气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响模拟

为了揭示气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响,应用生物物理/动态植被模式SSi B4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSi B4T/TRIFFID进行西南亚高山区的梭磨河流域不同气候情景下[背景条件(控制试验)、增温2℃(T+2)、增温5℃+增雨40%(T+5,(1+40%) P)]植被与碳水平衡的动态模拟。控制试验结果显示,流域蒸散在流域为苔原灌木覆盖时达到最大而径流深最小;T+5,(1+40%) P试验流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,由于森林、苔原灌木和C3草地3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5,(1+40%) P试验,森林蒸散从388.1 mm·a-1增加到802.9 mm·a-1,径流深从298.0 mm·a-1减小到157.9 mm·a-1,径流系数从0.43减小到0.16;森林净初级生产力NPP从1 025.5 g·m-2·a-1增加到1 199.5 g·m-2·a-1,净生态系统生产力NEP从476.8g·m-2·a-1增加到650.8g·m-2·a-1。NPP和NEP增加幅度低于蒸散增加的幅度,表征碳水耦合关系的水分利用效率WUE随温度增加而明显减小。WUE和森林-径流关系随海拔高度变化,西南山区气候的垂直地带性分布控制了水分利用效率和森林-径流关系的空间变化。     

祁连山大野口小流域生态系统水文调节服务的尺度特征

生态水文服务是生态系统服务的主要内容之一,在上游山地生态系统主要为通过植被-土壤复合体实现的水文调节服务。通过在祁连山中段北坡大野口小流域的监测及对2002—2010年间降水/径流的统计和相关分析发现,山地生态系统通过水文调节将不连续的大气降水转化成连续、相对稳定的径流,显著调节了径流的时间和空间分布。在次降雨和连续降雨期尺度上水文调节主要影响样地的降水-植被-土壤水的响应关系,在流域尺度上则影响大气降水-径流的关系。通过降水/径流比值在月、年尺度上的统计和相关分析发现,植被在生长季对流域径流量存在影响,但并没有影响到小流域大气降水-径流产流变化的年内总体趋势;植被生长对径流的影响可以在年际间反映出来。通过对2002—2010年植被指数(叶面积、净初级生产力和植被覆盖度)与"蓝水"、"绿水"占总降水量的比例的线性回归分析及相关分析发现,植被指数的提高与"蓝水"的减少和"绿水"的增加有一定的关联性。根据该研究结论,对祁连山区生态系统水文服务的评价应综合考虑上游生态维持与中、下游农牧业以及整个祁连山地区经济社会的协调发展,应客观认识上游山地生态系统"绿水"贮存与中、下游"蓝水"需求之间的矛盾关系。     

1961─2010年降水和土地利用变化对淮河干流上中游径流的影响

为了研究近50a来降水和土地利用变化对淮河干流上中游径流变化的影响程度,利用逐日径流和降水资料,采用线性趋势、累积距平、Mann-Kendall非参数检验法和t检验等统计方法,探讨了淮河干流上中游径流的变化趋势、突变等,并基于双累积曲线,构建了降水-径流关系模型,定量估算了降水和土地利用变化对径流的贡献程度。结果表明,(1)淮河干流上游径流量呈增加趋势,其线性倾向率为0.08×10~8 m~3·a~(-1),而中游呈减少趋势,其线性倾向率为-0.38×10~8 m~3·a~(-1),且中游径流量C_v大于上游;上游和中游降水量均呈增加趋势,其线性倾向率分别为0.34和1.72 mm·a~(-1);径流量的年际波动均大于降水量。(2)上游径流量突变年份为1972年,降水对径流量影响的基准时段为1961-1972年;中游径流量突变年份为1985年,降水对径流量影响的基准时段为1961-1985年。(3)相对于基准时段,降水有利于径流增加,而土地利用变化导致径流减少。(4)土地利用变化是引起径流变化的主导因素,对上游和中游径流量变化的贡献率分别为76%和74%;降水对径流量变化起着次要作用,但其影响也不容忽视。     

