尹云鹤
, 吴绍洪, 赵东升, 戴尔阜
中国科学院地理科学与资源研究所,中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室,北京 100101
YIN Yunhe, WU Shaohong, ZHAO Dongsheng, DAI Erfu
收稿日期: 2015-06-23
修回日期: 2015-10-30
网络出版日期: 2016-01-23
版权声明: 2016 《地理研究》编辑部 《地理研究》编辑部
基金资助:
作者简介:
作者简介：尹云鹤（1979- ）,女,山东德州人,博士,副研究员,主要从事综合自然地理,气候变化的影响与适应研究。E-mail: yinyh@igsnrr.ac.cn
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摘要
黄河源区高寒生态系统具有重要的水源涵养功能。基于改进的LPJ动态植被模型,模拟研究1981-2010年中国黄河源区水源涵养量的时空变化特征,进一步探讨气候要素变化的影响。结果表明：近30年来黄河源区水源涵养量整体略呈减少趋势,减少速率为-1.15 mm/a,区域差异特征体现为大部分地区以减少趋势为主,特别是黄河源区东南部。过去30年黄河源区降水量以及大气水分需求能力的变化是影响生态系统水源涵养量增减的主要气候因素。随着干湿条件不同,两者影响程度各异,降水减少和潜在蒸散增加共同导致黄河源区东南部半湿润地区水源涵养量减少,而降水增加则是北部半干旱地区水源涵养量增加的主要原因。
关键词：
Abstract
The alpine ecosystem of the Source Region of the Yellow River (SRYR) has a significant water conservation function which represents water cycle within the atmosphere and biosphere. In this paper, ecosystem water conservation (EWC) was modeled by a modified dynamic vegetation model. Based on water balance method, the spatial-temporal changes in EWC and the impacts of climatic change were analyzed in the SRYR during the period 1981-2010. Results indicated that the EWC has a slightly decreasing trend of -1.15 mm/a in the past three decades. Furthermore, the EWC of most regions decreased especially in the southeast of the SRYR. In general, changes in both precipitation and atmospheric moisture demands have explicit influences on the amount and changes of the EWC, and the influences are various in different moisture conditions. In the southeast of the SRYR with sub-humid climate, both decreased precipitation and increased potential evapotranspiration induce the significant negative changes in the EWC. Meanwhile, in the northern part with semi-arid climate, increased precipitation is the main climatic factor leading the EWC to increase.
Keywords：
青藏高原是全球海拔最高的一个巨型构造地貌单元,具有独特的自然环境和自然分异规律[1],是中国主要河流的发源地。黄河源区地处青藏高原腹地,是中国生态安全和区域可持续发展的生态屏障,也是体现生态系统水源涵养功能的重要区域。随着国际上生态系统服务功能研究的迅速发展,高原高寒生态系统水源涵养量评估受到关注,成为近年来科学界研究的热点之一[2-5]。高原水源涵养生态系统以地区特有高寒植被为主,以草本和灌木为主的高寒草甸群落是河源地区对流域产流起关键作用的重要陆面生态系统[6]。但是目前大多数生态系统功能研究及评价往往只集中于对生态系统功能作静态的描述,而只有动态变化研究才能给予决策者更有价值的信息[7]。
近几十年来,由于自然因素和人类活动的影响,黄河源区植被指数下降、生态系统发生严重退化[8-10],径流量不断减少[11-13];与此同时,工农业生产和人民生活对黄河水资源的需求不断增加,导致黄河水资源供求关系日益紧张[14]。近几十年来黄河源区气候也发生明显变化,以显著增暖为主要特征。过去40年来黄河源区年平均气温的上升趋势可达0.31 ℃/10a[15]。在全球变化影响下,黄河源区生态系统的水源涵养量究竟如何变化,目前尚不清楚。其中特别是对于变暖背景下气候变化对水源涵养量的影响亟待开展全面深入的研究。
基于改进的LPJ（Lund-Potsdamn-Jena）动态植被模型,研究位于青藏高原黄河源区生态系统水源涵养量的时空动态特征,并分析气候要素变化的影响,对提高脆弱生态系统适应未来气候变化的能力具有重要科学意义,同时可为黄河源区生态保护与建设,保障区域生态安全与可持续发展等提供科学依据。
研究区为黄河源区,具体为唐乃亥水文站以上流域,总面积达12.2万km2,1956-2010年唐乃亥水文站平均径流量达198.8亿m3,占整个黄河入海口同期径流量的42%[16]。研究区涉及玉树、果洛、海南、黄南、甘南、甘孜和阿坝7个自治州的16个县（图1）,海拔大多在3000 m以上。
图1 黄河源区范围与气象站点分布
Fig. 1 Location of the Source Region of the Yellow River and meteorological stations
采用研究区及周边的19个气象站（图1）1981-2010年的逐月气象资料,数据来自中国气象科学数据共享服务网。具体包括平均气温、最高/最低气温、日照时数、平均风速、降水量、降水日数和相对湿度。对于某一站点月值序列中的缺测情况,采用同一站点该月在其他年份的算术平均值进行插补。1981-2000年唐乃亥水文站天然径流量数据来自黄河水利委员会。
数字高程模型（DEM）数据由全球GTOPO30数据经ArcGIS重采样,获得0.1°×0.1°经纬网格的高程。基于薄盘光滑样条插值方法（ANUSPLIN）对1981-2010年气象站点的观测资料进行空间插值,得到0.1°×0.1°经纬网格的气象数据集。ANUSPLIN插值方法是目前常用的空间插值方法之一,受地形等因素影响,黄河源区气候条件空间差异性较大,该方法对气温进行空间插值时考虑高程,能在一定程度上反映地形的影响。研究区0.1°×0.1°经纬网格的土壤质地数据根据1
目前水源涵养量的定量评估方法主要有蓄水能力法和水量平衡法。从蓄水能力角度研究生态系统水源涵养量主要包括植被冠层、枯落物层与土壤层的蓄水能力[3,17]。蓄水能力方法考虑了植被与土壤对降水的拦蓄作用,较为直观的表达了水源涵养能力,需要以大量的实地调查和实验数据为基础,适用于评价较小尺度生态系统水源涵养能力,但该方法缺乏考虑生态系统水分蒸散过程。
水量平衡法是一种自上而下的方法,仅考虑生态系统的水分输入和输出,进而估算生态系统水源涵养量。草地生态系统水源涵养量评估常采用单位面积年降雨量与年实际散量的差值[7]。其中,实际蒸散综合了气候—植被—土壤系统自身特征及气候和植被生长变化的作用,从而对水源涵养量产生重要影响。
黄河源区生态系统以高寒草甸和高寒草原为主要类型,从水量平衡的角度,利用改进的LPJ动态植被模型模拟黄河源区水源涵养量,进而分析气候要素变化的影响。
LPJ模型是目前国际广泛使用的动态植被模型之一,考虑植被动态的主要过程,适用于不同尺度气候变化的影响研究。模型主要根据植物功能型（PFTs）的环境限制因子和动态特征,生理适应特征、资源利用能力和光合效率的差异所产生的不同PFTs间的竞争力,以种群统计方法,来确定陆面植被分布和组成[18]。LPJ模型中植物—土壤—大气系统的水通量主要考虑降水、融雪、下渗、径流、截留蒸发、植被蒸腾和土壤蒸发等水文过程[18,19]。LPJ模型已广泛应用于模拟全球和区域的植被地理分布、净第一性生产力、碳水循环以及评估气候变化影响[20-24]。
为了提高模型区域适用性,在前期研究中[25,26],依据青藏高原气候和植被特征,在LPJ原模型基础上,新增了两种PFTs：温带灌丛和寒性草本;并对新增PFTs进行率定参数,主要包括光合温度、光合速率、光量子效率及冠层导度等参数。此外,还对LPJ模型的潜在蒸散模块进行校正,采用联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith方法模拟潜在蒸散。校正主要考虑气温、日照时数、风速和相对湿度多个气候要素,并根据高原地区辐射观测气象站的实测数据拟合太阳辐射估算经验系数[27]。目前研究组已开展的研究工作对模型结果进行部分验证,结果表明改进的LPJ模型对青藏高原生态系统及其蒸散过程有较好的模拟能力[25,26]。进一步利用黄河流域年降水量与天然径流量的差值,检验改进的LPJ模型对研究区实际蒸散的模拟能力。
