水文模型中植被截留计算的误差分析

在众多植被截留模型中,针对场次降雨建立的概念性指数模型由于具有一定的物理基础,且参数通过常规观测资料即可确定,在构建物理性流域水文模型时被广泛采用。但在水文模型的应用中,计算是逐时段进行的,这造成模型计算时段和适用时段之间的不匹配,是植被截留计算误差的原因之一。分析表明,无论在一个计算时段内有多个降雨过程发生,还是一场降雨过程被划分为多个计算时段,逐时段计算均将过高估计植被截留量。

植被截留对降水同位素分布的试验研究

植被截留对于探究小流域降雨空间变化原因以及深入理解产流机制具有重要的意义.本文通过对长江中下游小流域梅雨降水事件的林外降水和贯穿降水水样的稳定同位素(δ^18O和δ^2H)进行分析,探究贯穿降水同位素时空变化原因.通过拟合林外降水的δ^18O和δ^2H得到和睦桥流域梅雨事件大气降水线,其斜率和截距接近全球大气水线,但与中国东部季风区的大气水线存在明显的差别,主要是受采样方法、下垫面条件、气候环境和降水类型的综合作用.降水事件中的贯穿降水比林外降水的氘盈余平均值高,这可能与植被的截留以及强烈的蒸发有关.林外降水和贯穿降水的稳定同位素在时间尺度上的变化存在着明显的不同,总的来说贯穿降水相对更加贫化,这可能由蒸发分馏和雨强共同影响.贯穿降水的同位素展示明显的空间变化,主要由植物截留以及流域地形共同影响.

秦巴山地植被冠层降雨截留时空分异特征及驱动因素

冠层截留研究对于了解区域水资源分配和评估生态水文功能至关重要,山地复杂多样的环境使其存在较大的不确定性,遥感的发展为揭示山地系统冠层截留的特征提供了机遇。以秦巴山地为研究区,基于降雨数据和叶面积指数遥感数据,耦合植被冠层降雨截留模型,定量模拟和分析秦巴山地2003—2020年植被冠层降雨截留能力及其时空变化特征,并验证其精确性;采用地理探测器、相关分析和约束线法探究冠层截留的驱动因素。结果表明:(1)与PML_V2数据集和实测数据相比,3.5以下的均方根误差和0.75以上的有效系数证实了A.P.J.DE ROO模型模拟的可靠性。(2)近18年截留量和截留率整体呈上升趋势,截留率在2015年发生逆转,由增(0.08%/a)向减(-0.15%/a)转变。(3)秦巴山地冠层截留总体上呈西部高山区和东北部边缘低,秦岭和大巴山区高的空间格局,其随海拔上升呈现“上升-稳定-下降”的分布特征;空间变化以上升趋势为主,显著下降的区域主要分布在汉江河谷的中心;低海拔区域变化差异较大,中海拔区域以显著增加为主,高海拔区域无显著变化。(4)叶面积指数和降雨量是影响冠层截留的主要因子,约束关系分别为正线型和正凸型;阔叶林截留率与小降雨事件的相关性高,针叶林、灌丛截留率与强降雨事件相关性较强,气候因子对冠层截留的影响在类别和解释程度上存在空间差异。研究可为区域尺度冠层截留的估测提供思路,且有助于评估气候变化背景下生态系统对水循环的影响。

植被冠层截留对地表水分和能量平衡影响的数值模拟

利用NCAR_CLM4.0模式,通过有无植被冠层截留的试验对比分析,讨论了植被冠层截留对全球陆面水分和能量平衡产生的潜在影响。结果表明:就全球水分平衡而言,不考虑植被冠层截留时,全球平均土壤总含水量、表面径流和次表面径流增加,蒸散发减少。空间分布特征表明,低纬地区各水分平衡分量全年维持较高的差值分布,并随季节变化沿赤道南北振荡;北半球中高纬高值区有春季扩张、夏季极盛、秋冬季撤退的趋势。冠层截留消失后冠层蒸发的消失是蒸散发减弱的主要原因。对于能量平衡而言,不考虑冠层截留时,全球感热通量增加,冠层感热的增加明显大于地面感热的减少;潜热减少。此外,不同植被类型对不考虑冠层截留后产生的响应存在明显差异。

