基于遥感和水文模型的典型草原流域蒸散发对比

基于锡林河上游流域水文站的实测逐月径流量序列资料,以纳什效率系数(E_(ns))、决定系数(R^(2))作为评价指标验证APEX模型在水文模拟方面的适用性,分析SEBAL模型、MOD16A2数据的蒸散发结果并利用APEX模型中Penman-Monteith公式验证精度,对比APEX模型、SEBAL模型与MOD16A2数据同时期的月均蒸散发。结果表明,实测径流与APEX模型模拟径流的率定期E_(ns)=0.63、R^(2)=0.66,验证期E_(ns)=0.62、R^(2)=0.66;SEBAL模型与APEX模型中Penman-Monteith公式日蒸散发计算结果的E_(ns)=0.68、R^(2)=0.80,月蒸散发结果的E_(ns)=0.71、R^(2)=0.85,MOD16A2数据与Penman-Monteith公式计算的每月蒸散发结果E_(ns)=0.58、R^(2)=0.78;同时期流域尺度上MOD16A2数据的月均蒸散发最大。研究结果可为草原流域的蒸散发估算提供支撑。

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p<0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。

内蒙古草原流域降水-径流模拟试验及水文演变驱动因素辨析

以内蒙古巴拉格尔河流域为典型研究对象,基于水文气象、植被特征、地形地貌和草地管理方式等数据,设计降水-径流模拟试验,并采用M-K法进行水文气象序列突变分析、克里金空间插值揭示土壤-植被-根系空间分布特征、降水-径流模型模拟草原流域产汇流特征,建立草原流域降水强度-地形坡度-径流系数数学模型及SWAT模型,探讨环境变化对草原地表径流的影响,结果表明:流域径流突变发生在1998年,最低气温突变最早(1982年),降水突变最晚(2001年),相隔19年;土壤饱和渗透系数介于0.19~14.23 m/d,空间变异性显著,均值仅为2.87 m/d,而干容重最大值、最小值与均值接近,毛管上升含水率极差最大,饱和含水率次之;模拟降水-径流试验及数学模型计算得到径流系数为0.424,突变前人类活动对流域径流系数变化的贡献率为20%左右,而突变后超过了50%;SWAT模型表明突变后流域径流变化的气候变化贡献率为79%,人类活动贡献率为21%。

半干旱草原型流域不同时间尺度降水特征分析

基于锡林浩特气象站1960-2015年逐日降水数据,运用M-K法、R/S法和Morlet小波法,分析了半干旱草原型流域——锡林河流域近56 a不同时间尺度下降水趋势及突变特征、未来变化趋势、降水周期规律的变化情况。结果表明:近56 a来锡林河流域年降水量呈下降的趋势,在1974、1980、1989年和1998年发生过4次突变,存在28 a的主周期变化。夏季降水特征和年降水特征基本一致,冬季降水量呈显著上升的趋势。汛期8月份降水量呈显著下降的趋势,并在1998年左右发生突变,降水第一主周期在12 a处,非汛期11和12月份降水量都呈显著上升的趋势,其中,12月份降水在2000年左右发生显著突变,这两个月份降水的第一主周期分别是30 a和9 a。不同时间尺度下降水序列的Hurst指数均>0.5,说明流域降水趋势具有持续性,未来降水趋势与过去保持一致。

1982—2020年气候变化下草原内陆河流域植被响应特征及其对径流的影响

以内蒙古乌拉盖河流域为研究区,基于1982—2020年的水文气象数据以及归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI),采用Soil and Water Assessment Tool (SWAT)水文模型以及统计分析法,分析了气候变化背景下乌拉盖河流域植被响应特征及其对径流量的影响。结果表明:SWAT模型在乌拉盖河流域的适用性良好,率定期及验证期的Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)及判定系数(R~2)均在0.62以上,相对误差(PBLAS)小于18.8%。近40年流域降水量以8.9 mm/10a的速率呈不显著减少,而温度和实际蒸散量分别以0.43℃/10a和2.8 mm/10a的速率增加,使流域呈暖干化趋势。在流域气候暖干化背景下植被呈好转趋势,而气候变化和植被恢复共同导致流域径流深的减少。研究结果能够为干旱、半干旱区内陆河流域生态保护及水资源的可持续利用提供参考依据。