首先利用1981-2010年的平均气候数据运行,在模型模拟的生态系统达到平衡状态之后,利用过去三十年逐月气候数据和黄河源区土壤资料,模拟水分蒸散量,进而结合降水量估算生态系统水源涵养量,分析其时空变化。
基于改进的LPJ模型模拟的1981-2000年黄河源区年实际蒸散为342.28±12.33 mm,与唐乃亥水文站控制流域年降水量和实测天然径流量的差值（323.07±30.33 mm）相比（图2）,表明改进模型模拟实际蒸散的结果较合理。
图2 黄河源区LPJ实际蒸散模拟值对比验证
Fig. 2 Validation of annual actual evapotranspiration modeled by the LPJ in the Source Region of the Yellow River
图3给出了黄河源区多年平均水源涵养量空间分布特征。在研究区北部的曲麻莱、玛多县北部、兴海、同德和泽库县的大部分地区,水源涵养量基本不高于100 mm。在黄河源区南部的达日和甘德县南部,久治、玛曲、若尔盖、阿坝和红原县的水源涵养量大多在200 mm以上。研究区中部的玛多、玛沁和河南县,以及甘德和达日县北部水源涵养量介于100~200 mm之间。总体上该区水源涵养量呈南高北低的分布特征。
图3 黄河源区水源涵养量的空间分布
Fig. 3 Spatial distribution of water conservation volume in the Source Region of the Yellow River
图4给出了黄河源区生态系统水源涵养量的年代际变化。20世纪80年代黄河源区生态系统水源涵养量整体偏多,与整个研究时段相比平均增多3.30%。区域差异来看,大部分地区偏多,而北部边缘地区略偏少。90年代研究区水源涵养量明显减少,相对多年均值偏少-13.01%,特别是中部和北部地区,其生态系统水源涵养量的偏少幅度多低于-10%,仅33°N以南局部地区略偏多。2000年以后研究区生态系统水源涵养量又有所增加,相对多年均值偏多1.37%,并且变化呈明显的区域差异,中北部以增加为主,而在南部地区则以减少为主。
图4 黄河源区水源涵养量的年代际变化（相对1981-2010年距平百分比）
Fig. 4 Decadal changes of water conservation volume in the Source Region of the Yellow River in 1980s (a), 1990s (b) and 2000s (c) (anomalies relative to 1981-2010)
图5a和图5b为1981-2010年黄河源区生态系统水源涵养量的变化趋势及空间差异图。可见过去30年来该区整体上水源涵养量略有下降趋势,以平均每10年-11.46 mm的速率减少,Mann-Kendall非参数检验表明变化趋势不显著。研究区水源涵养量年际波动呈现先降后升的变化特征,特别是在1981-2002年呈显著下降趋势,变化率达-4.12 mm/a（P<0.01,R2=0.36）。从水源涵养量变化趋势的空间差异看,增加趋势主要集中在35°N以北的地区,其他大部分地区则呈减少趋势,特别是东南部的玛曲、久治、红原、阿坝和若尔盖县,减少速率低于-2.0 mm/a。
图5 1981-2010年黄河源区水源涵养量（a, b）,降水量（c, d）和潜在蒸散（e, f）的时空变化
Fig. 5 Changes in the anomalies of water conservation (a, b), precipitation (c, d) and potential evapotranspiration (e, f) in the Source Region of the Yellow River during 1981-2010 (solid straight line denotes linear fitting trend, and dashed line denotes binomial fitting trend)
1981-2010年黄河源区气温呈明显的增加趋势（0.54 ℃/10a）,降水量变化的年际波动较大,整体上呈不显著的减少趋势,变化速率为-2.33 mm/10a,实际蒸散增加趋势达到9.13 mm/10a。表明过去30年黄河源区水源涵养量变化是降水量减少且实际蒸散增多共同作用的结果。
影响水源涵养量变化的气候因素包括气温、降水、辐射、潜在蒸散等。其中,潜在蒸散代表理想条件下的大气水分需求能力,是综合表征陆气系统水分和热量平衡关系的重要因子,受辐射、气温、相对湿度和风速等诸多要素综合作用。因此,近30年来降水和潜在蒸散这两个气候要素变化对水源涵养量的影响,可综合体现出气候变化的影响。
图5c和图5d给出了1981-2010年黄河源区降水量变化趋势的空间分布情况。与水源涵养量的变化过程相似,研究时段黄河源区降水量呈先降后升的变化特征,1981-2002年降水量呈显著下降趋势,变化率达-4.43 mm/a（P<0.05,R2=0.31）,2003年起降水量相对多年均值偏多（2006年除外）。年降水量变化趋势存在明显区域差异,增加趋势主要分布在中部和北部,南部降水量以减少为主。对比水源涵养量时空变化,可以看出两者变化趋势的空间分布基本一致,两者变化序列的相关系数可达0.93±0.05,但降水量减少趋势的范围小于水源涵养量减少区域。因此,大部分地区降水量是影响水源涵养量变化的主要气候因素。
图5e和图5f为1981-2010年黄河源区潜在蒸散变化趋势的空间分布。过去30年来研究区潜在蒸散整体上略有增加趋势,增加速率为7.17 mm/10a。空间分布上潜在蒸散变化趋势以增加为主,特别是玛沁至久治县及其东北部地区,增加趋势达到1.00 mm/a以上;而玛多县西部减少趋势明显。潜在蒸散与水源涵养量多呈负相关,相关系数为-0.24±0.17。
综合分析可见,在黄河源区东南部,气候属半湿润类型,降水量减少,同时,代表大气水分需求能力的潜在蒸散以增加趋势为主,由于该区水分收入基本不受限制,因此该区实际蒸散有所增加,生态系统水分消耗加强,导致东南地区生态系统水源涵养量大幅降低。在黄河源区北部,气候属半干旱类型,水分收入是控制该区生态系统结构和功能的主要因素,该区过去30年尽管实际蒸散也为增加趋势,而降水量增多是导致水源涵养量增加的主导因素。在中东部地区,尽管降水量有所增加,但由于潜在蒸散增加明显,即气温、辐射和风速等气象要素综合作用的大气水分需求能力更强,从而导致生态系统水源涵养量有所下降。
研究利用水量平衡法结合植被模型,估算了黄河源区水源涵养量,并利用趋势检验等方法分析了1981-2010年水源涵养量的变化特征及气候要素的影响,主要结论：
（1）1981-2010年黄河源区水源涵养量总体上呈减少趋势,减少速率为-1.15 mm/a,尤其在2002年前减少趋势显著,变化率达-4.12 mm/a,之后略有增加。黄河源区水源涵养量的变化趋势具有区域差异,北部的曲麻莱、玛多县北部、兴海县、同德县部分地区水源涵养量呈增加趋势,东南部的玛曲、久治、红原、阿坝和若尔盖县地区减少趋势明显。
（2）过去30年黄河源区降水量略有减少趋势,而潜在蒸散则呈微弱的增加趋势,变化速率分别为-0.23 mm/a和0.72 mm/a。从区域特征来看,年降水量变化的区域差异明显,增加趋势主要分布在中部和北部,34°N以南则以减少为主。而在玛沁—久治一线的东北部地区潜在蒸散多为增加趋势。
（3）降水和潜在蒸散变化直接影响生态系统水源涵养量增减的主要气候要素,并且随着干湿条件的不同,两者的影响程度也存在差异。在黄河源区东南部的半湿润地区,水源涵养量减少主要受降水减少和蒸散增加的共同影响;在北部半干旱地区,水源涵养量增加主要是降水量增加的结果。
研究采用动态植被模型估算黄河源区水源涵养量变化趋势,与利用其他资料方法的研究具有可比性。例如,王根绪等人基于遥感影像和径流资料发现1961年以来达日县吉迈水文站以上河源区的高覆盖草地面积减少、高寒湿地萎缩以及土地荒漠化加剧,水源涵养指数持续减小[15]。此外,近30年来水源涵养量下降趋势与该区实际观测的径流量在20世纪90年代以来明显减少的现象[11-13]亦相一致。研究生态系统水源涵养量在气候变化影响下的动态特征,可为分析未来气候变化影响及制定适应气候变化策略提供科学基础。水源涵养是黄河源区重要生态功能之一,黄河源区生态功能保护是构成国家生态安全屏障的重要部分,在其保护和建设过程中必须充分考虑气候变化影响,建立相应的应对措施,才能确保黄河源区乃至青藏高原的生态系统有效的适应全球变化。
过去30年降水量是影响黄河源区生态系统水源涵养量变化最为主要的气候要素,蒸散在局部地区也存在重要影响。相关研究得出的水源涵养变化也体现了降水和实际蒸散的共同作用[28]。几十年来全球普遍升温,然而全球和区域潜在蒸散或器测蒸发皿蒸发却出现减少趋势,研究表明主要可能是受太阳辐射降低或风速减弱等气候因素的影响[29-31],但自20世纪90年代末以来,许多地区潜在蒸散又有所增加[32]。未来升温加剧的情况下,则可供蒸发蒸腾的水分增加,在一定程度上将导致实际蒸散增多,黄河源区水源涵养量有进一步降低的风险。
除了气候条件外,植被类型与覆盖度、土壤特性及土壤供水量的改变也对实际蒸散和水源涵养的变化产生一定作用。本研究采用气象数据和动态植被模型估算水源涵养量,有利于阐释气候变化对水源涵养量的直接影响,但未考虑人类活动等其他因素对下垫面的影响。尽管黄河源区位于青藏高原,人类活动的影响较为相对较弱[14],但仍受到过度放牧等人类活动,冻土退化、冰川退缩和高原鼠害等的复杂影响,河源区草地退化明显[10,15],特别是高覆盖度草地面积减小[33]。植被发生严重退化、覆盖度减少,将导致土壤物理性质发生改变,进而降低生态系统的水源涵养能力。在全球变化背景下,气候要素和植被覆盖变化对水源涵养量的耦合作用,以及生态系统水源涵养量变化的驱动机制还需要进行深入研究。
The authors have declared that no competing interests exist.