草地生态系统中植被冠层截留的研究进展

草地植被冠层截留是草地生态系统对降水再分配的主要过程,属于草地生态系统蒸散发的组分之一。由于草地植被冠层截留常在草地生态系统水量平衡研究中被忽略而导致蒸散发组分的划分中存在误差。因此,讨论草地植被冠层截留对草地生态水文学的研究具有重要的理论意义和实用价值。本论文通过对目前草地植被冠层截留研究的现状和存在问题,从草地植被冠层截留的测定方法和主要的影响因素(环境因子和植被特征)2方面论述草地植被冠层截留的研究进展。分析发现,草地植被冠层截留的影响因素研究主要集中在降水特征、气象条件、放牧和植被特征等方面,各因素的综合影响研究仍然非常缺乏,测定方法的准确性有待评估。

云南石林典型植被类型的降水垂直分配及水平汇聚规律观测研究

变化环境下的水资源管理及植被恢复是岩溶区亟待解决的现实问题。以云南石林岩溶区典型植被类型为对象,设置实验样地并开展了2018-2019年两个雨季的野外观测,分别对不同植被类型的降雨分配及汇聚规律进行了探索。结果表明:石林地区受到亚洲季风的控制,降水量的年内变化具有显著的季风区特征,即高度集中于湿季,特别是5-8月,降雨类型以小雨和中雨占主导,两者在全年降水场次中的比例分别为70%、15%;各实验观测植被类型的穿透雨量、树干径流量以及截留量均随着林外降雨量的增加而增大,降雨量的分配特征为降雨量>穿透雨量>截留量>树干径流量;各植被类型的径流系数差别明显,变化范围为0.01%~0.36%,石漠化裸地区径流系数最大而坡耕地最小,但整体来看都非常小;产流的降雨量阈值差别较大,其范围为2.0~6.4 mm,随着林外降雨量的增多,各观测样地的地表产流量也呈现增大的态势。本观测研究结果可以为岩溶区水资源管理与生态环境恢复保育提供科学依据。

岷江上游典型流域植被水文效应模拟

该文通过研究现有土地覆盖下水文分布的空间格局,及不同植被类型集水区内降雨与径流间的关系,来揭示森林生态系统与水文动态之间相互作用的机制,从而为岷江上游的生态环境评价和区域生态环境保护及恢复提供理论依据和科学指导.在前人研究的基础上,结合先进的地理信息系统和遥感技术,构建岷江流域植被水文模型.模型以水文子模块TOPMODEL为中心,由山地小气候模型MTCLIM和林冠截留模型为其提供水文学参数,研究中水文循环过程涉及植被截留、(实际)蒸散发、降雨入渗和土壤水分动态等.最后将模型应用于岷江上游典型支流——杂古脑流域,对其1995年7—9月的径流特征进行了模拟分析.结果显示,7—9月日径流量总体趋势表现为逐渐降低,径流量对降水响应敏感,基本反映了杂古脑流域雨季的径流变化特征.

抚育间伐对华北落叶松人工林涵养水源功能影响

以冀北山地不同抚育间伐措施后华北落叶松人工林的植被层、枯落物层和土壤层为研究对象,对其水源涵养功能进行了初步分析。结果表明:华北落叶松林植被截留能力和枯落物持水功能随着间伐保留密度的减小而减小;土壤蓄水功能随着间伐强度的增大表现出逐渐增大趋势。间伐后进行枯落物收集、清除等经营活动可增大植被截留功能和枯落物持水功能,但会降低土壤蓄水功能。从涵养水源功能的组成来看,土壤蓄水功能最大,其次是枯落物持水功能,植被截留功能最小。由此认为,对华北落叶松人工林进行合理抚育间伐,能增强林地涵养水源功能。

北方校园绿地滞蓄雨水能力分析

目的研究绿地中土壤和植被最大滞蓄能力,绿地在降雨过程中对雨水的吸收滞留量.分析不同植被结构绿地对雨水滞蓄能力的差异及其原因.方法以沈阳建筑大学校园绿地为研究区域,通过测量和遥感方法对校园内不同植被结构类型绿地的滞蓄能力进行量化.结果校园内绿地土壤稳定入渗率平均为0.12 cm/min;校园内20 cm蓄水层土壤及植被可滞蓄雨水总量达到63117.72 m 3,在50年一遇的降雨强度的情况下,校园内绿地可滞蓄雨水量达到校园内总降雨量的88.15%.结论城市中绿地对雨水具有十分明显的调蓄作用,不同植被结构的绿地调蓄雨水的能力不同,且绿地中的滞蓄能力受植被叶面积指数和土壤性质共同影响,阔叶乔木-灌木-草复合植被结构类型的绿地滞蓄能力最强.

