施以来,黄土高原的植被覆盖显著增加,有效遏制了该区水土流失。目前黄土高原的植被净初级生产力已经接近该区水资源承载力阈值,进一步扩大该区植被建设面积将不可避免地加剧水资源短缺等问题。为进一步巩固退耕还林成果,黄土高原未来的植被建设应从扩大面积向提升质量转变。     

土地覆被变化对河源区小流域径流模拟影响分析研究

以颍河源头流域告成集水区为研究区域,根据区域相关规划构建森林覆被、现状覆被以及耕地覆被情景,利用BTOPMC(Block-wise use of TOPMODEL with the Muskingum-Cunge method)模型模拟分析不同土地覆被情景下的径流过程,研究结果表明:研究区域由现状覆被转变为森林覆被会使得流域蒸散发能力增加25.3%,截留蒸发和土壤蒸散发量分别增大13.9%和18.4%,进而导致总径流量、地表径流以及基流量分别减少45.5%、54.6%和42.4%;由现状覆被向耕地覆被转变会导致蒸散发能力和土壤蒸散发量分别减小27.4%和20.9%,进而导致总径流量、地表径流以及基流量分别增加48.2%、63.0%和43.2%.地表径流对土地覆被变化的响应较基流敏感,雨季期间土地覆被变化对径流的影响较枯季显著.     

长江流域实际蒸散发的遥感估算及时空分布研究

蒸散发是地表水热过程的关键环节.准确估计蒸散发对气候变化研究、水资源管理、作物估产以及环境保护等具有重要意义.本文结合中国区域气候和土地利用特征,改进地表能量平衡系统(surface energy balance system,SEBS)模型,估算了长江流域多年蒸散发量.结合基于模型树集成算法获得的全球蒸散发观测产品以及基于流域多年水量平衡的年蒸散发数据,验证估算精度.结果表明:SEBS模型获得的长江流域蒸散发与基于全球通量观测站的蒸散发集成数据产品的平均相对百分比误差约为10.15%,确定系数为0.98,均方根误差为7.11 mm·月~(-1),具有较好的相关性和一致性,且可以达到更高的空间分辨率;SEBS估算的年均蒸散发与区域多年水量平衡结果的误差为6.29%,模型精度较为可靠;长江流域年均蒸散发总量变化不明显,在二级水资源区内蒸散发的变化量有较大的空间变异性,鄱阳湖流域年均蒸散发值最大,金沙江流域最小,汉江流域季节变异最明显;受气候和人类活动影响,高原地区、江汉平原、太湖流域蒸散发有较为明显的下降趋势.     

陕北地区退耕前后土地利用/覆被变化及驱动力分析

在陕北地区1986—2008年土地利用/覆被数据库的基础上,分析其土地数量变化和转移矩阵,并从气候、人口和政策方面揭示土地利用/覆被变化的驱动力,得出如下结论:1)1986—1995年,陕北地区土地利用数量变化不大,发生土地转移的区域主要集中在陕北北部,年降水的增加趋势是导致沙地-低覆盖草地、低覆盖草地-中覆盖草地转移的主要原因,而人口快速增长则是草地-旱地转移的主要驱动因素;2)1995—2008年,陕北地区土地利用/覆被类型变化剧烈,有林地和中覆盖草地面积显著增加,旱地面积大幅减少.退耕还林生态补偿机制的实施,缓解了由于人均耕地面积减少而导致的人地矛盾加剧的问题,同时又通过退耕还林、退耕还草、封山育林、封禁还草等多种模式,直接导致了旱地-有林地、旱地-草地、疏林-有林地和沙地-草地的转移,与此同时,年降水的增加也有利于封山育林和封禁还草成果的巩固.退耕还林工程作为1995—2008年土地利用/覆被变化的主要驱动力,有效地促进了陕北地区植被的恢复.     