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青藏高原自然地域系统研究 .
青藏高原是一独特的自然地域单元，受大气环流和高原地势格局的制约，形成了高原温度，水份状况地域组合的不同，呈现从东南温暖湿润向西寒冷干旱的变化。高原自然地域系统的划分遵循生物气候原则，即地带性原则，按照温度条件、水份状况和地形差异依次加以划分。
Natural region system research of Tibetan Plateau.
青藏高原是一独特的自然地域单元，受大气环流和高原地势格局的制约，形成了高原温度，水份状况地域组合的不同，呈现从东南温暖湿润向西寒冷干旱的变化。高原自然地域系统的划分遵循生物气候原则，即地带性原则，按照温度条件、水份状况和地形差异依次加以划分。
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苏德毕力格, 哈斯, 等.长江上游森林水源涵养功能及空间分布特征 .
以长江上游森林生态系统为研究对象,按照植被类型将研究区域划分 成11个评估单元。根据研究区各森林类型林冠层、枯枝落叶层和土壤层的指标数据和2001年NOAA影像,结合野外调查,应用GIS技术对整个长江上游森 林水源涵养功能及其在空间上的分布特征进行了探讨。结果表明：（1）长江上游森林水源涵养功能平均值为79.33 mm。林冠层、枯落物层、土壤层水源涵养功能平均值分别为1.29,2.81和75.21 mm。长江上游森林水源涵养总量为1.667 5×10^10t。林冠层、枯落物层和土壤层分别占涵养总量的1.63%,3.54%和94.81%。土壤层是森林系统水源涵养总量的主体。（2）长江上 游森林水源涵养功能由南向北呈现先增加后减少的抛物线趋势,由西向东表现出近似幂函数曲线的逐渐减少趋势。这与林冠层的变化趋势相反,与土壤层的变化趋势 具有一致性。（3）在水平方向上,长江上游森林水源涵养功能以岷山—茶坪山—夹金山—锦屏山—玉龙山一线为界,表现出西强东弱的空间分布格局;在垂直方向 上,森林水源涵养功能随着海拔的升高逐渐增加,至海拔4 200 m左右,出现减少的趋势。
Water conservation function of forest ecosystem and its spatial distribution characteristics in upper reaches of the Yangtze River.
以长江上游森林生态系统为研究对象,按照植被类型将研究区域划分 成11个评估单元。根据研究区各森林类型林冠层、枯枝落叶层和土壤层的指标数据和2001年NOAA影像,结合野外调查,应用GIS技术对整个长江上游森 林水源涵养功能及其在空间上的分布特征进行了探讨。结果表明：（1）长江上游森林水源涵养功能平均值为79.33 mm。林冠层、枯落物层、土壤层水源涵养功能平均值分别为1.29,2.81和75.21 mm。长江上游森林水源涵养总量为1.667 5×10^10t。林冠层、枯落物层和土壤层分别占涵养总量的1.63%,3.54%和94.81%。土壤层是森林系统水源涵养总量的主体。（2）长江上 游森林水源涵养功能由南向北呈现先增加后减少的抛物线趋势,由西向东表现出近似幂函数曲线的逐渐减少趋势。这与林冠层的变化趋势相反,与土壤层的变化趋势 具有一致性。（3）在水平方向上,长江上游森林水源涵养功能以岷山—茶坪山—夹金山—锦屏山—玉龙山一线为界,表现出西强东弱的空间分布格局;在垂直方向 上,森林水源涵养功能随着海拔的升高逐渐增加,至海拔4 200 m左右,出现减少的趋势。
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三江源地区生态系统水源涵养功能分析及其价值评估 .
从凋落物层和土壤蓄水能力角度来定量评价三江源地区生态系统涵养水分功能；以三江源地区年径流量作为指标来评价其涵养水分功能；使用影子价格法评价其涵养水分功能价值。结果表明：三江源地区植被凋落物和土壤涵养水源能力总计为1.646 9×1010t，涵养水源能力总价值为1.103 4×1010元，其中，植被凋落物涵养水源能力为1.55×108 t，价值为1.039 8×108元；土壤涵养水源能力为1.631 4×1010t，价值为1.093 0×1010元。三江源地区年径流量为4.93×1010m3，价值为3.303 1×1010元。可见，三江源地区生态系统涵养水源功能巨大。
Function and value of water-holding in Sanjiangyuan Region.
