气候与植被覆盖变化对中国西南亚高山区流域碳水循环的影响模拟

正确认识气候变化对流域森林植被和水文的影响对于林业经营管理与流域生态修复具有重要意义。为了揭示气候与植被覆盖变化对西南亚高山区流域碳水循环过程的影响,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID(Simplified Simple Biosphere model version 4,coupled with the Top-down Representation of Interactive Foliage and Flora Including Dynamics model)与流域地形指数水文模型TOPMODEL(Topographic Index Model)的耦合模型(以下记为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碳水循环过程。结果表明,所有试验流域植被经历了从C3到苔原灌木最后到森林的变化;控制试验流域蒸散在流域植被主要为苔原灌木时达到最大而径流深最小;增温5℃并且增雨40%试验[记为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,森林蒸腾、冠层截留蒸发和蒸散的增加幅度明显大于草和苔原灌木,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,温度增加使森林净初级生产力有所增加,但对草和苔原灌木的净初级生产力影响很小;植被水分利用效率随温度增加明显减小。西南山区随着海拔高度降低(温度升高),森林从增加径流量转变为减少径流量,植被水分利用效率也相应明显减小。西南山区气候的垂直地带性对森林—径流关系和水分利用效率的空间变化有着重要的影响。

基于Budyko理论分析珠江流域中上游地区气候与植被变化对径流的影响

径流作为水文循环的关键环节,在人类活动影响较小的地区受气候因素控制的同时,也受植被等陆面要素的影响。以珠江流域中上游地区为研究区域,基于Budyko理论具体分析了气候和植被变化对该区域径流的影响。首先应用TFPW-MK方法分析了1981—2013年研究区各要素的变化趋势;其次通过逐步回归拟合参数n,改进了Budyko理论框架下的傅抱璞公式,并基于改进的蒸散发模型模拟计算了区域蒸散发和径流;最后基于敏感性分析方法,分析了区域径流对气象要素和植被要素的敏感性。结果显示:1981—2013年珠江中上游地区平均温度(T)、最高温度(Tmax)和最低温度(Tmin)都存在上升趋势,而径流(Q)、降雨(P)、风速(u2)、相对湿度(RH)呈下降趋势。傅抱璞实际蒸散发计算公式中参数n同时受气候要素P、T、RH、日照时数(S)、u2和植被覆盖指数(NDVI)的制约。敏感性分析结果显示,流域径流对降雨和NDVI具有较高的敏感性,且流域降雨减少是径流减少的主导因素,而NDVI在研究时段没有显著的变化趋势,其对径流减少的贡献不显著。总体而言,气候变化对研究区域径流的影响主要是通过同时改变水文输入要素(降雨、潜在蒸散发)和表针流域特性的参数n来表现,而植被对研究区域径流的影响主要是通过改变表针流域特性的参数n来表现。

泥河湾盆地油房遗址MIS 5阶段人类活动与气候、植被的关系

新的研究表明,油房遗址是泥河湾盆地一处重要的旧石器时代中晚期遗址,是一处既包含华北传统石片石器工业,又富含细石叶和细石核的文化遗址,为研究华北传统石片石器文化向细石器传统文化转变提供了新线索。油房遗址探沟2剖面(YFTG2)(0~535 cm)是泥河湾盆地旧石器中期的典型地层,年代大致为100.6±5.7~52.3±2.5 ka,主要包括MIS 5增温期和MIS 3初期温暖期,MIS 4沉积缺失。本研究基于孢粉和粒度等指标探讨了泥河湾盆地旧石器时代中期人类活动的气候环境背景,结果表明:1)该遗址MIS 5阶段包括MIS 5d、MIS 5c和MIS 5b;其中MIS 5d(535~255 cm,100.6±5.7~92.1±2.9 ka),花粉组合以藜科(37.1%)和蒿属(23.2%)等草本为主,中值粒径偏粗(10.2~93.4μm),有机质含量为2.2%~4.4%,碳酸钙含量为1.7%~5.0%,指示在MIS 5d时期泥河湾盆地气候较为寒冷干燥;MIS 5c(255~180 cm,92.1±2.9~89.8±3.5 ka),松属(47.5%)和桦木属(15.8%)等乔灌木花粉显著增加,粒度中值粒径为19.4μm,碳酸钙含量降低(1.9%),指示MIS 5c阶段气候十分温暖湿润;MIS 5b(180~130 cm,89.8±3.5~87.7±4.4 ka),花粉组合仍以乔灌木为主(75.8%),桦木属(21.4%)含量达到最大值,蒿属增加(13.6%),有机质含量(5.0%)显著升高,碳酸钙含量(0.2%)显著降低,指示MIS 5b阶段泥河湾盆地气候相对凉湿;在MIS 3初期(130~0 cm,55.7±3.5~52.3±2.5 ka),乔灌木花粉含量下降(68.2%),桦木属(10.8%)含量减少,蒿属(15.6%)和藜科(5.3%)增加,中值粒径显著增大,为39.0μm,有机质含量略有下降(4.5%),碳酸钙含量上升至1.0%,指示气候较为温暖湿润。2)植被定量重建结果显示,在MIS 5d阶段,研究区草本植物盖度达78.1%,形成以禾本科(37.8%)、藜科(16.2%)和栎属(6.1%)为主的疏林草地景观;MIS 5c阶段乔灌木植被盖度达88.4%,形成以松属(46.2%)、鹅耳枥属(21.6%)和禾本科(4.7%)等为主的针阔混交林;MIS 5b阶段依然是以松属(42.8%)、桦木属(12.8%)、栎属(8.1%)、禾本科(5.8%)和蒿属(4.4%)为主的针阔混交林;MIS 3初期阶段为以松属(41.8%)、鹅耳枥属(22.1%)、栎属(7.3%)、禾本科(7.3%)和蔷薇科(6.0%)为主的针阔混交林。3)MIS 5d~MIS 5b以及MIS 3初期,泥河湾盆地气候经历了从寒冷干燥到温暖湿润,研究区植被由以禾本科、蒿属和栎属为主的疏林草地转变为以松属、栎属和鹅耳枥属等为主的针阔叶混交林,均有较强的人类活动,说明在整个研究时段内古人类对干湿交替的自然环境具有较强的适应能力。泥河湾盆地较为适宜的气候以及疏林草地~针阔叶混交林自然景观为该时期人类活动提供了较为理想的活动场所。在MIS 5b时期,遗址区域环境凉湿,水量增大,古人类活动强度较弱。

基于Budyko假设的黄河源区径流演变与量化归因分析

近几十年,黄河源区径流量的减少引起了科学界的广泛关注。黄河源区水资源短缺及由此引发的水生态安全问题严重威胁着当地社会经济的可持续发展。根据黄河源区1956—2018年的气象、水文和植被指数NDVI数据,采用Mann-Kendall检验法和线性趋势法综合分析了各要素的变化趋势及突变现象;采用基于Budyko框架的弹性系数法研究了气候因素、流域下垫面条件和人类活动对径流变化的影响;通过线性拟合方法获得了下垫面参数n与植被指数NDVI的函数关系。结果表明:1956—2018年黄河源区径流量减少,降水量显著增加,径流在1991年前后发生突变;下垫面参数n与NDVI的函数关系为n=25.292NDVI-6.9894(p<0.05),同基准期(1956—1991年)相比,变化期(1992—2018年)气候因素、流域下垫面条件(包括植被变化)和人类活动对径流减少的贡献率分别为-26.21%、55.61%(植被变化占25.30%)、70.60%;人类活动是影响黄河源区径流变化的首要因素,而植被恢复可能会使其产流量和径流量进一步减少。