内蒙古草原巴拉格尔河流域不同水体转化特征及环境驱动因素

内蒙古高原草原流域是我国内陆重要的生态屏障,水资源演化对该区域社会经济发展和生态环境保护具有重要意义。本研究选取巴拉格尔河流域为对象,于2018—2019年丰、枯水期采集降水、河水、浅层地下水共254份水样,测定其物理化学指标、δD和δ^(18)O,运用同位素技术、数理统计和反距离权重法分析不同水体中稳定同位素的组成关系、时空变化及其影响因子,并结合氘盈余(d-excess)及同位素混合比公式,揭示不同水体的转换关系,识别其演化的环境驱动因素。结果表明:研究期间,大气降水、河水、浅层地下水呈现δD、δ^(18)O丰水期高、枯水期低的特征;草原流域不同水体时空转化的主要环境驱动因素为温度、海拔和地下水埋深,地下水δD、δ^(18)O、河水δD与海拔均呈显著负相关;浅层地下水埋深小于10 m时,δD、δ^(18)O变化大,大于10 m时则趋于稳定;大气降水的δ^(18)O与气温呈正相关;丰水期氘盈余值高于枯水期,分布特征存在局部高值,流域自南向北呈减小趋势;丰水期降水对上游河水的补给率超过50%,河水对地下水的补给均在50%以上,在不同河段地表水与地下水的补排关系不同。

半干旱草原型流域径流变化特征及其影响因子定量分析

研究引起径流变化的主要驱动因子对流域水文水资源与生态相关研究具有重要的指导意义。以典型草原型流域-锡林河流域1970-2014年径流及气象数据为基础,采用Mann-Kendall法、弹性系数法定量分析了气候变化及人类活动对径流变化的贡献程度。结果表明:近45a来锡林河流域年径流量呈显著下降的趋势,在1979、1986和1998年发生突变。1980-1986年人类活动对径流减少的贡献率为46.57%;1987-1998年人类活动对径流增加的贡献率高达91.46%,气候变化的贡献率仅为8.54%;1999-2014年人类活动对径流减少的贡献率为66.16%。整体而言,人类活动是锡林河流域径流变化的主要驱动力。

内蒙古巴拉格尔河径流变化的驱动因素

基于巴拉格尔河流域1959—2015年的水文、气象和社会经济等数据,采用累积距平法、改进的Mann-Kendall趋势检验法和累积量斜率变化率比较法等,定量分析了年代、水文年、季和月尺度下的径流变化规律及主要驱动因素。结果表明：巴拉格尔河流域径流量在各时间尺度均呈现显著减少趋势,而各气候要素的波动变化趋势不明显,流域内社会经济快速发展,人类活动显著;径流量在2000年代最小,相对于1960年代来说减少了74.78%;流域径流变化最显著的突变点为1998年,变化期（1999—2015年）与基准期（1959—1998年）相比,该流域气候波动对径流减少的贡献率仅为28.86%,而人类活动对径流减少的贡献率达到71.14%,因此,人类活动是引起径流量减少的主要驱动因素。

人为干扰条件下草场土壤呼吸研究

为了研究典型草原上人为干扰对径流小区土壤呼吸的影响,现以2013年建立在锡林河流域内的径流小区及天然放牧草地为研究对象,用ADC土壤呼吸仪测定不同坡位的土壤呼吸日动态。结果表明:不同坡位的土壤温度和呼吸日动态均呈现明显的单峰曲线,峰值出现在13:00—14:30;不同坡位平均土壤呼吸速率顺序为径流小区坡顶(2.61±0.80)μmol·m^(-2)·s^(-1)>径流小区坡底(1.51±0.32)μmol·m^(-2)·s^(-1)>天然放牧草地坡顶(1.31±0.68)μmol·m^(-2)·s^(-1)>天然放牧草地坡底(0.75±0.25)μmol·m^(-2)·s^(-1),且差异显著(P<0.05);单变量模型中指数方程较好的解释了土壤呼吸与土壤温度的关系,R^2值分别为0.76、0.78、0.87和0.70,Q_(10)值分别为1.68、1.59、2.17和1.91;土壤温度和水分的线性双变量模型R=a+bT+cW可以更好的表示水热因子对土壤呼吸的影响,R^2值可以达到0.82~0.89。