从凋落物层和土壤蓄水能力角度来定量评价三江源地区生态系统涵养水分功能；以三江源地区年径流量作为指标来评价其涵养水分功能；使用影子价格法评价其涵养水分功能价值。结果表明：三江源地区植被凋落物和土壤涵养水源能力总计为1.646 9×1010t，涵养水源能力总价值为1.103 4×1010元，其中，植被凋落物涵养水源能力为1.55×108 t，价值为1.039 8×108元；土壤涵养水源能力为1.631 4×1010t，价值为1.093 0×1010元。三江源地区年径流量为4.93×1010m3，价值为3.303 1×1010元。可见，三江源地区生态系统涵养水源功能巨大。
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长江上游森林植被水文功能研究 .https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2001.05.009 Magsci 摘要
长江上游森林林冠截留量与林分郁闭度呈正相关，当亚高山冷杉林的林分郁闭度为0．7时(5～7月)，平均截留率为24％，当郁闭度在0．3时(5～7月)，平均截留率降为9．5％；从枯落物持水量来看，箭竹冷杉林最大(6．0mm)，藓类冷杉林最小(2．8mm)，主要因为前者有较多的落叶伴生树种和灌木。岷江冷杉原始林的土壤最大持水量、枯落物最大持水量、苔藓层最大持水量比皆伐后形成的其他森林类型要大2．3～17．2倍，从而具有更好的水源涵养功能。植被对径流的影响初步结论是，森林大流域的年径流量常常大于少林或无林流域的径流量；不同采伐强度径流量比较是皆伐迹地＞择伐迹地＞原始森林。与全国其他森林类型的蒸发散研究比较显示，长江上游森林的相对蒸散率较低，为30％～40％，这主要是由于海拔较高，降水量大所致。
Hydrological functions of forest vegetation in upper reaches of the Yangtze River. https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2001.05.009 Magsci 摘要
长江上游森林林冠截留量与林分郁闭度呈正相关，当亚高山冷杉林的林分郁闭度为0．7时(5～7月)，平均截留率为24％，当郁闭度在0．3时(5～7月)，平均截留率降为9．5％；从枯落物持水量来看，箭竹冷杉林最大(6．0mm)，藓类冷杉林最小(2．8mm)，主要因为前者有较多的落叶伴生树种和灌木。岷江冷杉原始林的土壤最大持水量、枯落物最大持水量、苔藓层最大持水量比皆伐后形成的其他森林类型要大2．3～17．2倍，从而具有更好的水源涵养功能。植被对径流的影响初步结论是，森林大流域的年径流量常常大于少林或无林流域的径流量；不同采伐强度径流量比较是皆伐迹地＞择伐迹地＞原始森林。与全国其他森林类型的蒸发散研究比较显示，长江上游森林的相对蒸散率较低，为30％～40％，这主要是由于海拔较高，降水量大所致。
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长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力的初步研究 .https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2004.03.012 Magsci [本文引用: 1] 摘要
论文在收集长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土壤层等3个水文生态功能作用层资料的基础上,根据山地气候带和群落生活型将长江上游森林归并为14个植被类型,对其降水截留规律和蓄水能力进行了综合评价。在森林综合蓄水能力中,土壤层和枯落物层持水量占了绝大部分比例,土壤非毛管孔隙度对森林蓄水能力具有决定作用,可以利用凋落物现存量和土壤非毛管孔隙度来评价和估算枯落物和土壤蓄水的综合能力。在长江上游各类森林植被中,常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、铁杉、槭、桦林、云杉林、冷杉林和硬叶常绿阔叶林具有较强的持水能力,这些植被在长江上游高山峡谷区山地垂直带中广泛分布,对整个流域水源涵养和水土保持具有重要作用。因此,在长江上游实施天然林保护和退耕还林工程等生态建设具有重要意义。
Water retention capacity evaluation of main forest vegetation types in the upper Yangtze Basin. https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2004.03.012 Magsci [本文引用: 1] 摘要
论文在收集长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土壤层等3个水文生态功能作用层资料的基础上,根据山地气候带和群落生活型将长江上游森林归并为14个植被类型,对其降水截留规律和蓄水能力进行了综合评价。在森林综合蓄水能力中,土壤层和枯落物层持水量占了绝大部分比例,土壤非毛管孔隙度对森林蓄水能力具有决定作用,可以利用凋落物现存量和土壤非毛管孔隙度来评价和估算枯落物和土壤蓄水的综合能力。在长江上游各类森林植被中,常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、铁杉、槭、桦林、云杉林、冷杉林和硬叶常绿阔叶林具有较强的持水能力,这些植被在长江上游高山峡谷区山地垂直带中广泛分布,对整个流域水源涵养和水土保持具有重要作用。因此,在长江上游实施天然林保护和退耕还林工程等生态建设具有重要意义。
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高寒草地植被覆盖变化对土壤水分循环影响研究 .
土地覆盖变化对流域水平衡的影响是流域水文学和生态水文学研究的关键问题之一.以黄河源区两个典型小流域为研究对象,通过对流域不同植被类型与植被覆盖土壤的水分含量、入渗过程、蒸散发特征的测定,研究了高寒草地植被覆盖变化对土壤水分循环的影响.结果表明:广泛分布于青藏高原河源区的高寒草甸草地,植被覆盖度与土壤水分之间具有显著的相关关系,尤其是20cm深度范围内土壤水分随植被盖度呈二次抛物线性趋势增加;在保持其原有的植物建群和较高覆盖度时,土壤上层具有较高持水能力,降水通过表层向深层土壤的渗透速度缓慢,且具有较均匀的土壤水分空间分布,水源涵养功能明显;高寒草甸草地退化后的高山草甸土壤趋于干燥,持水能力减弱,即使进行人工改良以后,土壤水分含量与持水能力也不会有明显改善.保护河源区原有高寒草甸草地对于河源区水文过程意义重大.
Study on the influence of vegetation change on soil moisture cycle in alpine meadow.
土地覆盖变化对流域水平衡的影响是流域水文学和生态水文学研究的关键问题之一.以黄河源区两个典型小流域为研究对象,通过对流域不同植被类型与植被覆盖土壤的水分含量、入渗过程、蒸散发特征的测定,研究了高寒草地植被覆盖变化对土壤水分循环的影响.结果表明:广泛分布于青藏高原河源区的高寒草甸草地,植被覆盖度与土壤水分之间具有显著的相关关系,尤其是20cm深度范围内土壤水分随植被盖度呈二次抛物线性趋势增加;在保持其原有的植物建群和较高覆盖度时,土壤上层具有较高持水能力,降水通过表层向深层土壤的渗透速度缓慢,且具有较均匀的土壤水分空间分布,水源涵养功能明显;高寒草甸草地退化后的高山草甸土壤趋于干燥,持水能力减弱,即使进行人工改良以后,土壤水分含量与持水能力也不会有明显改善.保护河源区原有高寒草甸草地对于河源区水文过程意义重大.
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《生态系统服务功能价值评估的理论、方法与应用》是国家自然科学基金委员会重点项目“我国陆地生态系统服务功能及其价值评估”(资助号：30230090)研究成果。在系统评介生态系统服务功能研究现状的基础上，全面阐述了生态系统服务功能价值评估的理论基础、基本方法与存在问题，推荐了较为适用的生态系统服务功能评估方法体系，在大量实地调查和试验的基础上，重点对森林、草地、农田、湿地等主要陆地生态系统的服务功能进行了分析和评估。
《生态系统服务功能价值评估的理论、方法与应用》是国家自然科学基金委员会重点项目“我国陆地生态系统服务功能及其价值评估”(资助号：30230090)研究成果。在系统评介生态系统服务功能研究现状的基础上，全面阐述了生态系统服务功能价值评估的理论基础、基本方法与存在问题，推荐了较为适用的生态系统服务功能评估方法体系，在大量实地调查和试验的基础上，重点对森林、草地、农田、湿地等主要陆地生态系统的服务功能进行了分析和评估。
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黄河源区植被变化趋势及其对气候变化的响应过程研究 .
利用1982～2001年NOAA/AVHRR(美国大气海洋局 卫星/甚高分辨率辐射计)NDVI(归一化植被指数)资料、2000～2008年EOS/MODIS(地球观测系统卫星/中等分辨率成像光谱仪)NDVI 资料以及1982～2008年黄河源区的玛多、玛曲和兴海气象台站逐月气温和降水资料,分析了黄河源区玛多、玛曲和兴海地区卫星遥感植被指数的时空变化特 征,探讨了全球变化背景下黄河源区植被对气候变化的响应过程.结果表明:黄河源区植被在时间和空间尺度上都呈现退化趋势.1982～1990年黄河源区植 被退化主要发生黄河源区鄂陵湖以东区域；1991～2000年植被退化范围进一步扩大到源区北部兴海共和地区以及若尔盖草原；2000～2008年植被退 化范围扩大至黄河上游主要水源涵养区的玛曲草原,但源区北部的兴海和共和地区却出现了植被增加的趋势.黄河源区植被对气候变化响应关系为:黄河源区水源涵 养区植被对气温的响应最为敏感,气温低于0.0℃时,植被指数对气温的变化没有响应,当月平均气温大于5.0℃时,植被指数随气温的升高呈指数关系增长. 局地降水对植被的影响非常复杂,在生长初期(4～6月)影响很大,但随着植被生长丰茂,植被指数达到高值而趋于饱和时,对局地降水的响应就会很小.
Trend of vegetation evaluation and its responses to climate change over the source region of the Yellow River.
利用1982～2001年NOAA/AVHRR(美国大气海洋局 卫星/甚高分辨率辐射计)NDVI(归一化植被指数)资料、2000～2008年EOS/MODIS(地球观测系统卫星/中等分辨率成像光谱仪)NDVI 资料以及1982～2008年黄河源区的玛多、玛曲和兴海气象台站逐月气温和降水资料,分析了黄河源区玛多、玛曲和兴海地区卫星遥感植被指数的时空变化特 征,探讨了全球变化背景下黄河源区植被对气候变化的响应过程.结果表明:黄河源区植被在时间和空间尺度上都呈现退化趋势.1982～1990年黄河源区植 被退化主要发生黄河源区鄂陵湖以东区域；1991～2000年植被退化范围进一步扩大到源区北部兴海共和地区以及若尔盖草原；2000～2008年植被退 化范围扩大至黄河上游主要水源涵养区的玛曲草原,但源区北部的兴海和共和地区却出现了植被增加的趋势.黄河源区植被对气候变化响应关系为:黄河源区水源涵 养区植被对气温的响应最为敏感,气温低于0.0℃时,植被指数对气温的变化没有响应,当月平均气温大于5.0℃时,植被指数随气温的升高呈指数关系增长. 局地降水对植被的影响非常复杂,在生长初期(4～6月)影响很大,但随着植被生长丰茂,植被指数达到高值而趋于饱和时,对局地降水的响应就会很小.
