亚洲中部干旱区内陆河流域植被对气象水文要素的响应机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 于宗绪 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 于静洁 ; 王平 |
| 关键词 | 干旱区 内陆河流域 植被变化 水文气象响应 敏感性 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 干旱区植被是全球陆地生态系统的重要组成部分，其安全和稳定决定着全球1/3人口的生存福祉。在过去几十年里，全球干旱区发生了显著的扩张和植被退化现象，全球变暖对干旱区原本脆弱的生态系统造成威胁。如何遏制干旱区生态系统退化的趋势并增强其抵御干旱的能力，是近些年来学界关注的重点问题，并且这个问题在未来气候快速变化和人类活动不断加剧的影响下会变得更加复杂。植被是反映陆地生态系统状态的重要指标，受到气候变化和人类活动共同导致的气象水文要素改变的影响，植被表现出不同的响应特征和过程。在全球植被大范围变绿的背景下，亚洲中部内陆河流域部分区域植被表现与全球植被总体变化不同的褐变趋势，在一定程度上影响了区域内植被的恢复进程和固碳能力。因此，摸清干旱区植被的动态变化、差异性分布规律以及趋势转变方式，对于提高其生态系统稳定性和增强碳汇能力，具有重要意义。在亚洲中部干旱区内陆河流域尺度上，植被变化及其对气象水文要素的响应机制与响应程度尚未明确，如何精准刻画植被对于气象水文要素变化的响应过程并量化其响应的程度，在此基础上促进内陆河流域植被保护、水资源合理利用以及生态环境建设，具有重大意义。 本论文首先从全球尺度揭示了北半球中纬度干旱区范围内导致植被变化的首要水分要素，并阐释了植被对气象水文要素变化的响应关系，对比了亚洲中部干旱区植被变化及其对水分要素变化的响应与同纬度其他干旱区的异同，以突出本文主要研究区的生态水文特性；其次，以亚洲中部内陆河流域作为论文的主要研究区域，探究了植被变化对陆地水储量变化的非线性响应关系，量化了长时间序列植被遥感数据的趋势转变特征以及与气象水文要素之间的转换关系，并从植被对气象水文要素响应的敏感性角度解释植被发生趋势转变的原因；最后，以生态环境问题突出的阿姆河流域作为典型区域，探究年际水分循环过程中的地下蓄水机制以及避免木本植被在干旱夏季发生大规模退化风险和缓解干旱影响的作用。主要研究结论如下： （1）1981年至2018年期间，北半球中纬度干旱区的年均气温、年均潜在蒸散发和年均LAI以0.04℃/a，1.53mm/a和0.002个LAI单位/a的速度增加，反映了暖湿化背景下的旱区植被变绿过程；对于中亚干旱区来说，植被出现普遍变绿现象主要集中在该地区的东南部，并且植被生长与区域降水和土壤水分变化之间存在强烈的相关性；干旱区植被在分布和变化趋势上存在一定的空间异质性， LAI与降水、浅层土壤水分和深层土壤水分之间存在高度相关性的区域主要分布于中亚干旱区的南部。 （2）2003–2015年期间，亚洲中部内陆河的五个流域约81.7%的区域面积的TWSA呈现下降趋势，而约有36%的区域面积的NDVI呈现褐变的趋势；以考虑最优移动时间窗口作为前提，结合非线性格兰杰因果检验方法，得出研究区域内97.9%的NDVI变化对TWSA的波动呈现出非线性响应，在检测效率上超过线性方法3倍多；在检测出的TWSA下降是NDVI变化的单项原因的植被分布区域中，有72.6%的区域植被呈褐变趋势，27.4%的植被呈现绿化趋势；中亚五国咸海流域的植被褐变和中国西北内陆河流域的植被绿化可以由陆地水储量的波动来解释。 （3）1982–2020年期间，亚洲中部内陆河流域的65.2%的植被区域处于高突变发生率的范围内；研究区82.9%的植被在1982–2020年期间发生了趋势上的转变，灌溉区域内的植被无趋势转变和持续单调稳步增加的区域分别占了25%和21%的比例，均高于天然区域内的植被，中亚阿姆河流域、锡尔河流域的植被发生大规模退化的风险高；植被在2001–2010年期间的突变点发生频次远高于1982–1990年和1991–2000年，并在2011–2020年有所回落，其主要与1991–2010年期间研究区内供水不足引起的植被敏感性增加有关，2011–2020年植被有所增长则归因于天然区域内生态缺水条件有所改善。 （4）阿姆河下游区子流域地下蓄水受到前一年冬季降水的显著限制，并且这种限制对阿姆河下游区的影响越来越大，使其更容易受到气候变化的不利影响；阿姆河下游区子流域的木本植被对冬季降水表现出较高的敏感性，而上游区子流域则对夏季径流表现出较高的敏感性；1981–2018年期间，阿姆河木本植被分布的子流域地下蓄水容量以平均−0.09mm/a的速度下降，表明阿姆河沿岸木本植被遭受的水分压力可能增加；阿姆河沿岸子流域的地下蓄水机制，在面临干旱时具有在年际间结转和补充水资源的能力。相对而言，子流域在6–12个月的时间尺度上缓解干旱风险的能力相对有限，阿姆河的子流域在地下蓄水逐渐补充的过程中应避免过度开采地下水资源。 本论文采用多源数据，改进并应用了多种数据分析技术与统计方法，探究了干旱区植被变化对气象水文要素的响应关系，并以亚洲中部内陆河流域为例，分析了其植被趋势转变及其对气象水文要素响应的敏感性以及缓解夏季干旱影响中的作用。研究结果为干旱区内陆河流域水资源综合利用和生态保育提供了科学依据。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 238 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209327]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 于宗绪. 亚洲中部干旱区内陆河流域植被对气象水文要素的响应机制研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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