东江流域土地利用变化对水资源的影响

采用广东省东江流域过去50 a的土地利用与水资源降雨径流等资料,研究流域内土地利用和覆被变化对水文系统的影响.结果表明:东江流域的归一化植被指数(MDVI)与天然径流、年蒸散发和径流系数等不存在显著相关性.近些年来东江流域径流量的增加主要是由于城市化及各类工程建设等剧烈人类活动导致的流域地表覆被变化所引起.流域水文系统变化的影响因素十分复杂,主要是气候变化和人类活动的共同作用.     

黄河上游流域径流变化特征与归因分析研究

基于黄河上游头道拐水文站1982-2015年的月尺度径流量数据，采用累积距平值方法识别径流突变年份，继而分析研究区生态水文气象要素的年内变化规律，然后采用多元线性回归方法，评估了气候变化和人类活动对黄河上游植被变化的贡献率.最后，运用Budyko假设方法计算了人类活动引起的植被变化和气候因子(包括降水、蒸发和气候变化引起的植被变化)对黄河上游径流变化的贡献率.结果表明：(1)头道拐水文站的年径流量存在着明显减小的趋势，并且年内分配更加均匀；(2)归一化植被指数、年平均降雨量和年平均参考蒸散发量均呈现逐渐增长的趋势；(3)人为因素在黄河上游植被覆盖率增长方面发挥了主要作用，贡献率为75.02%;(4)气候因子(包括降水、蒸发和气候变化引起的植被变化)和人类活动引起的植被变化对头道拐水文站径流变化的贡献率分别为36.81%和63.19%.     

气候变化及人类活动对黑河流域径流演变影响分析

自2001年起,黑河流域开始实施治理工程,旨在通过落实分水方案和开展生态修复措施以实现社会经济与生态系统协调发展.本文以治理工程实施为结点划分两阶段展开对比研究,采用基于Budyko假设的水热耦合平衡方法定量计算了工程实施前后气候变化及人类活动对黑河流域径流演变的影响.结果表明,下游狼心山站径流在工程实施前后分别呈-0. 14mm/a的减少趋势和+0. 37mm/a的增加趋势;工程实施前,狼心山径流减少主要归因于中游地区人类活动,引起径流减少-0. 26mm/a,气候变化虽引起径流增加但仅为+0. 12mm/a;工程实施后,狼心山径流增加主要归因于气候变化,引起径流增加+0. 29mm/a,人类活动对径流的影响由负转正,引起径流增加+0. 08mm/a;对比工程实施前,工程实施后狼心山多年平均径流量增加了1. 97mm,气候变化引起多年平均径流量增加1. 39mm,其中降水和潜在蒸散发分别引起多年平均径流量增加2. 20mm和减少0. 81mm,人类活动引起多年平均径流量增加0. 58mm,表明治理工程发挥了积极的影响.     

区域尺度植被降水利用效率的时空变化特征——以洮河流域为例

采用CASA模型估算洮河流域植被净初级生产力和降水利用效率,利用Sen斜率和相关性分析方法量化分析洮河流域2001-2010年植被降水利用效率的时空变化特征及气候关联.结果表明:2001-2010年洮河流域平均降水利用效率为0.73 g/(m~2·mm),青藏高原东北缘高于黄土高原西南缘;不同植被类型的降水利用效率差别较大,阔叶林最高,裸地最低;降水利用效率越高年际波动越明显.统计期间,流域降水利用效率整体表现出增长趋势,发生显著变化的区域主要分布于青藏片区中东部和黄土片区中北部;空间分析表明,洮河流域大部分区域的降水利用效率与降水量呈现较高的负相关性,两区相比,青藏片区更加显著.     