辽河中下游流域水资源时空演变特征分析

选择辽河中下游流域为研究对象,通过调查流域内各月及多年年降水量、蒸散量及水分收支基本情况,应用区域蒸散互补关系模型估算辽河流域实际蒸散量,实现各年实际降水量、蒸散量的空间化。从多个层次分析1956—2000、1970—2000年及1980—2000年3个时间序列降水、蒸散量和水分收支的变化趋势及特点。结果表明：20a系列年平均降水量与45a系列比较分析发现,降水量减少的区域占流域面积的23.08%,降水量增加区域占流域面积的76.92%;辽河中下游流域实际蒸散大部分在600～850mm之间,其分布主要呈现由北向南、由西向东逐渐降低的趋势。辽河中下游流域水分收支不平衡,营口—辽阳—铁岭一线地区水分收支相当,此线以西北地区水分收支是负值,占总流域面积的59.73%,这种变化将会使西部干旱地区的旱情进一步增大。此线以东南地区水分收支是正值,占总流域面积的40.37%,当地的湿润程度会进一步增加。     

南亚热带尾巨桉中龄林水量平衡特征研究

水量平衡是森林生态系统的重要研究内容,但桉树人工林水量平衡研究的数据积累不足。以广西南宁桉树林生态系统定位观测研究站为平台,于2013年7月—2016年5月利用自动气象观测系统、集水区测流堰的定位观测数据,应用水量平衡方程计算各分量并分析其时间序列动态,以了解南亚热带尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E. grandis)人工林生态系统的水量平衡特征,为桉树人工林培育的水分利用和区域森林水分植被承载力研究奠定理论基础。结果表明:南宁地区的降水特征符合整个华南地区降水量变化特征,南宁桉树生态站2013年7月—2014年6月、2014年7月—2015年6月、2015年7月—2016年5月的降水特征符合南宁地区和整个华南的降水特征,年均降水量处于枯水年(1 156 mm)与丰水年(1 352 mm)之间,属平水年。观测期间(历时24个月),尾巨桉人工林生态系统土壤储水量变化在较小时间尺度上有波动,但2014年和2015年全年的变化量都接近为0。2014年1月—2015年12月径流总量为51 mm,径流系数为1.9%,期间多数月份没有产生径流,只有当降水量较大时才可能产生径流,其中2015年9月的径流量最大,为20 mm,径流系数为9.5%。2014年1月—2015年12月,生态系统蒸散总量为2 669 mm,占降水量的98%,是尾巨桉中龄林生态系统的主要水分支出项。蒸散总量与降水量呈极显著线性正相关,但径流量不完全受降水量的影响。     

近53年黄河流域降水时空分布特征

利用黄河流域76个气象台站近53 a（1960-2012）的逐日降水资料,采用国际上通用的极端降水事件指数,应用一元线性回归法、移动平均法和径向基函数空间插值法,研究了黄河流域极端降水指数时空变化特征。结果表明：（1）时间上,黄河流域年平均降水量在过去53 a下降趋势较为显著,降水倾向率为-7.2 mm/10a;极端降水量变化趋势表现较为稳定,极端降水倾向率为-0.64 mm/10a,呈不断降低趋势;极端降水强度倾向率为-0.078 mm/10a,呈不断下降趋势;极端降水比率总体表现为微弱增长趋势,倾向率为0.49 mm/10a。（2）空间上,降水量空间分布具有明显的差异性,由北至南呈阶梯式逐渐增多趋势,其中降水量最少的地区是以银川为代表的周边区域,最多的地区为黄河流域南部区域;极端降水量从北至南也具有逐渐增多态势,与降水量具有相似的空间分布特点,且极端降水量越多的地区降水总量也相对较多;极端降水强度表现出由流域西部向东部逐渐增多的趋势,西部最低值为不到20 mm/d,逐渐向东过渡到最大值为76 mm/d;极端降水比率的分布呈由北向南逐渐递减的特点,并且出现了以银川为中心的极大值和以西安为中心的极小值分布格局。     