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长江黄河源区高寒植被变化的NDVI记录 .Magsci 摘要
<p>使用8 km分辨率Pathdfinder NOAA-AVHRR/NDVI时间序列数据, 对青藏高原长江、黄河源区1982~2001年地表植被覆盖的空间分布和时间序列变化进行了分析, 并在典型区NDVI与气温、降水量和浅层地温单相关关系分析的基础上, 在不考虑地温作用和考虑地温作用两种条件下, 构建了NDVI与气温、降水量和浅层地温的统计模型。结果表明：近20年来江河源区的植被覆盖总体上保持原状, 局部继续退化。黄河源区的扎陵湖、鄂陵湖周边及其北东部地区、巴颜喀拉山北麓的多曲源头地区、长江源区的曲麻莱和治多一带、托托河沿至伍道梁之间的青藏公路两侧一定范围、格拉丹冬局部地区年NDVI减少显著, 幅度在0%~20%之间, 植被退化严重。江河源区年NDVI的变化, 即植被覆盖状况的好坏主要受温度, 尤其是40 cm附近地温的影响, NDVI对40 cm的地温变化极为敏感。在江河源多年冻土区, 冻土冻融过程不仅与地温变化息息相关, 而且影响土壤含水量的多少, 冻土的退化将会直接影响该区植被的生长。</p>
NDVI reflection of alpine vegetation in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers. Magsci 摘要
<p>使用8 km分辨率Pathdfinder NOAA-AVHRR/NDVI时间序列数据, 对青藏高原长江、黄河源区1982~2001年地表植被覆盖的空间分布和时间序列变化进行了分析, 并在典型区NDVI与气温、降水量和浅层地温单相关关系分析的基础上, 在不考虑地温作用和考虑地温作用两种条件下, 构建了NDVI与气温、降水量和浅层地温的统计模型。结果表明：近20年来江河源区的植被覆盖总体上保持原状, 局部继续退化。黄河源区的扎陵湖、鄂陵湖周边及其北东部地区、巴颜喀拉山北麓的多曲源头地区、长江源区的曲麻莱和治多一带、托托河沿至伍道梁之间的青藏公路两侧一定范围、格拉丹冬局部地区年NDVI减少显著, 幅度在0%~20%之间, 植被退化严重。江河源区年NDVI的变化, 即植被覆盖状况的好坏主要受温度, 尤其是40 cm附近地温的影响, NDVI对40 cm的地温变化极为敏感。在江河源多年冻土区, 冻土冻融过程不仅与地温变化息息相关, 而且影响土壤含水量的多少, 冻土的退化将会直接影响该区植被的生长。</p>
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黄河源地区草地退化空间特征 .
<p>利用黄河源地区1985年和2000年1:100 000土地利用/覆被数据，结合1:250 000 DEM、道路和居民点数据与野外调查资料，分析草地退化与坡向、海拔及距道路和居民点距离之间的关系，探讨黄河源区15年间土地覆被变化特征与规律。结果表明，退化草地占源区总面积的8.24%，冬春季牧场退化率显著高于夏季牧场；草地退化是黄河源区研究时段内土地利用/覆被变化最主要的特征。草地退化表现为：① 阳坡退化率高于阴坡；② 受人口密度影响，草地退化率与海拔高度成反比，相关系数为-0.925；③ 距离居民点越近，退化率越高。尤其当与居民点距离 ≤12 km时，草地退化率与其相关系数高达-0.996；④ 在距道路4 km以内，草地退化率与道路距离成反比，相关系数高达-0.978。1985年以来，源区的草地退化有自然因素的影响，但人类活动的影响仍起主导作用。科学地减少当地居民对草地的过分依赖是解决脆弱的江河源区环境退化的根本。</p>
Grassland degradation in the Source Region of the Yellow River.
<p>利用黄河源地区1985年和2000年1:100 000土地利用/覆被数据，结合1:250 000 DEM、道路和居民点数据与野外调查资料，分析草地退化与坡向、海拔及距道路和居民点距离之间的关系，探讨黄河源区15年间土地覆被变化特征与规律。结果表明，退化草地占源区总面积的8.24%，冬春季牧场退化率显著高于夏季牧场；草地退化是黄河源区研究时段内土地利用/覆被变化最主要的特征。草地退化表现为：① 阳坡退化率高于阴坡；② 受人口密度影响，草地退化率与海拔高度成反比，相关系数为-0.925；③ 距离居民点越近，退化率越高。尤其当与居民点距离 ≤12 km时，草地退化率与其相关系数高达-0.996；④ 在距道路4 km以内，草地退化率与道路距离成反比，相关系数高达-0.978。1985年以来，源区的草地退化有自然因素的影响，但人类活动的影响仍起主导作用。科学地减少当地居民对草地的过分依赖是解决脆弱的江河源区环境退化的根本。</p>
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黄河源区气候向暖湿转变的观测事实及其水文响应 .https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0104 Magsci [本文引用: 2] 摘要
基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.
The fact of climate shift to warm-humid in the source regions of the Yellow River and its hydrologic response. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0104 Magsci [本文引用: 2] 摘要
基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.
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黄河源区地表水资源变化及其影响因子 .https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2007.03.008 URL 摘要
利用1955￣2005年黄河 源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料,分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律,揭示了地表水资源变化的成因。研究表明:近51年黄河源流量 丰枯转化频繁,但在总体上特别是进入20世纪90年代以来黄河源流量呈减少趋势,流量年内分配表现为单峰型;降水量对流量有着较为显著的影响,且具有一定 的持续性;黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用,其中春季气温回升的这一效应更为显著; 黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势,冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系,其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用;黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋 势,并导致流量的减少;气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%,其余30%可能是由人类活动加剧造成的,气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻 土、降水、蒸发和气温,显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。
Changes and influencing factors of surface water resources in the source region of the Yellow River. https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2007.03.008 URL 摘要
利用1955￣2005年黄河 源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料,分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律,揭示了地表水资源变化的成因。研究表明:近51年黄河源流量 丰枯转化频繁,但在总体上特别是进入20世纪90年代以来黄河源流量呈减少趋势,流量年内分配表现为单峰型;降水量对流量有着较为显著的影响,且具有一定 的持续性;黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用,其中春季气温回升的这一效应更为显著; 黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势,冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系,其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用;黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋 势,并导致流量的减少;气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%,其余30%可能是由人类活动加剧造成的,气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻 土、降水、蒸发和气温,显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。
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黄河源区径流减少的原因探讨 .https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-9585.2006.03.006 URL [本文引用: 2] 摘要
分析了黄河源区 1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河 源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降 水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化 趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。
Exploration of reason of runoff decrease in the Source Regions of the Yellow River. https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-9585.2006.03.006 URL [本文引用: 2] 摘要
分析了黄河源区 1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河 源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降 水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化 趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。
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黄河源区气候对径流的影响分析 .https://doi.org/10.3321/j.issn:1005-2321.2006.05.006 URL [本文引用: 2] 摘要
根据对降水响应速度的快慢，径流又可分为直接径流和基流。基流一般定义为河川径流中来自于地下蓄水或者其他延迟水源的成分，代表地下水出流；直接径流表示对降水事件的直接响应。从这一思路出发，文中在分析降水到总径流、直接径流和基流的转化率的基础上分析了气候变化对径流的影响。研究发现，黄河源区的径流系数随降水量的增加而增大，随气温升高而降低；径流随着降水的增加而增加。20世纪90年代降水减少和气温的大幅度升高是黄河源区径流减少的重要原因。区间子流域分析表明，不同的子流域气温和降水对径流的影响不同，在吉迈以上区间，年气温比较低，气温是影响径流系数的主要因子，径流随着气温的升高而降低，降水对径流的影响比较小；在吉迈一玛曲区间，直接径流量／降水量主要受降水的影响，总径流量／降水量、基流量／降水量随降水增加而升高，随气温升高而降低。总径流和基流随降水的增加而增大，随气温的升高而减少；在玛曲一唐乃亥区间，径流系数随着降水量的增加而增加，直接径流量／降水量随气温的升高而降低，降水是径流的主要影响因素。
Impact of climate on runoff in the source regions of the Yellow River. https://doi.org/10.3321/j.issn:1005-2321.2006.05.006 URL [本文引用: 2] 摘要
根据对降水响应速度的快慢，径流又可分为直接径流和基流。基流一般定义为河川径流中来自于地下蓄水或者其他延迟水源的成分，代表地下水出流；直接径流表示对降水事件的直接响应。从这一思路出发，文中在分析降水到总径流、直接径流和基流的转化率的基础上分析了气候变化对径流的影响。研究发现，黄河源区的径流系数随降水量的增加而增大，随气温升高而降低；径流随着降水的增加而增加。20世纪90年代降水减少和气温的大幅度升高是黄河源区径流减少的重要原因。区间子流域分析表明，不同的子流域气温和降水对径流的影响不同，在吉迈以上区间，年气温比较低，气温是影响径流系数的主要因子，径流随着气温的升高而降低，降水对径流的影响比较小；在吉迈一玛曲区间，直接径流量／降水量主要受降水的影响，总径流量／降水量、基流量／降水量随降水增加而升高，随气温升高而降低。总径流和基流随降水的增加而增大，随气温的升高而减少；在玛曲一唐乃亥区间，径流系数随着降水量的增加而增加，直接径流量／降水量随气温的升高而降低，降水是径流的主要影响因素。
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气候变化对长江黄河源区生态系统的影响及其水文效应 .
