森林对流域蒸发和径流影响的动态模拟

为了揭示森林植被对流域蒸发和径流的影响,用耦合模型SSiB4T/TRIFFID对长江两条支流蒸发和径流对植被覆盖动态变化的响应过程进行了模拟,分析了森林植被影响蒸发和径流的机制。在植被动态演替过程中,上游的梭磨河流域森林主要通过改变土壤蒸发和冠层截留蒸发影响蒸发和径流,其水文效应与冠层截留能力和土壤蒸发能力有关;下游的青弋江流域森林主要通过自身较强的蒸腾作用明显增加蒸发和减小径流。     

西南亚高山区流域植被演替与地表水量平衡对气候变化的敏感性模拟

为了研究西南亚高山区流域植被与地表水量平衡对气候变化的响应,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID与流域水文模式TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID模拟了不同气候情景下西南亚高山区的梭磨河流域植被演替和水量平衡过程,分析了流域尺度植被与水量平衡对气候变化的敏感性。结果表明:降水不变温度增加1℃,流域年径流深减小14.8%~20.1%;温度不变降水增加10%,流域年径流深增加19.8%~28.7%,而蒸散仅略有增加;降水不变温度增加2℃,流域蒸散增加28.9%~39.0%,径流深减小39.9%~53.5%;在C3草、苔原灌木和森林3种植被类型中,生长季森林叶面积指数对温度变化最敏感。西南亚高山区流域蒸散对温度变化敏感但对降水变化不敏感,径流对降水和温度变化均很敏感,温度增加通过增加蒸散而减小径流,蒸散与径流对气候变化的敏感程度与流域植被覆盖类型有关。随着温度增加,由于森林冠层截留蒸发和蒸腾随温度增加而显著增加,在3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,森林覆盖的流域蒸散和径流对温度变化最敏感。     

我国植被冠层降水截留研究进展

植被冠层通过对降水的拦截可以改变降水的数量及空间分布、调节地表径流，进而影响生态系统的水分循环。冠层截留过程极易受到多种因素的影响，且不同植被的冠层截留具有差异性。在全球气候变化的背景下，降水变异性的增加、植被的物候效应及土地利用的变化深刻影响着水循环的各个环节，也会进一步对植被冠层截留造成影响。对于植被冠层截留测定方法有人工模拟法和间接观测法,冠层截留模型的研究往往以间接观测结果作为基础。当前我国研究的冠层截留模型主要分为3类：经验模型基于实测资料可揭示不同影响因素与冠层截留的关系；理论模型侧重于冠层截流内在机制，但对于研究者的数学计算能力要求较高；半经验半理论模型参数较少且具有相对明确的物理意义，因此在研究中得到广泛应用。未来我国冠层截留研究可重点关注草本植被冠层截留及变化、结合全球尺度的遥感数据进行方法改进以及冠层截留模型与全球环境变化模型耦合等方面。     

希拉穆仁荒漠草原保水抗旱技术研究

文章针对荒漠草原坡面土壤蒸发与植物蒸腾,应用保水剂、抗旱剂等保水抗旱技术,减小坡面径流、增加水分入渗,探索利于坡面植被健康生长的方法。     

干旱区若干水文过程研究进展

干旱区严重缺水,土地荒漠化的部分原因是对现有水资源的不合理管理和利用,本文从提高水分利用效率(WUE)的角度,就干旱区降雨截留、水分入渗和土壤蒸发等若干水文过程的影响因素及其机理的研究进展进行评述.在干旱区,冠层截留雨水损失很少,但树干茎流可以使水分和养分在植物根部富集,提高了水分和养分的利用效率,并且在灌丛周围,水分入渗较多,树荫具有减少土壤蒸发的作用;土壤物理结皮可以减少水分入渗,增加蒸发,但关于生物结皮的作用还存在争论,干沙层的保水机理有待深入;砂田砾石层具有截留雨水、增加入渗和减少蒸发的作用.目前对干旱区这些水文过程的认识还停留在植株或中小尺度,需要在较大尺度加深对水循环过程的综合理解.     