植被覆盖变化对衢江流域水文效应的影响

植被覆盖变化影响流域水文循环及水文过程。选择钱塘江流域的一级支流——衢江流域作为研究对象,收集衢江流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于Arc GIS 10.3平台建立衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。利用SWAT-CUP进行参数敏感性分析,发现土壤蒸发补偿系数、浅层地下水径流系数、基流α系数、浅层地下水蒸发深度阈值、地下水延迟时间和土壤可利用水量6个参数具有较高的敏感性。利用2009—2014年开化和衢州水文观测站实测月径流数据对模拟结果进行校准和验证,获得模型径流模拟的最佳参数。结果表明:率定期和验证期的模拟月径流数据与实测月径流相关系数(r~2)为0.83~0.97,纳什系数(E_(ns))为0.69~0.93,说明模型在衢江流域的模拟效果较好。不同植被覆盖变化情景下水量平衡分析发现,流域内旱地全部转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小;旱地和草地均转化为林地,导致年地表径流量减少12.79 mm,同时增加水分的深层渗漏(12.14 mm);适当增加果园(约5%林地转化为果园)面积不会对流域地表径流和水量平衡产生显著影响;当10%~20%的林地转化为果园时,地表年径流增加了3.86~10.57 mm,水分深层渗漏量减少了4.61~16.46 mm;可见,随着果园面积进一步增加,其对流域水文的影响加剧。因此,山区发展经济林应适度,大面积发展经济林会增加地表径流,减少地下水补给,植被水源涵养功能减弱。研究结果有助于深入认识植被覆盖变化对衢江流域水文效应的影响,同时可为山区林业生产布局和发展提供参考。     

近50年石羊河流域陆地表层干湿状况变化特征及其影响因素

基于石羊河流域区1961—2010年气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Penman-Monteith(P-M)模型计算了最大潜在蒸散量和地表湿润指数,分析其空间分布、年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明:1961—2010年间,研究区年降水量呈增加趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为2.128-10.061 mm·(10a)-1,春夏季增幅较大;最大潜在蒸散量呈增加趋势,年最大潜在蒸散量变化曲线线性拟合倾向率在1.598-12.892 mm·(10a)-1,春夏季增幅最大;地表湿润指数变化也呈增加趋势,年地表湿润指数变化曲线线性拟合倾向率0.001-0.059(10a)-1,冬季增幅最大,在20 a周期附近,出现了2-4个干湿交替期,2002年之后为偏湿期,在高频区,2004—2005年有偏干振荡;影响石羊河流域区陆地表层湿润指数的主要因子是降水量、相对湿度。     

基于MIKESHE模型的潮河流域土地利用与降水变化对水文的影响评价

运用多测站校正检验机制率定方法,应用MIKESHE模型量化评价土地利用与降水变化对流域水文的影响。结果表明,尽管MIKESHE模型在流域上游大阁站的模拟性能稍逊于下会站和戴营站,3个测站校正和验证阶段的Nash-sutchliffe系数值分别为0.56和0.49、0.65和0.69、0.57和0.68,但模型对于各测站平均径流的模拟效果较好,说明该模型在潮河流域等华北土石山区具有一定的适用性和应用潜力。与基准期(1963—1979年)相比,1980—1989年潮河流域年径流量减少约22 mm,土地利用与降水变化对流域水文变化的贡献相当,两者分别占总径流变化的59%和41%;1990—1999年年径流量较基准期基本没有变化,这主要是由于降水变化与土地利用变化对流域水文的影响作用相反;2000—2008年,流域年径流量较基准期减少35 mm,降水变化对径流减少的影响作用占80%,土地利用变化则占20%。     

