我国北方典型流域对气候变化的生态水文响应研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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我国北方典型流域对气候变化的生态水文响应研究

项目名称：我国北方典型流域对气候变化的生态水文响应研究
项目类别：重点项目
批准号：50939004
申请代码：E0901
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：杨大文
负责人职称：教授
依托单位：清华大学
批准年度：2009

中文摘要：

流域植被生态系统与水循环系统之间存在复杂的相互作用，二者都受到气候变化的影响。研究气候变化条件下的流域水资源问题必须考虑流域水循环和植被生态系统的演变。围绕气候变化下的流域生态水文响应这一关键科学问题，项目以黄河流域中游黄土高原地区与下游大型引黄灌区为主要研究区域，并结合不同地区的生态水文观测，拟开展以下六个方面的研究(1)不同气候和植被条件下生态水文过程的微观机理研究；(2)典型流域的宏观生态水文规律研究；(3)"点"尺度的生态水文模型研究；(4)流域尺度的生态水文模型研究；(5)气候变化与人类活动对流域生态水文过程的影响识别；(6)未来气候变化情景下流域生态水文的演变规律研究。通过本项目研究，揭示流域水循环过程与植被生态过程的耦合机理，建立基于生态最优性原理的流域生态水文模型，预测未来气候变化条件下黄河流域典型地区的生态水文演变规律，为流域综合管理提供科学支撑。

中文主题词：生态水文过程；生态水文模型；气候变化；水热耦合平衡；流域水文响应

英文摘要：

eco-hydrological processes；eco-hydrological model；climate change；coupled water-heat balance；catchment hydrological respons

英文主题词： eco-hydrological processes；eco-hydrological model；climate change；coupled water-heat balance；catchment hydrological respons

结论摘要：

本项目在黄河流域中下游不同典型下垫面建立了生态水文观测站，通过长期连续观测，揭示了生态水文过程的基本特征和变化规律；在海河和黄河的87个典型山区小流域，定量分析了流域径流减少与气候和下垫面变化的关系；分别针对华北典型灌区和自然流域，构建了分布式生态水文模型；分析了气候变化情景下黄河下游典型灌区粮食产量和灌溉水量的变化趋势，以及海河流域主要水源地未来50年径流变化的趋势。本项目共发表学术论文68篇，其中SCI检索论文35篇，出版专著1部。本项目建立的生态水文观测站包括黄土高原典型荒漠植被（陕西榆林）和关中平原典型农田（陕西富平）及黄河下游典型引黄灌区（山东聊城），形成了黄河中下游生态水文观测站网。三个观测站统一采用国际先进的涡动相关系统，对水-热-CO2通量进行连续观测。基于观测数据，揭示了华北典型冬小麦/夏玉米轮作农田蒸散发的季节、年际变化规律及其主控因子，以及碳平衡要素的季节变化规律及其控制因素，首次在该地区报告碳收支详细过程。基于流域多年平均水热耦合平衡方程推导了水热耦合平衡方程的微分形式，以及径流关于降水、潜在蒸散发和下垫面条件的弹性系数。水热耦合平衡方程描述一个流域长期平均的气候、水文和下垫面状态之间的非线性关系，由此得到的径流弹性系数可以用于描述流域径流对气候和土地利用变化的敏感程度。根据这一原理，针对黄河和海河流域中87典型山区小流域的径流变化，进行了归因分析，揭示了植被变化对流域径流减少具有重要影响。分别构建了针对山区径流形成区及平原灌区的分布式生态水文模型。平原灌区生态水文模型基于水-热-碳耦合循环机理，耦合了作物生物化学过程、辐射传输过程以及通量传输过程，能够正确模拟冠层与大气之间的能量、水分以及CO2交换，用于模拟和预测气候变化对生态水文过程的影响。山区的分布式生态水文模型利用基于流域地形地貌的分布式水文模型结构，在山坡单元上耦合了植被动态过程与水文过程，可以有效的描述植被分布与生长过程对径流形成，以及蒸散发、土壤水等水文要素的影响，用于模拟和预测气候情景下流域径流、土壤水分和蒸散发等的时空变化。根据IPCC第4次评估报告中的未来气候情景，采用项目构建的分布式生态水文模型，模拟了未来气候变化情景下位山灌区作物耗水、灌溉需水及产量的变化，以及海河流域山区主要水库的入库径流变化。

成果综合统计