利用1967年航片数据、1986和2000年两期遥感TM数据，对长江黄河源区高寒生态系统分布格局变化进行了分析，并结合源区气候变化观测数据，分析了源区高寒生态系统变化与气候的关系和陆面生态系统变化对源区水文过程的影响。结果表明：过去40 a来，长江源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了13.5%、3.6%和28.9%，黄河源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了23.2%、7.0%和13.6%，江河源区低覆盖草甸、草原和沙漠草地面积均不同程度地增加；长江、黄河源区气温变化率分别为0.27和0.31℃/10a，降水的变化趋势在长江、黄河源区分别以0.36和0.07 mm/a的速率递增，气温持续升高和由此引起的冻土退化是导致高寒生态系统退化的主要因素之一；陆面生态系统退化对源区水文过程影响显著，在降水没有明显变化的情况下，长江、黄河源区径流系数分别由1960年代的0.16和0.28下降到21世纪的0.12和0.21，且降水－径流关系减弱，出源径流趋于减少，洪水发生频率显著增加，水源涵养指数持续减小。如何应对气候变化，维护源区高寒生态系统功能，已成为迫切需要关注和解决的关键问题。
Hydrologic effect of ecosystem responses to climatic change in the source regions of Yangtze River and Yellow River.
利用1967年航片数据、1986和2000年两期遥感TM数据，对长江黄河源区高寒生态系统分布格局变化进行了分析，并结合源区气候变化观测数据，分析了源区高寒生态系统变化与气候的关系和陆面生态系统变化对源区水文过程的影响。结果表明：过去40 a来，长江源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了13.5%、3.6%和28.9%，黄河源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了23.2%、7.0%和13.6%，江河源区低覆盖草甸、草原和沙漠草地面积均不同程度地增加；长江、黄河源区气温变化率分别为0.27和0.31℃/10a，降水的变化趋势在长江、黄河源区分别以0.36和0.07 mm/a的速率递增，气温持续升高和由此引起的冻土退化是导致高寒生态系统退化的主要因素之一；陆面生态系统退化对源区水文过程影响显著，在降水没有明显变化的情况下，长江、黄河源区径流系数分别由1960年代的0.16和0.28下降到21世纪的0.12和0.21，且降水－径流关系减弱，出源径流趋于减少，洪水发生频率显著增加，水源涵养指数持续减小。如何应对气候变化，维护源区高寒生态系统功能，已成为迫切需要关注和解决的关键问题。
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黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测 .
利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。
Response to climate change and prediction of runoff in the Source Region of Yellow River.
利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。
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长江上游森林生态系统水源涵养量与价值的研究 .
该文以长江上游为研究区域，根据上游地区自然地理环境条件的差别，划分为暗针叶林、其它针叶林、阔叶林、经济林、竹林、灌木林和6个森林生态系统类型区域，并利用年降雨量、林冠截留量数据以及“影子工程”等方法，计量和评述了该地区森林生态系统的水源涵养效益。结果表明：长江上游地区森林生态系统的年涵养水资源量为2397.2814×108m3,涵养水源的年经济价值为1606.179×108元，相当于该区域1999年国内生产总值的1/4。
Water conservation of forest ecosystem in the upper reaches of Yangtze River and its benefits.
该文以长江上游为研究区域，根据上游地区自然地理环境条件的差别，划分为暗针叶林、其它针叶林、阔叶林、经济林、竹林、灌木林和6个森林生态系统类型区域，并利用年降雨量、林冠截留量数据以及“影子工程”等方法，计量和评述了该地区森林生态系统的水源涵养效益。结果表明：长江上游地区森林生态系统的年涵养水资源量为2397.2814×108m3,涵养水源的年经济价值为1606.179×108元，相当于该区域1999年国内生产总值的1/4。
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Evaluation of ecosystem dynamics, plant geography and terrestrial carbon cycling in the LPJ dynamic global vegetation model. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2003.00569.x URL PMID: 1703012 [本文引用: 2] 摘要
The Lund–Potsdam–Jena Dynamic Global Vegetation Model (LPJ) combines process-based, large-scale representations of terrestrial vegetation dynamics and land-atmosphere carbon and water exchanges in a modular framework. Features include feedback through canopy conductance between photosynthesis and transpiration and interactive coupling between these ‘fast’ processes and other ecosystem processes including resource competition, tissue turnover, population dynamics, soil organic matter and litter dynamics and fire disturbance. Ten plants functional types (PFTs) are differentiated by physiological, morphological, phenological, bioclimatic and fire-response attributes. Resource competition and differential responses to fire between PFTs influence their relative fractional cover from year to year. Photosynthesis, evapotranspiration and soil water dynamics are modelled on a daily time step, while vegetation structure and PFT population densities are updated annually.
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Terrestrial vegetation and water balance: hydrological evaluation of a dynamic global vegetation model. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2003.09.029 URL [本文引用: 1] 摘要
Earth's vegetation plays a pivotal role in the global water balance. Hence, there is a need to model dynamic interactions and feedbacks between the terrestrial biosphere and the water cycle. Here, the hydrological performance of the Lund–Potsdam–Jena model (LPJ), a prominent dynamic global vegetation model, is evaluated. Models of this type simulate the coupled terrestrial carbon and water cycle, thus they are well suited for investigating biosphere–hydrosphere interactions over large domains. We demonstrate that runoff and evapotranspiration computed by LPJ agree well with respective results from state-of-the-art global hydrological models, while in some regions, runoff is significantly over- or underestimated compared to observations. The direction and magnitude of these biases is largely similar to those from other macro-scale models, rather than specific to LPJ. They are attributable primarily to uncertainties in the climate input data, and to human interventions not considered by the model (e.g. water withdrawal, land cover conversions). Additional model development is required to perform integrated assessments of water exchanges among the biosphere, the hydrosphere, and the anthroposphere. Yet, the LPJ model can now be used to study inter-relations between the world's major vegetation types and the terrestrial water balance. As an example, it is shown that a doubling of atmospheric COcontent alone would result in pronounced changes in evapotranspiration and runoff for many parts of the world. Although significant, these changes would remain unseen by stand-alone hydrological models, thereby emphasizing the importance of simulating the coupled carbon and water cycle.