不同土地利用方式下亚热带花岗岩小流域碳汇潜力及其影响因素

了解小流域尺度上植物生长与岩石风化对CO2吸收的相对贡献对评估生态系统碳汇功能有重要意义,但过去的研究大多集中在某一单一过程且多基于特定土地利用类型。本研究以亚热带丘陵地区不同土地利用方式下的3个花岗岩小流域(F-100%森林、FA1-82%森林/18%农田和FA2-76%森林/24%农田)为研究区,自2010年3月至2012年2月定期监测了流域内的雨水、径流水,并采集了植物样品,分析其化学组成,系统研究了小流域尺度下植物生长和岩石风化的碳汇潜力及其影响因素。结果表明,F流域中不同林分(马尾松Pinus massoniana Lamb.阔叶树混交林、杉木Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.阔叶树混交林、马尾松林、杉木林、灌木林和竹Bambusoideae林)的碳密度和年均CO2吸收通量均不相同,碳汇潜力存在差异。不考虑施肥的影响,F、FA1和FA2流域植被的碳密度分别为44.5、37.3和35.0 t·hm-2,植被年均单位面积吸收CO2的量分别为10.5、11.8和12.4 t·hm-2·a-1,岩石风化消耗CO2的量分别为54.7×10-3、99.8×10-3和109.2×10-3 t·hm-2·a-1,均随农田比例的增加而增加。施肥对农田水稻(Oryza sativa)碳截留的直接贡献很小,但可通过多种途径间接影响农田的碳汇潜力。3个流域径流水中HCO3-的物质的量浓度随农田比例增加而增加,在一定程度上受到施肥的影响,扣除施肥对径流水中HCO3-的贡献外,FA1和FA2流域土壤风化吸收CO2的量分别为84.4×10-3和88.6×10-3 t·hm-2·a-1,仍高于F流域土壤风化吸收的大气CO2的量,说明农田土壤和森林土壤通过风化对CO2的固定存在差异。因此,农业活动在一定程度上影响了流域碳汇,不同土地利用方式下流域的碳汇潜力存在差异。尽管短时间尺度上植物生长对流域碳汇的贡献远高于岩石风化,但植物的收获与利用也可能加剧生态系统的碳排放,而硅酸岩风化在任何尺度上都是净碳汇,因而在地质时间尺度上硅酸盐风化对全球碳循环的影响不容忽视。     

基于MODIS遥感数据的鄱阳湖流域生态系统生产力变化研究

生态系统生产力包括总初级生产力(GrossPrimaryProductivity,GPP)和净初级生产力(NetPrimaryProductivity,NPP),是生态系统能量与物质循环的基础,是碳循环研究的重要组成部分,掌握气候变化背景下生态系统生产力的时空变化,对陆地碳循环具有重要意义。基于MODIS遥感产品(GPP、NPP和地表覆被)和地面气象观测数据(逐日降水、气温、辐射),采用线性拟合方法和偏相关系数法分析了2000—2014年鄱阳湖流域GPP和NPP的时空分布、变化特征及其与气象因子(降水量、气温、辐射)的相关关系。结果表明,(1)2000—2014年鄱阳湖流域GPP的平均年总量为221.4 Tg?a~(-1)(以C计,下同),GPP年总量最高值为2014年的238.7 Tg?a~(-1);NPP的平均年总量为97.6 Tg?a~(-1),NPP年总量最高值为2004年的112.3Tg?a~(-1)。(2)15年来,流域内GPP略有上升趋势,其中10%的地区增长速度超过了10g?m~(-2)?a~(-1);NPP略呈下降趋势,其中20%的地区下降速度超过了5g?m~(-2)?a~(-1)。(3)年降水量、年均温和年均辐射量均呈增加趋势,增加速率分别为4.2mm?a~(-1)、0.014℃?a~(-1)和0.003 9 MJ?m~(-2)?a~(-1)。(4)GPP、NPP与年降水量、年均温和辐射均呈正相关关系,其中,GPP和NPP与降水量和温度的相关性较强,而与辐射的相关性较弱。研究结果可为开展气候变化背景下鄱阳湖流域典型生态系统生产力影响评估提供理论支撑,也对该流域的生态环境保护具有一定的科学意义和应用价值。     

