华北平原蒸散发变化及对植被生产力的响应

华北平原是我国粮食主产区,水资源短缺是限制区域粮食生产和社会经济发展的重要因素。研究蒸散发动态变化、分析演变发展的驱动因素,对于探明区域水资源演变、优化水资源管理具有重要参考价值。本文基于500 m空间分布率的PML_V2遥感蒸散产品,选择华北平原和蒸散量变化存在差异的3类农业类型区的4个典型区:以石家庄和保定为代表的山前平原区,以衡水为代表的中部低平原区,以德州为代表的黄河灌区,对像元尺度蒸散发变化、变化的显著性和影响因素开展研究。结果表明:1)2001—2019年,华北平原年均蒸散量为588.1 mm,年际变化呈震荡波动上升态势;小麦季蒸散量受地下水压采、休耕政策影响,呈不显著下降趋势;玉米季蒸散量上升趋势显著(P<0.05)。2)基于Theil-Sen Median斜率和Mann-Kendall方法的显著性检验结果表明,蒸散量显著增加的区域主要位于中部低平原和黄河灌区;不同土地利用类型下蒸散量变化有显著差异,农业用地内有85.5%的地区蒸散量变化呈上升趋势,其中有42.3%达到显著上升(P<0.05),主要分布在黄河灌区一带,城市化发展导致城市外围区蒸散量显著减少(P<0.05),但在北京、天津等大城市内部蒸散量有增加趋势。3)蒸散量与总初级生产力(GPP)和归一化植物指数(NDVI)相关性分析表明,蒸散量与GPP的相关性较高,更能反映粮食主产区植被生产力对蒸散发的影响,尤其在黄河灌区和中部低平原区均达到显著相关水平(P<0.05)。

植被恢复背景下黄河中游及6个典型流域蒸散发及其组分变化格局

植被变化可通过改变下垫面条件的方式,调节植被蒸腾与土壤蒸发的分配比例,进而影响区域乃至全球水循环过程。自20世纪90年代以来,我国开展了大规模的植被恢复工程,全国植被覆盖度得到了极大提高,其中尤以黄河中游最为显著。以黄河中游6个典型植被恢复流域为研究对象,利用PML;2模型和水文气象数据,验证了该模型模拟植被快速变化环境下的蒸散性能,并分析了2003—2018年间植被恢复工程背景下,黄河中游蒸散发(ET)及其组分(植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es)的时空变化格局。结果表明:(1)对比流域水量平衡ET与PML模型结果,发现该模型在黄河中游具有较好的适用性(NSE>0.6)。(2)Ec对ET的分布格局起着主导作用,蒸散发及其组分的空间格局由夏季风作用下的植被空间分布所控制。Ec与ET的空间分布格局较为相似,Es与其相反。ET、Ec、Ei均呈显著增加趋势,Es则呈显著减小趋势,尤以流域中下游最为明显。(3)植被恢复背景下,黄河中游典型流域的蒸散发及其组分发生了明显的变化。相较于所在流域,流域中植被恢复区ET、Ec、Es、Ei分别偏高2.20%、5.86%、0.86%、7.44%,速率分别偏高-0.51 mm/a、0.55 mm/a、-1.11 mm/a、0.05 mm/a。

1980—2020年中国九大流域蒸散发及其组分时空评估

蒸散发是地表陆气水分交换的纽带,准确量化蒸散发的时空演变格局对于水资源规划与管理至关重要。本文基于GLEAM模型的蒸散发及其组分数据集,借助7个通量观测站数据、120个流域的流域水量平衡及PML_V2蒸散发产品,在中国九大流域系统评估了GLEAM-ET产品,分析了植被恢复背景下,蒸散发(ET)及其组分(植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es)在1980—2020年的时空演变格局。本文主要得到以下结论:①GLEAM-ET产品在中国九大流域具有较好的适用性,其性能与气候类型有关,干旱区效果优于湿润区。此外,GLEAM与PML_V2模型在九大流域相关性较好(R>0.7),分布格局与变化趋势整体保持一致。②全国尺度上,ET均值为416.88 mm,增长速率为1.21 mm/a。Ec与ET均呈自东南向西北递减的分布格局,而Es与其相反。Ec、ET在九大流域均呈显著增加趋势(p<0.001)。Ei、Es在季风区流域分别呈显著增加和显著减小趋势;在内陆区流域呈不显著减小(p>0.05)和显著增加趋势。③在植被恢复背景下,ET组分比例发生了变化。Ec占比变化存在南北差异,南方流域Ec占比均减小,北方流域均增加。Ei占比在各流域均增加,Es占比均减小。黄河流域ET组分对植被恢复的响应最为明显,Ec占比增加了5.21%,Es占比减小了5.56%。