泾河上游流域实际蒸散量及其各组分的估算

利用分布式生态水文模型SWIM,基于泾河上游(泾川测站以上) 植被、土壤、气象和水文数据对研究区进行了水文过程的模拟,从而估算了流域的实际蒸散量及其各组分。结果表明：SWIM模型能够较好的模拟泾河上游流域的水文过程,模拟的流域多年(1997-2003 年) 平均实际蒸散量为443 mm,其中土壤蒸发量为259 mm,植被蒸腾量为157 mm,冠层截持量为27 mm。石质山区的森林覆盖区和非森林地的年蒸散总量在整个流域分别具有最大值和最小值,为484 mm和418 mm;黄土区实际蒸散量介于二者之间,平均为447 mm。森林覆盖地区土壤蒸发明显小于其它区域,而蒸腾和冠层截留明显大于其它区域。年内蒸散量主要集中在5-8 月份,占全年总蒸散量的60%,且冠层蒸散比例较大达63%。整个流域湿润年份较干旱年份蒸散量增加了78 mm,其中土壤蒸发增加最多,其次是冠层蒸腾,冠层截留蒸发最小。     

基于MODIS数据的无定河流域蒸散模拟

利用黄土高原无定河流域水文气象资料、MODIS数据及GIS背景信息,应用分布式生态水文模型（VIP模型）,按250m空间分辨率模拟了该流域水量平衡各分量的时空分布。结果表明:2000²003年无定河流域年蒸散量分别为300 mm、397 mm、460 mm和443 mm;流域蒸散有明显的由南向北,由东到西的梯度递减特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素;蒸腾与蒸发空间分异显著,但两者的变化相互补偿,降低了蒸散的空间变异性。整个流域平均而言,不同植被类型间的年蒸散总量差异不明显。白家川等9个子流域年蒸散量的模拟结果与水量平衡法估计结果具有较好的一致性。     

黄土高原不同生态类型NDVI时空变化及其对气候变化响应

了解植被的时空变化及其气候主控因子可为植被保护和恢复提供重要的理论依据。基于MOD13A1和气象数据,分析了黄土高原Normalized Difference Vegetation Index （NDVI）时空变化特征,探讨了NDVI对水热条件在不同时间尺度的响应特征。结果表明：黄土高原植被覆盖状态正在不断的改善,气候呈暖湿的发展趋势;83.77%的植被退化区（退化区面积占研究区总面积的5.79%）海拔<2000 m且退化类型以不显著减少为主,不同覆被类型的退化区海拔分布及退化比例差异明显,湿地的退化面积比最高（23.91%）、其次耕地（11.88%）。年尺度上,NDVI与降水呈正相关的面积高于气温,约75.06%的区域受水分条件控制;灌木地（海拔分布<2200 m）、耕地（<3000 m）、草地（<3000 m）和裸地（600~3700 m）等植被生长受水分条件影响;森林（<1000 m、1700~3700 m）和湿地（>2500 m）的植被生长受热量影响。月尺度上,黄土高原植被NDVI对热量响应以滞后1个月为主,不同植被对水热响应的滞后性差异明显,草地、湿地、耕地和裸地对热量响应以滞后1个月为主;森林和灌木地则表现水热同期的特征。伴随滞后时间的推移,水分主控面积逐渐降低,热量成为影响植被生长的主要因素,水热主控及响应滞后性分布受海拔影响明显。     

内蒙古半干旱区蒸散估算和归因分析

蒸散（Evapotranspiration,ET）是生态系统水循环中的重要一环,决定了生态系统水分和热量传输。从区域尺度对蒸散及其蒸腾（Transpiration,T）和蒸发（Evaporation,E）组分进行量化,认识环境因素对其的影响机制,有助于合理利用、分配水资源,为研究气候变化对区域生态系统水文循环的影响提供参考。基于生态系统生产力模拟（Boreal ecosystem productivity simulator, BEPS）模型,验证模型在研究区域的适用性,量化1981—2018年内蒙古半干旱区的ET及其组分的变化情况,并对其进行归因分析。结果表明：经不同数据验证,BEPS模型计算结果能够精确反应研究区域ET及其组分的分布情况和变化趋势。1981—2018年研究区草地、农田和森林多年平均ET分别为278.22 mm、362.50 mm和308.81 mm。E、T和ET多年呈显著上升趋势,上升速率分别为0.42 mm·a^-1、0.63 mm·a^-1和1.05 mm·a^-1。ET与T在全区域内空间分布格局相似,与E相反,ET年际波动主要受到T年际波动的影响。综合影响因子的变化和E、T、ET对因子的敏感性,研究区域草地和农田T和ET以及森林的ET主要受到饱和水汽压差（VPD）和平均气温（TEMP）变化的控制。农田和森林归一化植被指数（Normalized difference vegetable index, NDVI）都呈减小趋势,但森林环境T对NDVI的变化更加敏感,因此负贡献更大。     