林区公路对南岭森林集水区径流的影响

林区公路的生态水文影响历来少受关注,道路对集水区径流的影响及其机制仍不明确。在南岭国家森林公园选取2个对比森林集水区,其一为自然状态(W1),另一个受旅游公路干扰(W2),利用各集水区2017年8月-2018年7月连续监测的降雨和流量数据,研究了林区公路对径流的影响。结果表明:(1)在W2集水区,不同雨量级的次降雨产生的快速径流量是集水区W1的1.64-3.69倍,W2的水文响应值的年平均值(12.60%)是W1(4.32%)的2.92倍;而且在相似降水条件下W2的洪峰流量远大于W1,洪峰滞后雨峰的时间比W1短;(2)基于79场(W1)和87场(W2)雨量P≥5 mm的次降雨及其径流的监测,将两集水区各次降雨过程中产生的快速径流(QF)与降雨量(P)、降雨历时(PD)、前7天降水量(AP7)、最大30 min雨强(I_(30))、最大60 min雨强(I_(60))、平均降雨强度(AHRD)和初始流量(F_i)各指标进行相关分析,两个集水区的快速径流都与降雨量、降雨历时呈极显著相关;此外W1的快速径流与I_(60)呈极显著相关,与I_(30)显著相关,W2的快速径流与I_(30)和I_(60)相关关系不显著,但与AP7呈显著相关;(3)观测期间,W2的年径流系数为0.489 5,W1的年径流系数为0.443 7,基流占总径流的比率(BF/R)在一年中每个月都表现为W2小于W1。林区公路修建引起了径流量、径流组分分配以及径流过程变化:林区公路明显增加集水区的快速径流量和洪峰流量并使洪峰滞后雨峰的时间缩短,导致产生快速径流的主导因素改变;显著减少了集水区的基流补给,使集水区径流中基流比例显著减少。     

鹰潭地区大气降水中氢氧稳定同位素特征研究

降水中氢氧稳定同位素组成与降水地区各种气象因素变化密切相关。同时,降水中氢氧稳定同位素关系是水同位素应用的主要基础,对深入研究降水中水汽来源,地下水补给等水循环过程具有重要意义。根据江西鹰潭地区2012年4月至2013年3月大气降水中氢氧稳定同位素组成和气象资料,研究了该地区大气降水中氢氧稳定同位素关系及降水量,温度等气象因素对氢氧稳定同位素组成的影响。研究表明,该地区大气降水线方程为δD=8.61δ18O＋18.34（n=72,R2=0.98）,与全球大气降水线方程（δD=8δ18O＋10）相比,鹰潭地区大气降水线的斜率和截距均偏大,这与凝结物在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关,同时反映了该地区湿润多雨,降水过程中受二次蒸发影响较小的气候特点。该地区降水中δD （-113.3‰～7.5‰）、δ18O（-14.9‰～-0.9‰）和氘盈余（3.8‰~23.2‰）变化幅度很大并呈现出明显的季节性变化,夏半年（4-9月）δD、δ18O与氘盈余均显著低于冬半年（10-3月）（P＜0.01）,反映出不同季节降水的水汽来源及蒸发条件的差异。对该地区降水同位素与降水量和温度相关性的分析表明,降水中δ18O 与降水量和温度存在显著负相关关系,方程式分别为：y=-0.056x-4.7（R2=0.39,P＜0.01）和y=-0.203x-2.99（R2=0.23,P＜0.01）,说明该地区降水中氢氧稳定同位素存在显著的降水量效应和反温度效应。     

基于水土流失的景观格局分析方法

景观格局和生态过程是景观生态学研究的重要内容,但是很多研究只重视景观格局的研究,而忽略了生态过程的研究。文章针对水土流失这一重要生态过程,提出了基于水土流失过程的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数,并对黄土高原泾河流域15个子流域的景观格局进行了分析,认为泾河流北部各子流域主要以水土流失的＂源＂景观为主,景观坡度指数大,空间负荷指数小,水土流失风险大;流域南部各子流域上游以＂汇＂景观为主,坡度指数大,中下游以＂源＂景观为主,景观空间分布不均衡,存在一定的水土流失风险;流域东部局部子流域主要以水土流失的＂汇＂景观为主,＂源＂景观相对较小,＂源＂-＂汇＂景观空间分布均衡,水土流失风险小。     