抚育间伐对不同类型华北落叶松林分涵养水源能力影响

为了科学评价华北落叶松林的抚育成效、促进冀北山地森林的可持续经营,选择华北落叶松纯林、落桦混交林与落油混交林3种典型林分,分析比较抚育间伐前后林地的植被截留、枯落物层持水和土壤蓄水能力,以确定抚育间伐对华北落叶松林分涵养水源能力的影响。结果表明:(1)对于3种类型的林分,抚育间伐均降低了乔木层的降水截留量,增加了灌草层的截留量,并使总截留量有所增加,分别增加了0.20 t/hm^2、1.32 t/hm^2、0.88 t/hm^2。(2)与对照相比,抚育间伐提高了枯落物半分解层厚度、储量及持水量,枯落物未分解层则相反,但差异均较小;不同类型林分中,落桦混交林的枯落物层厚度、储量最高,分别为4.9 cm和12.70 t/hm^2,华北落叶松纯林最低,分别为3.6 cm和5.79 t/hm^2;枯落物持水量则是落油混交林最高,为14.05 t/hm^2,落叶松纯林最低,为5.56 t/hm^2。(3)抚育间伐提高了3种类型林分的土壤最大持水量。其中,落桦混交林的增加幅度最大,增加了23.15 t/hm^2,落油混交林增加幅度最小,增加了8.74 t/hm^2。抚育间伐提高了3种林分的水源涵养能力,总体来看落桦混交林的抚育效果最好。

黄河中游大尺度植被冠层截留降水模拟与分析

大尺度植被冠层截留降水定量模拟与分析是揭示气候变化和人类活动综合作用下区域水沙变化机制的重要研究内容。以黄河中游河口镇—潼关区间为研究区,耦合遥感等空间数据与植被冠层截留估算模型,利用地面监测站点降水数据、GLASS叶面积指数遥感数据和地理信息空间分析技术,定量模拟和分析了黄河中游20世纪80年代以来3个典型年份的地表植被冠层截留降水及其时空变化特征。结果表明:(1)20世纪80年代以来,特别是20世纪末实施的生态修复政策,使得黄河中游叶面积指数显著提高,植被覆盖明显改善;(2)20世纪80年代以来,黄河中游植被冠层截留降水发生了明显变化,1984年、1995年和2010年研究区植被冠层截留降水量区域年平均值分别为19.57 mm、13.66 mm和22.68 mm,截留率分别为3.24%、3.32%和4.92%;(3)黄河中游植被冠层截留降水特征及其变化受降水特征和地表植被状况共同影响,其中,降水量是决定植被冠层截留降水特征的控制性因素,而叶面积指数年际变化是影响植被冠层截留降水特征变化的主要因素。

山西省煤矿区地表水文过程的空间模拟研究

为研究煤炭开采对山西省长河流域地表水文过程的影响,构建了天然植被和种植植被的降雨截留模型,采用改进的Green-Ampt模型构建了土壤入渗模型,利用数字高程模型建立数字水系构建了径流汇流模型。通过定量对比、地统计学方法分析了煤炭开采对植被覆盖度和土壤饱和导水率的影响,并设立3种不同降雨强度进行情景模拟分析。结果表明:2000-2015年矿区平均植被覆盖度从0.382增加到0.460,矿区的平均土壤饱和导水率34.375 cm/d小于非矿区的44.426 cm/d。2.5 mm/h降雨强度下,降雨大部分被植被截留,较少渗入土壤;8 mm/h降雨强度下,植被冠层截留量达到最大,降雨经植被截留和土壤入渗后,研究区地表难以形成径流;16 mm/h降雨强度下,降雨会在短时间内形成积水并进行汇流,汇流量于流域西南出口达到最大值。