祁连山中部亚高山草地作物系数估算

利用Lysimeter蒸散仪于2011-2014年对祁连山中部黑河上游天涝池流域亚高山草地实际蒸散量进行观测。用FAO Penman-Monteith模型对草地参考蒸散量进行估算,根据草地植被高度结合气象数据,以估算日尺度作物系数,以估算的作物系数与模拟的参考蒸散量计算草地实际蒸散量,并用观测值进行验证。结果表明：FAO改进后的作物系数计算方法适合该区域草地作物系数的计算;以FAO Penman-Monteith模型估算的日蒸散量为0.50~7.26 mm,生长季日均蒸散量有年际变化,2011年 > 2014年 > 2012年 > 2013年。总体来看,土壤蒸发总量年际变化不大,影响蒸散量年际变化的主要部分是植被的蒸腾。     

流域水热条件和植被状况对青海湖水位的影响

湖泊是陆地水资源的重要组成部分，也是局地气候和全球环境变化的敏感指示器之一。湖泊面积增加和水位的变化直接反映了流域内水量平衡变化过程，对区域和全球的气候变化的反映较为敏感。利用线性趋势法对青海湖流域长时间序列气象、水文资料以及流域水热条件和植被生长状况进行分析研究，利用皮尔逊相关系数法计算了各因素与湖水位的相关关系，旨在定量评估区域气象、水文、植被等要素的变化对和湖泊水位变化过程的贡献，开展细致的青海湖水位变化特征的影响因子探讨与分析。结果表明：该流域气候呈现显著的暖湿化趋势，其中流域年降水量总体上呈现弱的增加态势，气候倾向率为10.8 mm·（10 a）^-1；流域年平均气温呈显著的升高趋势（P <0.01）。流域年可能蒸散率和年实际蒸散波动较大，年实际蒸散虽有波动但增加趋势非常明显（P <0.01）。流域净第一性生产力（P）平均值为2.86 t DM·hm^-2·a^-1，呈现显著的增加趋势（P <0.01）。从1961年开始湖水位呈现逐年波动下降的趋势，到2004年水位最低（P<0.01）；2004—2015年的近10 a连续上升，上升速率达14.4 m·（10 a）^-1（P <0.01）。流域气温升高、降水量增加，流域气候呈显著的暖湿化特征，入湖河流径流量也呈现出弱的增加态势；气候暖湿化特征导致流域生物温度增加，植被生长状况得到改善，[WTBX]NPP[WTBZ]显著增加。年降水量增多，河流径流量增大，湖水位抬升；前一年的降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量、NPP和蒸发量对湖水位的影响更大；NDVI和NPP的增加反映流域植被生长状况得到好转，从而增加了流域植被水土保持和水源涵养能力，对湖水位产生间接的影响。降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量和NPP对青海湖水位起到正反馈效应，而蒸发量对湖水位主要起负反馈效应，年降水量和年径流量是湖水位变化的最直接的影响因子。     

生态与环境

Q948.112006010686岷江上游植被格局与环境关系的研究=Astudy on the rela-tionship between vegetation pattern and environment inthe up-streamof Minjiang river/李崇巍,刘丽娟…∥北京师范大学学报.自然科学版.—2005,41(4).—404~409基于1994年岷江上游TM遥感影像分类,结合海拔、坡度和坡向等地形因子及降雨、温度和土壤等气候环境因子,用“3S”技术对岷江上游植被格局及其与环境之间的关系进行分析.结果表明:岷江上游森林、草地和灌丛分布面积比例差异不大,其中针叶林和混交林斑块形状复杂,斑块破碎化程度较高.阔叶林和农田斑块…     