基于SSiB4T/TRIFFID模拟的森林植被与流域径流量关系研究

为了揭示森林植被与流域径流量关系的空间分异规律,用生物物理/动态植被模式SSiB4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID进行青弋江流域和西南亚高山区的梭磨河流域各种气候情景的植被演替和碳水循环模拟。根据模拟结果并结合森林集水区试验结果,分析森林植被对流域径流量的影响。模拟结果表明,不存在水分胁迫时,在草地、灌木和森林3种植被类型中,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对温度变化最敏感;存在水分胁迫时,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对降水的变化最敏感。控制试验结果表明,青弋江流域阔叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、灌木和草地蒸散分别为742.2、588.6和546.2 mm·a~(-1),森林蒸散明显大于灌木和草地,森林减小了径流量。梭磨河流域针叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、苔原灌木和草地蒸散分别为387.8、444.3和387.5 mm·a~(-1),森林蒸散低于苔原灌木,森林增加了径流量。但随着温度增加,由于森林蒸散增加幅度明显大于苔原灌木和C3草地,森林蒸散逐渐大于苔原灌木,森林从增加径流量转变为减小径流量。对于湿润地区,随着温度增加,森林从增加径流量转变为对径流量没有明显影响和减小径流量。对于半湿润和半干旱地区,随着降水的减小,森林蒸散减小幅度明显大于灌木和草地,森林对径流量的影响随着降水量的减小而减小。气候的垂直地带性和水平地带性分布对森林植被与流域径流量关系的空间变化起着重要的控制作用。     

青藏高原不同等级降水时空变化特征北大核心CSCD

利用1981-2019年青藏高原气象站的逐日降水量资料,研究青藏高原不同等级降水的空间分布特征和时间变化规律.结果表明:青藏高原主要以小雨和中雨为主,大雨和暴雨非常少.年平均不同等级降水日数和降水量总体均呈东南多、西北少的分布状态. 1981-2019年小雨等级降水日数总体呈不明显的减少趋势,高原东侧和东南侧显著减少;中雨等级的降水日数总体呈显著的增多趋势,显著站点主要出现在青海东北部和四川中部;大雨和暴雨等级降水日数总体为不显著的增多趋势.1981-2019年青藏高原不同等级降水量均呈增多趋势,其中小雨、中雨和大雨通过了95%置信度检验.进一步研究发现小雨等级降水日数的减少主要由0.1-1 mm的降水日数减少导致,而小雨等级降水量的增多则主要由6-10mm的降水量增加引起.综上所述,青藏高原不同等级降水日数和降水量均呈由东南向西北递减的分布特征,变化趋势的空间差异非常大,总体上小雨日数为减少趋势,其他等级降水日数和所有等级降水量呈增加趋势.(图10表1参31)     

LUCC及气候变化对龙川江流域径流的影响

土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)及气候变化对流域的径流变化影响巨大。为揭示龙川江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示,(1)SWAT模型在龙川江流域径流模拟中具有较好的适用性,可用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期的模型参数R~2、Ens分别达到0.73、0.71,验证期的模型参数R~2、Ens分别达到0.75、0.74。(2)从土地利用方面考虑,将农业用地转化为林地或草地,均会导致流域径流量的减少,而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加的贡献大小顺序为农业用地?草地?林地。从气候变化方面考虑,流域径流量与降雨量呈正比,与蒸发量呈反比。(3)2006-2015年间龙川江流域LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度,龙川江径流的变化由气候变化主导,月均径流量总体上减少1.59 m~3·s~(-1)。(4)预估结果显示,RCP4.5和RCP8.5气候情景下,2021-2050年间龙川江流域径流减少趋势明显,分别为1971-2015年减速的2.65倍、3.43倍。     

