考虑时空效应的黄土高原中部流域水热耦合平衡研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王飞宇 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 夏军 |
| 关键词 | 水热耦合平衡 植被恢复 空间交互作用 生态系统水分利用效率 黄土高原 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 学位专业 | 地理学 |
| 英文摘要 | 气候变化和高强度人类活动加剧流域水循环，导致水资源时空格局显著改变，亟需正确认识流域径流、蒸散发演变规律及其对变化环境的响应机制。近年来，黄土高原经历大规模植被恢复，植被覆盖度显著增加，碳汇能力增强，与此同时，蒸发耗水增加，径流减少，部分区域植被恢复接近水资源承载力阈值，可能引起生态系统与人类社会之间潜在的用水冲突。因此，正确认识黄土高原典型流域水热平衡演变规律及其对环境变化的响应机制，对区域水资源科学管理具有重要意义。本研究以黄土高原及其中部33个流域为研究对象，构建考虑时空效应的流域水热耦合平衡模型，定量评估不同时期气候、植被、社会经济要素对流域径流变化的影响及其区域差异。同时，剖析生态系统水分利用效率的时空演变格局，揭示不同植被类型下多因素交互作用对水分利用效率的影响。主要结论如下： （1）黄土高原流域水热条件和下垫面状况的时空变化特征。1982-2020年，黄土高原中部33个流域降水量呈不显著增加趋势，潜在蒸散发呈显著增加趋势，径流呈显著减少趋势，径流突变主要发生在大规模植被恢复前后，流域整体变干。耕地显著减少，草地和林地显著增加，NDVI显著增加。社会经济活动明显增强，人口和GDP在全体流域显著增加，灌溉和工业用水量在北部流域显著增加，在中部和南部部分流域减少。 （2）考虑多要素时变特征的流域水热耦合参数估计。流域水热耦合参数n的主控因子包括：土地利用类型面积比例（耕地、灌木林、建设用地）、气候要素（降水量、潜在蒸散发）和灌溉用水量。参数n与灌木林面积比例的最优函数型式为对数型，与建设用地面积比例以及流域面积之间的最优函数型式为幂函数型。长短期记忆（LSTM）网络模型相比多元线性回归模型对参数n具有更好的模拟性能，耦合时变参数的流域水热耦合平衡模型相比恒定参数模型能更准确地模拟水热平衡关键变量的动态变化特征。 （3）考虑空间交互作用的流域水热耦合平衡模型构建及径流归因。基于空间相关指标将流域划分为3个聚类，不同聚类的参数n主控因子不同。相较线性回归模型，考虑空间交互作用的贝叶斯层次模型对参数n的模拟效果更好。北部流域径流主要受植被覆盖增加影响而显著减少；中东部和南部流域径流在1990-2009年主要受气候变化影响，而在2010-2020年主要受植被覆盖变化影响；气候变化对径流的影响呈现一定的周期性变化特征。 （4）生态系统水分利用效率时空异质性及其驱动机制。黄土高原多年平均WUE呈现显著的空间异质性，由西北向东南呈增加趋势，不同植被类型的年均WUE排序为：森林>耕地>草地>灌木林。2003-2021年，WUE总体呈增加趋势，其中显著增加趋势出现在中东部的耕地和草地区域，轻微下降趋势出现在西北部草原地区。不同植被类型的WUE变化趋势不同，其中耕地WUE增加趋势最大，其次是草地和森林，而灌木林地的WUE呈下降趋势。对耕地/森林/草地和灌木林而言，NDVI与降水量/气温/VPD之间的交互作用对WUE格局具有最大的解释力。 |
| 学科主题 | 地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 116 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209400]  |
| 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 | 王飞宇. 考虑时空效应的黄土高原中部流域水热耦合平衡研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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