植被恢复与气候变化影响下的鄱阳湖流域蒸散时空特征

蒸散是地球表层物质循环与能量交换过程的重要组成部分,了解其时空特征和影响因素具有重要的科学意义。以鄱阳湖流域为研究区,基于WaSSI-C生态水文模型,利用气象数据、叶面积指数数据和土壤数据等估算1983-2011年鄱阳湖流域蒸散,分析其时空特征,并通过情景模拟定量分析植被恢复和气候变化对蒸散的影响。研究表明：鄱阳湖流域蒸散多年均值变化范围为741~914 mm/a,植被和降水量分布是造成流域蒸散空间差异的主要原因;近三十年来鄱阳湖流域蒸散呈阶段性增长趋势,增长率为1.495 mm/a;植被、气温和降水对鄱阳湖流域蒸散的单独影响均为正向,但气温和降水的联合效应会导致蒸散下降;鄱阳湖流域蒸散变化的主导因素具有空间差异性,从整体上看,植被恢复是驱动蒸散呈增加趋势的主要原因,而气候变化是导致蒸散年际波动的主要原因。     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

黄河源区气候—植被—水文协同演变及成因辨析

全球变化下黄河源区水文过程的演变影响流域生态系统的水源涵养功能,流域植被改变也影响水循环。本文基于气候、植被信息和VIP分布式生态水文模型,开展黄河源区水碳循环要素变化的集成模拟,分析了气候—植被—水文要素的协同演变机制。结果表明,2000年以来黄河源区气候呈暖湿化趋势;植被绿度明显提高,2010—2019年比2000—2009年平均增加了4.5%;生长季延长了至少10 d;植被生产力（GPP）显著上升,倾向率为4.57 gC m^-2 a^-1;植被恢复措施对GPP变化的贡献约为23%,气候变化和大气CO₂升高的施肥效应的贡献为77%。源区植被蒸散量（ET）呈增加趋势,倾向率为2.54 mm a^-1,水分利用效率（WUE）亦提高,平均相对上升率为5.1% a^-1。GPP、ET和WUE年总量及其变化率在海拔4200 m以下随高度上升而减小,之后变化趋缓。源区植被绿度和径流系数与当年和前一年降水呈显著正相关,反映降水蓄存于植物根层土壤的遗留效应。蒸散增强在一定程度上有利于源区地表—大气之间的水分再循环,帮助缓解生态恢复引起的产水能力下降,促进降水—植被—径流之间的良性互馈关系的形成。揭示水文对气候变化和植被恢复的响应和互馈机制,可为生态恢复措施对源区水源涵养功能的影响及效应的定量评估提供科学依据。     

Hydrological Characteristics of the Heihe River Basin in the Arid Inland Area of Northwest China

The hydrological characteristics of the Heihe River Basin in the arid inland area of northwest China were investigated.The spatial distribution of annual precipitation in the basin indicates that it decreases from east to west and from south to north,and increases with elevation by a gradient of 24.4 mm per hundred meters below 2,810 m a.s.l.,but decreases with elevation by that of 37.0 mm per hundred meters above 2,810 m a.s.l.For the last 50 years,the mountain runoff of the ba-sin has a tendency of increase.Except in the mountain area,the aridity is very high in the basin,and the aridity index ranges from 1.6 to 7.0 at the piedmont,to 9.0～20.0 in the midstream area and up to 40.0 in the downstream Ejin region.It is estimated for the last 50 years that a 1oC increment of annual temperature causes a 21.5 mm increase of evaporation in the mountain area,and the equivalent reduction of mountain runoff is 0.215×109 m3/yr at the Yingluoxia Hydrometric Sta-tion.The estimation shows also that a 1oC increment of annual temperature causes 1,842 mm increase of farmland evapotranspiration in the midstream area,an equivalent of 0.298×109 m3/yr more water consumption.The anthropogenic influence on the hydrological processes and water resources is then discussed.     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