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Implications of future climate and atmospheric CO2 content for regional biogeochemistry, biogeography and ecosystem services across East Africa. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.01997.x URL [本文引用: 1] 摘要
We model future changes in land biogeochemistry and biogeography across East Africa. East Africa is one of few tropical regions where general circulation model (GCM) future climate projections exhibit a robust response of strong future warming and general annual-mean rainfall increases. Eighteen future climate projections from nine GCMs participating in the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment were used as input to the LPJ dynamic global vegetation model (DGVM), which predicted vegetation patterns and carbon storage in agreement with satellite observations and forest inventory data under the present-day climate. All simulations showed future increases in tropical woody vegetation over the region at the expense of grasslands. Regional increases in net primary productivity (NPP) (18-36%) and total carbon storage (3-13%) by 2080-2099 compared with the present-day were common to all simulations. Despite decreases in soil carbon after 2050, seven out of nine simulations continued to show an annual net land carbon sink in the final decades of the 21st century because vegetation biomass continued to increase. The seasonal cycles of rainfall and soil moisture show future increases in wet season rainfall across the GCMs with generally little change in dry season rainfall. Based on the simulated present-day climate and its future trends, the GCMs can be grouped into four broad categories. Overall, our model results suggest that East Africa, a populous and economically poor region, is likely to experience some ecosystem service benefits through increased precipitation, river runoff and fresh water availability. Resulting enhancements in NPP may lead to improved crop yields in some areas. Our results stand in partial contradiction to other studies that suggest possible negative consequences for agriculture, biodiversity and other ecosystem services caused by temperature increases.
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The effects of land use and climate change on the carbon cycle of Europe over the past 500 years. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02580.x URL 摘要
Abstract The long residence time of carbon in forests and soils means that both the current state and future behavior of the terrestrial biosphere are influenced by past variability in climate and anthropogenic land use. Over the last half-millennium, European terrestrial ecosystems were affected by the cool temperatures of the Little Ice Age, rising CO 2 concentrations, and human induced deforestation and land abandonment. To quantify the importance of these processes, we performed a series of simulations with the LPJ dynamic vegetation model driven by reconstructed climate, land use, and CO 2 concentrations. Although land use change was the major control on the carbon inventory of Europe over the last 500 years, the current state of the terrestrial biosphere is largely controlled by land use change during the past century. Between 1500 and 2000, climate variability led to temporary sequestration events of up to 3 Pg, whereas increasing atmospheric CO 2 concentrations during the 20th century led to an increase in carbon storage of up to 15 Pg. Anthropogenic land use caused between 25 Pg of carbon emissions and 5 Pg of uptake over the same time period, depending on the historical and spatial pattern of past land use and the timing of the reversal from deforestation to afforestation during the last two centuries. None of the currently existing anthropogenic land use change datasets adequately capture the timing of the forest transition in most European countries as recorded in historical observations. Despite considerable uncertainty, our scenarios indicate that with limited management, extant European forests have the potential to absorb between 5 and 12 Pg of carbon at the present day.
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Comparing and evaluating process-based ecosystem model predictions of carbon and water fluxes in major European forest biomes. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2005.01036.x URL 摘要
Process-based models can be classified into: (a) terrestrial biogeochemical models (TBMs), which simulate fluxes of carbon, water and nitrogen coupled within terrestrial ecosystems, and (b) dynamic global vegetation models (DGVMs), which further couple these processes interactively with changes in slow ecosystem processes depending on resource competition, establishment, growth and mortality of different vegetation types. In this study, four models - RHESSys, GOTILWA+, LPJ-GUESS and ORCHIDEE - representing both modelling approaches were compared and evaluated against benchmarks provided by eddy-covariance measurements of carbon and water fluxes at 15 forest sites within the EUROFLUX project. Overall, model-measurement agreement varied greatly among sites. Both modelling approaches have somewhat different strengths, but there was no model among those tested that universally performed well on the two variables evaluated. Small biases and errors suggest that ORCHIDEE and GOTILWA+ performed better in simulating carbon fluxes while LPJ-GUESS and RHESSys did a better job in simulating water fluxes. In general, the models can be considered as useful tools for studies of climate change impacts on carbon and water cycling in forests. However, the various sources of variation among models simulations and between models simulations and observed data described in this study place some constraints on the results and to some extent reduce their reliability. For example, at most sites in the Mediterranean region all models generally performed poorly most likely because of problems in the representation of water stress effects on both carbon uptake by photosynthesis and carbon release by heterotrophic respiration (Rh). The use of flux data as a means of assessing key processes in models of this type is an important approach to improving model performance. Our results show that the models have value but that further model development is necessary with regard to the representation of
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Dynamic response of terrestrial hydrological cycles and plant water stress to climate change in China. https://doi.org/10.1175/2010JHM1314.1 URL 摘要
Rising atmospheric CO2 concentration CO2 and climate change are expected to have a major effect on terrestrial ecosystem hydrological cycles and plant water stress in the coming decades. The present study investigates the potential responses of terrestrial ecosystem hydrological cycles and plant water stress across China to elevated CO2 and climate change in the twentieth and twenty-first centuries using the calibrated and validated Lund--Potsdam--Jena dynamic global vegetation model (LPJ-DGVM) and eight climate change scenarios. The spatiotemporal change patterns of estimated evapotranspiration (ET), soil moisture, runoff, and plant water stress due to climate change and elevated CO2 are plotted singly and in combination. Positive future trends in ET, soil moisture, and runoff--although differing greatly among regions--are projected. Resultant plant water stress over China''s terrestrial ecosystem generally could be eased substantially through the twenty-first century under the climate scenarios driven by emission scenarios that consider economic concerns. By contrast, under the climate scenarios driven by emission scenarios that consider environmental concerns, plant water stress could be eased until 2060, then begin to fluctuate until 2100. The net impact of physiological and structural vegetation responses to elevated CO2 could result in an increasing trend in runoff in southern and northeastern China, and a decreasing trend in runoff in northern and northwestern China in the twentieth century. It is projected to reduce ET by 1.5 070705070705 109 to 6.5 070705070705 109 m3 yr--1 on average, and increase runoff by 1.0 070705070705 109 to 5.4 070705070705 109 m3 yr--1 during 2001--2100 across China''s terrestrial ecosystems, although the spatial change pattern could be quite diverse. These findings, in partial contradiction to previous results, present an improved understanding of transient responses of China''s terrestrial ecosystem hydrological cycles and plant water stress to climate change and elevated CO2 in the twentieth and twenty-first centuries.
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Comparing observations and process-based simulations of biosphere-atmosphere exchanges on multiple timescales. Journal of https://doi.org/10.1029/2009JG001016 URL [本文引用: 1] 摘要
Terrestrial biosphere models are indispensable tools for analyzing the biosphere-atmosphere exchange of carbon and water. Evaluation of these models using site level observations scrutinizes our current understanding of biospheric responses to meteorological variables. Here we propose a novel model-data comparison strategy considering that CO2 and H2O exchanges fluctuate on a wide range of timescales. Decomposing simulated and observed time series into subsignals allows to quantify model performance as a function of frequency, and to localize model-data disagreement in time. This approach is illustrated using site level predictions from two models of different complexity, Organizing Carbon and Hydrology in Dynamic Ecosystems (ORCHIDEE) and Lund-Potsdam-Jena (LPJ), at four eddy covariance towers in different climates. Frequency-dependent errors reveal substantial model-data disagreement in seasonal-annual and high-frequency net CO2 fluxes. By localizing these errors in time we can trace these back, for example, to overestimations of seasonal-annual periodicities of ecosystem respiration during spring greenup and autumn in both models. In the same frequencies, systematic misrepresentations of CO2 uptake severely affect the performance of LPJ, which is a consequence of the parsimonious representation of phenology. ORCHIDEE shows pronounced model-data disagreements in the high-frequency fluctuations of evapotranspiration across the four sites. We highlight the advantages that our novel methodology offers for a rigorous model evaluation compared to classical model evaluation approaches. We propose that ongoing model development will benefit from considering model-data (dis)agreements in the time-frequency domain
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Vegetation distribution on Tibetan Plateau under climate change scenario. https://doi.org/10.1007/s10113-011-0228-7 Magsci [本文引用: 2] 摘要
The impact of climate change on distribution of vegetation is an important aspect in studies on the responses of ecosystems to the climate change. Particularly in the sensitive environments of the Tibetan Plateau, vegetation distribution may be significantly affected by climate change. In this research, the coupled biogeography and biogeochemistry model, BIOME4, was modified according to the features of vegetation distribution on the Plateau, and the Kappa statistic was used to evaluate the modeling results by comparing the simulated vegetation distribution with the existing 1:1,000,000 vegetation map of China. The comparison showed that modified model was appropriate for simulating the overall vegetation distribution on the Plateau. With the improved BIOME4 model, possible changes in the vegetation distribution were simulated under climate change scenarios. The simulated results suggest that alpine meadows, steppes, and alpine sparse/cushion vegetation and deserts would shrink, while shrubs, broad-leaved forests, coniferous-broad-leaved mixed forests, and coniferous forests would expand. Among these types, shrubs, alpine meadows, and steppes would change the most. The shrubs vegetation would expand toward the northwest, replacing most alpine meadows and part of steppes, and thus causing their shrinkages. Yet broad-leaved forests and coniferous-broad-leaved mixed forests demonstrated smaller changes in their distributions. For all the forest types, the area of coniferous forests would increase the most by spreading to the interior of the Plateau.