桉树人工林水文效应研究述评

综述了近年来国内外桉树人工林水文效应主要研究进展,分析了林地蒸散发及植被截留、降雨产流和土壤水等研究成果。综合来看,目前尚未有关于桉树人工林是“抽水机”的研究定论,但桉树人工林对区域水循环、水平衡负面影响切实存在。林地蒸散发、降雨截留、林地产流和土壤水受品种及林龄、冠层结构、降雨量、轮伐制度等因素影响。单株桉树与桉树人工林系统蒸散发规律基本一致,日蒸散发量为0.5~6.5 mm,显著高于其他林分,且随林龄增加呈先增加后降低变化趋势。不同桉树人工林降雨截留量差异较大,一般占降雨量的10%~30%,总体与降雨量间呈正相关变化关系,且随林龄增加呈先增加后降低变化趋势。营造桉树人工林后区域地表产流量明显下降,特别是干旱年份更为显著。但砍伐后集水区基流量、径流量和洪峰流量均逐渐增加并恢复至造林前水平。营造桉树人工林后土壤含水量和蓄水量均呈下降变化趋势,随林龄增加对土壤水负面影响作用逐渐下降。但短伐连栽桉树人工林对土壤水负面影响作用较大,即使在降雨充沛的雨季土壤水也难以得到有效补给。目前中国桉树人工林水文效应研究仍存在诸多问题,后续应加强长序列多时空尺度定位监测,开展桉树人工林物理水文模型研发等工作,为桉树人工林营造、砍伐管理及土壤水利用调控提供技术支撑。

7Be法估算土壤侵蚀速率若干问题的探讨

7Be是由宇宙射线撞击同温层和对流层大气中氮、氧原子核而生成的天然放射性核素。由于连续沉降、半衰期短（53.3天）以及在土层中分布深度浅（约2 cm）等特点,7Be在示踪单次暴雨或短期强降雨等短时间尺度的侵蚀产沙空间分布研究中具有独特优势。随着气候变化加剧和暴雨等极端天气增多,7Be法应用前景广阔。然而该技术目前处于探索阶段,一些重要基础假设尚未得到有效验证,限制了其在土壤侵蚀研究中的广泛应用。简要回顾了利用7Be法定量土壤侵蚀速率空间分布的历史和现状,介绍了其示踪原理和计算模型及其最新进展;重点评述了7Be法估算土壤侵蚀速率的关键基础假设及其不确定性,以及植被截留、侵蚀分选等对7Be法评价土壤侵蚀速率的影响;并对未来研究趋势进行了展望,包括基础假设的验证及不确定性分析、植被影响的定量评价、示踪时空尺度的扩展以及新模型的开发等方面。

从田块到水体:基于源-流-汇理念的非点源污染全过程核算方法

目前,国内外已开展了大量农业非点源污染核算研究,但大部分经验模型缺乏对非点源污染入水体过程的考虑,而机理模型则受到资料限制,大尺度应用难度较大.针对传统研究面临的未考虑入水体过程、难以精细化模拟等核心问题,本研究基于源-流-汇理念和栅格汇流算法,构建了耦合源负荷核算、入水体过程核算、植被截留核算等模块的农业非点源污染物全过程核算方法(Grid confluence based agricultural nonpoint source pollution calculation method,GC-ANPSM).案例研究表明,GC-ANPSM方法具有较好的适用性,径流模拟误差为24.3%,总氮模拟误差为9.78%.该方法可为少监测资料地区的农业非点源污染物全过程核算提供理论和技术基础,同时为制定农业环境保护政策提供决策依据.

冀北山地人工油松林水文效应研究

分密度对森林水文效应有一定影响,以冀北山地不同密度油松人工林的植被层、枯落物层和土壤层为研究对象,对其水文效应进行了研究。结果表明：林冠截留能力随着林分密度的减小而减小,林下植被截留能力随着林分密度的减小而增大;林下枯落物最大持水量随着林分密度的减小而减小,其中林分密度分别为1 584株/hm^2、864株/hm^2和684株/hm^2标准地枯落物最大持水量差距相对较小,分别是林分密度388株/hm^2标准地的1.56倍、1.50倍和1.42倍;388株/hm^2油松林枯落物有效拦蓄量较小,但其枯落物初期持水速率较大。土壤持水能力随着林分密度的减小表现出逐渐增大趋势,林分密度864株/hm^2、684株/hm^2和388株/hm^2标准地土壤持水能力分别为林分密度1 584株/hm^2标准地的1.05倍、1.16倍、1.17倍,密度684株/hm^2和388株/hm^2标准地的土壤持水能力较为接近。对油松人工林进行合理抚育间伐,保留合适密度,能改善其涵养水源功能。