基于遥感数据的叶尔羌河流域水文过程模拟与分析

在西北荒漠-绿洲生态系统中,山区水循环对下游水资源管理具有重要作用。为了准确地理解高寒山区水文过程,以降水、温度和潜在蒸散发的遥感数据为模型输入,建立叶尔羌河流域的MIKE SHE模型。根据模型输出,从径流、积雪和蒸散发三方面探讨了流域的水文过程。结果表明：经校正后的遥感产品在叶尔羌河流域的水文模拟中取得了良好的应用效果,出山口卡群站日径流的效率系数达0.71,相关系数达0.85。河道的年平均径流深为146.66 mm,其中稳定的基流补给占21.3%。流域的年平均降雪231 mm,占总降水的74%左右;73.9%的融雪发生在7-9月,积雪主要分布于5000 m以上区域。蒸散发以7-9月中低山区植被覆盖良好的针叶林和草地为主。选用合适的方法对遥感数据进行验证和率定,有助于提高对资料缺失的高寒山区流域水文过程的认识。对不同水文要素进行分析验证,可更准确地理解水资源的转化、储存方式及其时空分布,以便为下游水资源管理提供依据。     

石羊河上游林区景观空间邻接特征及生态安全分析

在干旱区山地,荒地斑块特征可反映植被的破碎化及退化状况,农田斑块特征可反映自然植被景观受农田开垦的威胁程度,而其它景观类型与这两种类型斑块的邻接特征可间接反映这些类型潜在的植被退化风险大小或受农田开垦的威胁程度。以Landsat/TM及林相图作为数据源,在桌面GIS下解译出石羊河上游的哈溪林区各景观类型,计算了各景观类型与荒地和农田的空间邻接长度和数目比例,并利用缓冲区分析方法计算了荒地和农田对各景观的影响面积。在此基础上通过计算各类型植被退化风险大小和受农田开垦的威胁程度,定量分析了研究区各景观类型的生态安全性。结果表明：灌丛和草地与荒地的邻接边长和数目较大,由放牧活动引起的植被破碎化和退化的风险较大,而乔木林种与农田的邻接长度、数目较大,受农田开垦的威胁较为严重;景观整体植被退化的风险（0.28）高于受农田威胁程度（0.11）;各类型植被退化风险值的差别不明显,但灌丛草地相对较高,而各乔木林种受农田开垦的威胁程度明显高于灌丛和草地;基于景观类型空间邻接的生态安全评价分析可以初步反映干旱区山地景观受人类活动影响的威胁程度。     

2000-2018年中亚五国水分利用效率对气候变化的响应

水分利用效率(Water use efficiency,WUE)是研究陆地碳水循环耦合的一种常用度量指标。基于MODIS的总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,通过Slope趋势分析和敏感性分析等方法,研究了中亚WUE的时空变化规律及其对气候因子与干旱的动态响应。结果表明:(1)2000-2018年,中亚年均WUE随着生境湿润程度的增加而升高(生长期规律与此相反),其中湿地WUE最高(1.820±0.10 g C·mm^-1·m^-2),而灌丛WUE最低(1.330±0.18 g C·mm^-1·m^-2)。(2)中亚WUE呈略微下降趋势,每年下降速率为0.016 g C·mm^-1·m^-2,年均WUE的显著下降区域大于上升区域。WUE对年降水和年气温的敏感性均表现为正值区大于负值区且均存在阈值效应,降水敏感性阈值介于250~300 mm(低值点)和500~550 mm(高值点),温度阈值介于3~6℃(高值点)和9~12℃(低值点),且εNDV(I WUE对NDVI敏感性系数)与降水变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。(3)通过WUE与标准化降水指数(SPEI)的相关性比较,发现WUE受干旱程度影响由大到小依次为灌丛、作物、森林、草原和湿地,且不同植被类型下WUE随着干旱程度的增加而升高。     

新疆夏尔希里自然保护区表土孢粉与植被的关系

新疆夏尔希里自然保护区保持着较为原始的生态环境，是研究植被与环境变化的理想区域。通过在保护区内从海拔1 042~2 426 m的山地草原化荒漠带、山地干草原带和山地森林带采集的33个表土孢粉样品，结合对每个样点做的植被样方调查，根据孢粉数据进行有序聚类分析和冗余分析，探讨了表土孢粉组合特征与植被之间的对应关系。结果表明：3个孢粉组合带的特征与各垂直带植被总体上有较好的对应；藜科和麻黄属花粉含量与样方植物盖度无明显相关性，这两类孢粉呈现超代表性分布特征，应该是随气流从低海拔地带传播到山地高海拔地带的区域外花粉；桦属花粉和豆科花粉与对应的桦木林及锦鸡儿灌丛植被群落有较好的对应；A/C比值和孢粉总浓度大小在区分森林带与草原化荒漠植被带时有明显的指示意义；蕨类植物孢子与降水量和海拔高度正相关，豆科植物花粉与温度正相关。由于山地地形因素引起的土壤、水分及光照度差异，在相同海拔高度的阳坡与阴坡形成的森林植被和中山草甸植被交替的过渡植被，因此孢粉组合中出现较多的花粉混合，进而降低了云杉和桦属花粉与植被盖度的相关性，这类木本花粉与植被之间的数量关系较为复杂。该现象在植物生态学分析中具有普遍性，但对表土孢粉数据在植被与气候定量重建中的应用具有较大的影响。在运用山地表土孢粉数据进行植被与气候定量重建时，需要结合植被样方资料和沉积环境特征对表土孢粉数据进行校正和筛选。     