黄河上游径流量对气候变化的响应和预测模型

全球气候变化下的黄河上游径流量变化及其预测是流域生态水文研究的热点之一。论文利用2008-2020年流域内48个气象站的监测数据和头道拐水文站径流数据,系统分析了黄河上游流域径流量与气候要素变化的关系,并建立径流量预测模型。结果表明,单一月份的月平均气温、月降水量和月蒸散发量多未表现出显著的年际变化趋势,但年平均气温和年降水量显著上升,而年蒸散发量也有上升趋势但统计不显著;多数单一月份的月径流量和年径流量均在年际上呈显著增加趋势。在月平均气温、月降水量、月蒸散发量均与月径流量显著相关的基础上,基于气候要素建立的黄河上游流域径流量预测模型具有良好的预测效果。     

气候变暖背景下黄河源区白河和黑河流域径流变化归因分析

使用Mann Kendall检验和STARS法对黄河源区白河和黑河流域1985-2016年水文气象序列进行趋势分析和突变点诊断,利用基于Budyko假设的傅抱璞公式定量评估气候变化(包括降水和潜在蒸散发)和人类活动对流域径流变化的影响程度.结果显示,两个流域气温上升趋势显著,年径流都呈减少趋势,降水和潜在蒸散发都增加,潜在蒸散发变化幅度大于降水.白河流域径流与降水均未发生突变,径流主要受气候变化影响.黑河流域径流发生两次突变,分别为1994和2012年.弹性系数计算结果显示,黑河径流的降水、潜在蒸散发以及下垫面弹性系数分别为3.82,-2.82,-0.74,表明与人类活动相比,黑河径流对气候变化更加敏感,降水比潜在蒸散发发挥的作用更大.归因分析表明,降水、潜在蒸散发和人类活动对两次黑河径流突变的相对贡献分别为-18.34%、30.12%、88.22%以及74.47%、-40.51%、66.04%,人类活动是导致黑河流域径流变化的主要原因.     

北京市通州区1966-2016年降水特性研究

降水是最重要的天气要素之一,是城市水文循环关键组成部分.本文运用5a滑动平均、小波变换及MannKendall趋势检验方法,选取北京市通州区51a(1966—2016年)逐日降水资料,分析了通州区在年、季、月尺度上的降水特性.结果表明:年降水量以0.44mm·a-1的速率减少,且呈现出多个周期;降水量主要集中在夏季,占全年降水量的72.1%,且以2.33mm·a-1的速率减少,春季和秋季降水呈增加趋势,增加的趋势分别为0.36和1.12mm·a-1,冬季的变化趋势最弱,以0.03mm·a-1的趋势减小;月降水量主要集中在7和8月,占全年的50%以上,且分别以0.88和1.68mm·a-1的速率减少,降水量在12、1和2月没有变化的趋势.日降水量大于10和20mm的降水事件主要集中在夏季,降水时间减少是夏季降水减少的主因.     

基于MOD17A3的图们江流域植被NPP时空变化特征

利用遥感技术,基于MOD17A3数据分析了图们江流域2000—2015年共16年的NPP动态变化.结果表明,2000—2015年图们江流域NPP总体呈上升趋势,2012年NPP值达到最大,最小值出现在2007年,平均每年上升4.04 gC·m~(-2)·a~(-1);图们江上游NPP表现出最高,为541.77 gC·m~(-2)·a~(-1),下游次之,为482.10 gC·m~(-2)·a~(-1),中游年平均NPP排在最后,为462.46 gC·m~(-2)·a~(-1),三个区域在16年的时间跨度上总体都是呈上升趋势;对年均NPP从小到大分类,其中NPP在400~600 gC·m~(-2)·a~(-1)这个范围占比最大,平均为48.7%,NPP小于400 gC·m~(-2)·a~(-1)和NPP大于600 gC·m~(-2)·a~(-1)的面积所占比例基本相差不大,分别为27.0%和25.3%;从整个流域来看,大部分地区植被的NPP值是增长的,NPP值增加的区域面积加起来占总面积的80%,下降的区域只占到20%;植被NPP与降水量、气温、湿度具有一定的线性正相关关系.