西辽河地区植被气候生产潜力及其对气候变化的响应

植物生长依赖于气温、降水和日照等气象要素,对全球气候变化更为敏感。定量分析西辽河地区植被气候生产潜力变化特征及其对气候变化的敏感性,可为西辽河地区农业生产,生态保护和环境改善决策提供科学依据。基于西辽河地区11个站气象站1961—2018年的年平均气温和年降水量资料,运用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、累积距平和小波分析等方法,分析了西辽河地区植被气候生产潜力的时空演变及其对气候变化的响应。结果显示:研究期间,西辽河地区温度生产潜力(W_θ)和蒸散生产潜力(W_V)整体呈上升趋势,降水生产潜力(W_R)无明显变化趋势,平均值分别为1 120.19、647.12、695.50 g·m~(-2)·a~(-1),西辽河地区热量条件好于降水,且1980s是水热配比(W_R/W_θ)最好的年代;由气温、降水量和蒸散决定的标准气候生产潜力(W)平均为643.65 g·m~(-2)·a~(-1),气候倾向率为11.05 g·m~(-2)·(10 a)~(-1);近58 a,W经历了"少-多-少-多"的周期性变化,且在1982、1998、2011年发生突变;西辽河地区W呈现一致的正变化趋势,空间上表现为双辽、科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗、翁牛特旗为气候生产潜力的高值区,而开鲁县至奈曼一带为低值区;W对降水量变化更敏感,降水量的多寡主要决定了西辽河地区植被气候生产潜力的变化,在气候变化的背景下,未来该区W增加幅度在2.49%以上。     

武夷山常绿阔叶林生态系统降水分配与离子输入特征

大气降水是森林生态系统重要的水源和养分的主要来源之一。于2014年11月—2015年11月对武夷山中亚热带常绿阔叶林生态系统林外雨、林内雨和树干流定位观测,分析了各类降水中的养分离子(NO_3~--N,SO4~(2-)-S,Cl-和Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)浓度动态变化规律及养分离子输入量,以期为进一步研究常绿阔叶林生态系统的水量平衡及养分循环过程提供基础数据。结果表明:研究期间大气降水量(林外雨)为2 623.7 mm,树干流量仅占大气降水量的4.5%,9.8%的大气降水被冠层截留;林内雨、树干流与林外雨量的动态变化规律相似,林内雨、树干流量与林外雨量呈极显著正线性相关关系(P0.001)。各类降水年加权平均pH值表现为林外雨树干流和林内雨。各类降水在降水量较小的1—2月,各阴阳离子的浓度普遍较高,在降水量较大的3—8月,阴阳离子浓度普遍较低。整体上,树干流的离子浓度林内雨林外雨。研究表明武夷山常绿阔叶林生态系统降水分配过程中,林内雨是养分输入的主要形式,各养分离子年输入量占总输入量的比例均在90%以上。通过林内雨输入林地较多的养分离子是SO4~(2-)-S和K~+,分别为24.51、37.53kg·hm~(-2)·a~(-1);SO4~(2-)-S和K~+也是总养分输入量的主要离子,二者分别占离子输入总量的24%和36%,NO_3~--N的年输入量也达到了12.44kg·hm~(-2)·a~(-1),占到养分离子总输入量的11%以上。     

基于CENTURY模型的乌审召滩地草场ANPP及对气候变化的响应

利用CENTURY模型对乌审召滩地草场1963─2010年地上净初级生产力(ANPP)动态进行了模拟研究,并将ANPP的模拟值与26个气象因子进行了相关性分析,以探讨气象因子对草地生产力的影响,为草地合理管理和持续利用提供理论支持。结果表明,CENRUTY模型能够比较准确地模拟这类草原的季节动态和年际变化。在过去的48年间,乌审召滩地草场生长季温度呈升高趋势,降水呈减少趋势,ANPP呈下降趋势,且ANPP下降幅度较降水量明显,其中每10年ANPP下降8.10 g·m~(-2)、降水量下降4.60 mm。利用气象观测资料模拟获得的年ANPP随气温和降水的变化而呈现出明显的变化规律,生长季内地上生物量对降水和温度的季节性分布也非常敏感。模型订正与验证结果显示,观测值与模拟值的相关系数变化范围为0.41~0.62,误差平方根值(RMSE)变化范围为57.29~87.17 g·m~(-2),平均绝对百分比误差(MAPD)变化范围为33.76%~63.39%。相关分析表明,不同时段降水量对ANPP均有明显影响,其中生长季、冬季和春季降水量对ANPP影响非常显著。极端高温对ANPP的负面影响非常显著,低温、蒸发、日照时数、风速以及年最大积雪深度等其他气象因子对ANPP的影响不显著。研究区ANPP呈下降趋势是降水量减少和极端高温事件频发共同作用的必然结果。