豫西黄土丘陵区植被恢复与重建的理论基础及技术体系

通过对豫西黄土丘陵区林草植被现状和治理模式的实地调研，运用大量基础研究资料，借鉴生态学的基本理论，从理论和实践两方面开展了林草植被恢复与重建的理论基础及技术体系的研究；描述了退耕农田的自然演替过程，研究和分析了林草植被恢复与重建的机理；应用最佳平方逼近的数学方法，提出了林草植被恢复与重建的预测模型和时间表，构造了主要乡土先锋树种的生长预测模型；制定了林草植被恢复与重建的目标和程序，确定了适合本区的林草农田配置模式，提出了乔灌树种的配置方案和牧草的种植模式。其成果对整个黄土高原生态环境建设有重要的指导意义。     

不同植被类型的土壤水分对黄土高原的影响

Water stored in deep loess soil is one of the most important resources regulating vegetation growth in the semi-arid area of the Loess Plateau, but planted shrub and forest often disrupt the natural water cycle and in turn influence plant growth. The purpose of this study was to examine the effects of main vegetation types on soil moisture and its inter-annual change. Soil moisture in 0–10 m depth of six vegetation types, i.e., crop, grass, planted shrub of caragana, planted forests of arborvitae, pine and the mixture of pine and arborvitae were measured in 2001, 2005 and 2006. Soil moisture in about 0–3 m of cropland and about 0–2 m of other vegetation types varied inter-annually dependent on annual precipitation, but was stable inter-annually below these depths. In 0–2 m, soil moisture of cropland was significantly greater than those of all other vegetation types, and there were no significant differences among other vegetation types. In 2–10 m, there was no significant moisture difference between cropland and grassland, but the soil moistures under both of them were significantly higher than those of planted shrub and forests. The planted shrub and forests had depleted soil moisture below 2 m to or near permanent wilting point, and there were no significant moisture differences among forest types. The soil moisture of caragana shrub was significantly lower than those of forests, but the absolute difference was very small. The results of this study implicated that the planted shrub and forests had depleted deep soil moisture to the lowest limits to which they could extract and they lived mainly on present year precipitation for transpiration.     

Soil moisture of different vegetation types on the Loess Plateau

Water stored in deep loess soil is one of the most important resources regulating vegetation growth in the semi-arid area of the Loess Plateau, but planted shrub and forest often disrupt the natural water cycle and in turn influence plant growth. The purpose of this study was to examine the effects of main vegetation types on soil moisture and its inter- annual change. Soil moisture in 0–10 m depth of six vegetation types, i.e., crop, grass, planted shrub of caragana, planted forests of arborvitae, pine and the mixture of pine and arborvitae were measured in 2001, 2005 and 2006. Soil moisture in about 0–3 m of cropland and about 0–2 m of other vegetation types varied inter-annually dependent on annual precipitation, but was stable inter-annually below these depths. In 0–2 m, soil moisture of cropland was significantly greater than those of all other vegetation types, and there were no significant differences among other vegetation types. In 2–10 m, there was no significant moisture difference between cropland and grassland, but the soil moistures under both of them were significantly higher than those of planted shrub and forests. The planted shrub and forests had depleted soil moisture below 2 m to or near permanent wilting point, and there were no significant moisture differences among forest types. The soil moisture of caragana shrub was significantly lower than those of forests, but the absolute difference was very small. The results of this study implicated that the planted shrub and forests had depleted deep soil moisture to the lowest limits to which they could extract and they lived mainly on present year precipitation for transpiration.