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Past and future spatiotemporal changes in evapotranspiration and effective moisture on the Tibetan Plateau. Journal of https://doi.org/10.1002/jgrd.50858 URL [本文引用: 2] 摘要
中国科学院机构知识库(中国科学院机构知识库网格（CAS IR GRID）)以发展机构知识能力和知识管理能力为目标，快速实现对本机构知识资产的收集、长期保存、合理传播利用，积极建设对知识内容进行捕获、转化、传播、利用和审计的能力，逐步建设包括知识内容分析、关系分析和能力审计在内的知识服务能力，开展综合知识管理。
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Modeled effects of climate change on actual evapotranspiration in different eco-geographical regions in the Tibetan Plateau. https://doi.org/10.1007/s11442-013-1003-0 Magsci [本文引用: 1] 摘要
Abstract<br/><p class="a-plus-plus">From 1981 to 2010, the effects of climate change on evapotranspiration of the alpine ecosystem and the regional difference of effects in the Tibetan Plateau (TP) were studied based on the Lund-Potsdam-Jena dynamic vegetation model and data from 80 meteorological stations. Changes in actual evapotranspiration (AET) and water balance in TP were analyzed. Over the last 30 years, climate change in TP was characterized by significantly increased temperature, slightly increased precipitation, and decreased potential evapotranspiration (PET), which was significant before 2000. AET exhibited increasing trends in most parts of TP. The difference between precipitation and AET decreased in the southeastern plateau and increased in the northwestern plateau. A decrease in atmospheric water demand will lead to a decreased trend in AET. However, AET in most regions increased because of increased precipitation. Increased precipitation was observed in 86% of the areas with increased AET, whereas decreased precipitation was observed in 73% of the areas with decreased AET.</p><br/>
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青藏高原水源涵养能力时空变化规律 .
利用水均衡原理和地表能量平衡原理定量评估青藏高原地区水源涵养量,利用多年降雨和蒸发数据 研究青藏高原水源涵养能力在空间上的分布状况及其随时间的变化过程,探讨近几十年来青藏高原水源涵养能力时空变化规律。结果表明,近几十年来青藏高原主要 形成了3个水源涵养量持续减少的中心区域和2个水源涵养量增强的区域,其中水源涵养能力减弱的区域主要分布于雅鲁藏布江源头、青藏高原南部边缘地带和青海 省东部与甘肃交界地带;水源涵养能力增强的区域主要分布于雅鲁藏布江中游河谷地带、澜沧江和金沙江中游河谷地带。
The spatial temporal variations of water conservation capacity in Qinghai Tibet Plateau.
利用水均衡原理和地表能量平衡原理定量评估青藏高原地区水源涵养量,利用多年降雨和蒸发数据 研究青藏高原水源涵养能力在空间上的分布状况及其随时间的变化过程,探讨近几十年来青藏高原水源涵养能力时空变化规律。结果表明,近几十年来青藏高原主要 形成了3个水源涵养量持续减少的中心区域和2个水源涵养量增强的区域,其中水源涵养能力减弱的区域主要分布于雅鲁藏布江源头、青藏高原南部边缘地带和青海 省东部与甘肃交界地带;水源涵养能力增强的区域主要分布于雅鲁藏布江中游河谷地带、澜沧江和金沙江中游河谷地带。
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Evaporation in focus. https://doi.org/10.1038/ngeo849 URL [本文引用: 1] |
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Trends in pan evaporation and actual evapotranspiration across the conterminous U.S.: Paradoxical or complementary?. https://doi.org/10.1029/2004GL019846 URL 摘要
[1] Pan evaporation ( ET pan ) has decreased at 64% of pans in the conterminous U.S. over the past half-century. Comparing trends in ET pan and water budget-derived actual evapotranspiration ( ET * a ), we observe the so-called “Pan Evaporation Paradox,” which we confirm is no more than a manifestation of the complementarity between actual evapotranspiration ( ET a ) and potential evapotranspiration ( ET p ). Examining trends in the components of ET a —the radiative energy and regional advective budgets—we show that both components must be considered together to explain the relationship between ET pan and ET * a .
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The cause of decreased pan evaporation over the past 50 years. |
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Determining factors in potential evapotranspiration changes over China in the period 1971-2008. https://doi.org/10.1007/s11434-010-3289-y URL [本文引用: 1] |
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黄河源区土地利用/覆盖变化( LUCC) 研究 .https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2014.0068 Magsci [本文引用: 1] 摘要
利用遥感（RS）监测手段和地理信息系统（GIS）技术，获取了黄河源区在1975、1990、和2005年3个时期的土地利用/覆盖数据，并通过叠加分析，获得了该地区土地利用/覆盖的时空转移特征. 此外，通过县级行政区对源区各县域内的土地利用/覆盖变化特征进行了统计分析，以期为该地区的环境管理提供科学依据. 结果表明：在1975-2005年间，黄河源区的环境退化非常明显，土地利用/覆盖变化主要表现为耕地、沙地、滩地和水库、坑塘面积增加；沼泽地面积减小；高覆盖度草地面积减小，中、低覆盖度草地面积增加. 从县级行政区划上来看，耕地的增加主要分布于贵南、同德和泽库三个县；林地面积在玛沁和甘德两县有大面积的减小趋势；新增的沙地主要分布在玛多、共和、曲麻莱和若尔盖县；新增水库、坑塘则主要分布于共和、和贵南两县；沼泽地面积的减少绝大部分发生在若尔盖县；高覆盖度草地在甘德和玛沁两县增加非常明显，但在玛曲、玛多、达日、兴海、阿坝、若尔盖、红原等县均有大面积的减小趋势. 因此，在黄河源区开展环境保护或环境治理工作，应根据不同区域的具体环境问题采取相应的治理措施.
Research of land-use and land-cover change (LUCC) in the source regions of the Yellow River. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2014.0068 Magsci [本文引用: 1] 摘要
利用遥感（RS）监测手段和地理信息系统（GIS）技术，获取了黄河源区在1975、1990、和2005年3个时期的土地利用/覆盖数据，并通过叠加分析，获得了该地区土地利用/覆盖的时空转移特征. 此外，通过县级行政区对源区各县域内的土地利用/覆盖变化特征进行了统计分析，以期为该地区的环境管理提供科学依据. 结果表明：在1975-2005年间，黄河源区的环境退化非常明显，土地利用/覆盖变化主要表现为耕地、沙地、滩地和水库、坑塘面积增加；沼泽地面积减小；高覆盖度草地面积减小，中、低覆盖度草地面积增加. 从县级行政区划上来看，耕地的增加主要分布于贵南、同德和泽库三个县；林地面积在玛沁和甘德两县有大面积的减小趋势；新增的沙地主要分布在玛多、共和、曲麻莱和若尔盖县；新增水库、坑塘则主要分布于共和、和贵南两县；沼泽地面积的减少绝大部分发生在若尔盖县；高覆盖度草地在甘德和玛沁两县增加非常明显，但在玛曲、玛多、达日、兴海、阿坝、若尔盖、红原等县均有大面积的减小趋势. 因此，在黄河源区开展环境保护或环境治理工作，应根据不同区域的具体环境问题采取相应的治理措施.
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