植被覆盖对土壤水蚀的影响评价

植被作为影响水土流失的一个重要因子,一直受到人们的广泛关注.植被是防止水土流失的积极因素,也是土壤侵蚀预报模型中的重要因子.植被的冠层对降雨的截留作用以及对降雨侵蚀动力的影响,地表枯枝落叶层的水土保持作用,地下根系提高土壤抗冲性等都影响着土壤水蚀.在研究评价植被与水土流失关系过程中,常用的主要植被参数就是植被覆盖度.论述了植被覆盖度与土壤水蚀的几个参数的关系：覆盖度的增长,可以缩短地表径流过程,增加土壤入渗量,减少地表径流量;植被覆盖度与土壤水蚀量成反比.     

喷灌田间小气候对作物蒸腾影响的田间试验研究

为准确评价喷灌水利用率,以地面灌为对照,利用热平衡茎流计对喷灌冬小麦和夏玉米的蒸腾速率进行了连续2年监测,结果表明,喷灌对田间小气候的改善使得作物的蒸腾受到明显抑制,就一次灌水而言,从喷灌启始至蒸腾抑制作用消失,喷灌处理冬小麦蒸腾量仅占地面灌处理的7％～14％,由冠层截留水量蒸发导致的蒸腾抑制量为1.7～4.1mm;夏玉米喷灌处理蒸腾量占地面灌处理的23％～42％,蒸腾抑制量为 0.5～2.8mm。将截留水量与蒸腾抑制量进行比较可知,喷灌夏玉米冠层截留作用可能产生一定量的水分损失,而冬小麦冠层截留水量则在小麦耗水过程中是完全有效的。     

大清河流域山区径流量衰减影响因素

针对大清河流域山区分析降水年内分布、雨强变化、蒸发能力、植被生长质量、梯田建设、水库蓄水等因素的变化规律,并计算径流变化与各因素的敏感性大小,得到以下结论:大清河流域山区地表径流持续衰减,而近20年汛期径流衰减更为剧烈;汛期降水减少、雨强减弱、同期蒸发能力增强、区域植被变好以及梯田的拦蓄截留共同作用导致区域径流量的衰减;1983年和1997年是径流演变的2个突变点,根据突变点将径流系列前后分为3个时段,1961—1982年汛期降水减少是径流减少的主要因素,1983—1996年梯田面积大幅增加是径流减少的主要原因,1997—2016年汛期降水减少、植被质量提高导致蒸发消耗增加是径流衰减的主要因素。     

生态水文双向耦合模型的研发与应用:Ⅱ.模型应用

陆地生态水文过程的耦合集中体现在水碳循环的相互作用与反馈,研究这种耦合关系以及变化环境下水文、能量通量、碳收支过程的响应特征对于理解生态水文过程的作用机理具有重要意义。本研究基于构建的生态水文双向紧密耦合模型DTVGM-CASACNP,选取Ameriflux Duke森林生态系统站点,验证了该耦合模型的适用性。结果表明,该模型在水、能量通量及碳通量的模拟方面均取得了较好的效果。水碳耦合关系结果表明植被生产力与蒸散发具有较强的正相关关系;气孔对蒸腾的调控结果显示在冬季蒸腾受到气孔的控制作用强,在夏季蒸腾受到外界环境因子的控制作用更强;日内变化中日间蒸腾受到环境因子的控制作用较夜间高。双倍CO_2浓度条件下,植物蒸腾减小,但截留蒸发增加,感热通量增加显著,碳汇作用将加强。     

黄河流域径流演变归因研究

本文首先分析了黄河流域近43年天然径流量的变化规律,得出了降水、蒸发、土地利用和水利工程调蓄四个主要影响因子的变化规律,利用M-K、聚类分析等多种方法判别了黄河流域及6个集水区天然径流受人类活动影响较小的基准期。根据基于傅抱璞公式的流域尺度水均衡模型区分了降水、蒸发、土地利用和水利工程调蓄四个主要影响因子对于流域天然径流量变化的贡献。结果表明:流域内的天然径流量出现明显的衰减,其中4个主要影响因子中降水改变对于天然径流量的变化贡献最大,土地利用和水利工程调蓄因子的变化对各个集水单元的贡献率因为地区的差异也有很大差异。     

Soil-moisture deficit simulations with models of varying complexity for forest and grassland sites in Sweden and the U.K.

Using soil moisture observations from a forest area in the U.K. and from forest and grassland sites in southern Sweden, a range of simple, daily soil moisture deficit models were tested. Each model consists of potential evaporation, interception losses, and a routine by which transpiration was calculated from the potential via a soil water regulating function. In the case of the Swedish sites, snow melt and temperature effects on transpiration rates were also included.Despite the large range of vegetation and soil types, the same conbinations of models generally gave the best fit to the observations. Also, in most cases, the most successful model used the simple subroutines.At each site, it was found essential to optimize the transpiration regulating function. The most successful model was a linear formulation using the concept of available soil water. A good relationship was found between the model-derived available water and field-capacity values, and the measurements of soil-water potentials. This suggests that these models could be calibrated using simple measurements on the soils.Finally, the analysis illustrates some important physical processes, notably the negative feedback between transpiration and high evaporative demand, the limitation of transpiration by low temperatures, and the possibility of drainage of rainwater through unsaturated soils.     

马尾松纯林不同地表覆盖对产流产沙的影响研究

马尾松林地水土流失严重,为了研究马尾松林下种植植物的水土流失防治效果,选择4种不同郁闭度的林地设计3种试验小区,其中两个小区分别种植百喜草、胡枝子,与保留的自然小区进行对比试验,分析了不同郁闭度对小区产流及侵蚀产沙的影响。结果表明,当马尾松纯林地郁闭度低于0.3时,不同郁闭度间的细微差异对小区产流和产沙的影响不显著;植被盖度对小区产流和产沙的影响呈现一定规律性,当自然小区植被盖度低于30%时,产流、产沙量随植被盖度增大而下降;百喜草小区植被盖度达到45%以上时,形成乔草复层结构,比单一草被覆盖保水减蚀效果更好,且与是否有枯落物覆盖等因素有关;胡枝子小区产流、产沙量与植被盖度、乔灌草立体结构是否形成有关,人工种植胡枝子更有助于马尾松纯林形成乔灌草立体结构群落。     

灞河流域气候因子对水沙变化的影响

利用灞河流域蓝田气象站和马渡王水文站1960—2012年的气象、水文实测资料,分析灞河流域气候及水沙变化规律,同时运用相关性分析、灰色关联分析、多元线性回归模型等多种方法探讨了该流域水沙变化与气候变化的关系。结果表明:灞河流域降雨量、蒸发量、径流量和输沙量皆呈显著下降趋势,而气温呈上升趋势;降雨量与水沙都有重要的相关关系,1960—1990年影响径流量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,而1991—2012年则为降雨量、蒸发量、气温,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,两阶段的年径流量分别增加0.14亿m3和0.08亿m3;1960—2012年影响输沙量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,年输沙量增加0.668万t。     

SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾、CO2通量和光合作用的模型。模型包括土壤水流子模型，根系吸水子模型，蒸发蒸腾子模型，冠层阻力-光合作用-CO2通量子模型几个组成部分。土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述；根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型；蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth-Wallace公式；采用叶片水平的气孔阻力-光合作用模型，并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量。本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2传输过程与光合作用过程，同时各个子模型又具有较强的机理性。     

SPAC系统中的水热CO_2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC (Soil Plant AtmosphereContinuum)系统中土壤水分动态 ,蒸发蒸腾、CO2 通量和光合作用的模型 .模型包括土壤水流子模型 ,根系吸水子模型 ,蒸发蒸腾子模型 ,冠层阻力 -光合作用 -CO2 通量子模型几个组成部分 .土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述 ;根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型 ;蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth Wallace公式 ;采用叶片水平的气孔阻力 光合作用模型 ,并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2 浓度 ,并进而确定冠层的CO2 通量 .本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2 传输过程与光合作用过程 ,同时各个子模型又具有较强的机理性 .     

气候变化对黄河水资源的影响

首先简要介绍了黄河月水文模型，然后在分析气温变化对黄河流域发能力影响的基础上，采取假定气候方案，分析了黄河主要产流区径流对气候变化的敏感性，最后根据全球气候模型ＧＣＭｓ输出的降水、气温结果、估算了温室效应对主要产流区水资源的影响，并进一步分析得出：黄河未来几十年径流量呈减少趋势，汛期径流和年径流的约分别减落２５．４和３５．７亿ｍ＾３，其中兰州以上减少最多，占总减少量的一半以上。     

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。