流域生态水文研究

《流域生态水文研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、流域生态水文模型硏究进展摘要:流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具，通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制,为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑”是生态水文研究的前沿和热点。基于植被与水文过程相互作用规律，流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制，另一方面要精确刻画流域的空间异质性。本文在分析流域尺度陆地植被与水文过程相互作用特点的基础上，将现有流域生态水文模型进行归纳和分类，剖析不同类型模型的优缺点，并总结现有模型应用的代表

2、性硏究成果，最后，对流域生态水文模型存在的关键问题(如植被与水文相互作用机制的描述、模型参数的估计、模拟结果的不确定性分析等)进行讨论。在全球变化加剧水资源危机的背景下,传统的水文学研究难以解决流域岀现的新问题，生态水文过程的耦合研究日益引起学者们的关注[l-6]o国际地圈生物圈计划及联合国教科文组织(UNESCO)国际水文计划(IHP)等都将陆地植被生态过程与水文过程的耦合研究作为核心内容1992年召开的国际水和环境会议首次将生态水文学作为一个独立的学科提出,其核心是在不同的时空尺度上揭示不同环境条件下植物与水的相

3、互作用关系，为解决流域水资源危机生态环境问题提供理论支持。指出生态水文耦合研究将是21世纪水文学硏究最前沿和最激动人心的创新领域。流域生态水文模型是定量评估环境变化流域生态水文响应的重要工具,通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制，为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑。目前，国内外对流域生态水文模型已开展了一定深度的研究，并取得了一些阶段性成果。本文主要针对陆地生态系统的流域生态水文模型,在分析陆生植被与水文过程相互作用特点的基础上將现有的生态水文模型进行了归纳和分类，剖析不

4、同类型模型的优缺点，并总结现有模型应用的代表性成果,最后，对流域生态水文模型存在的关键问题进行讨论。2流域植被与水文过程的相互作用2.1流域植被与水文过程相互作用机制陆地植被生态过程（碳循环、植被动态生长等）与水文过程通过各种物理和生物学过程发生交互作用，其密切联系和交互作用渗透到水、热、碳等物质和能量传输的各个环节，两者之间的相互作用主要体现在z—方面,水是植被生长的驱动力和制约因素,植物主要的生理过程,如光合作用、呼吸作用、养分循环,对水分限制具有高度敏感性水循环过程尤其是土壤水的时空变化决定了植被的生长动态、形

5、态功能和空间分布格局另一方面，植被通过生物物理过程与生物化学循环作用于水循环过程，表现为：①植被通过根系吸水和蒸腾作用直接参与水循环过程；②植物冠层通过拦截降水,增大了蒸发量，减少到达地表的降水量，对降水进行了重新分配，如森林③植被枯枝落叶层提高了地表粗糙度，增加地表水下渗,减小洪峰流量，延长地表径流形成时间。近年来的研究表明,植被冠层气孔行为和土壤水运动是植被与水文相互作用中最为关键两大过程。由于植物光合作用与蒸腾作用同时受气孔行为的影响，形成光合作用■气孔行为■蒸腾作用耦合机制。植被冠层的气孔阻抗控制着植被与大气

6、能量传输和湍流交换，决定了植被蒸腾作用。而植被冠层的气孔行为取决于叶内保卫细胞和叶表皮细胞的膨压变化,而膨压变化取决于从土壤到叶片的水分供应和叶片蒸腾失水之间的水分收支。土壤水运动又取决于地表的水循环过程，由此将大气过程、植被生态过程和水循环过程耦合在一起形成一个整体。气候变化通过改变降水、温度等影响植被动态生长及植被结构与功能，进而影响水循环过程。同时，植被通过改变下垫面的基本特征（地表反照率、土壤湿度、地表粗糙度等）调节地气界面的能量交换影响水热过程,从而对气候系统产生作用。例如,森林的砍伐会增加地面反射率，降低

7、粗糙度，减弱植被对水文循环的调节作用，增加显热交换和地面温度。尽管人们早就意识到生态系统对气候有重要作用，但直到20世纪70年代后期才开始深入研究植被变化的气候响应。最早注意到植被对气候的反馈机制，提出了生物-地球物理反馈机制。鉴于气候、植被-水文过程之间互为反馈的复杂交互作用，若模拟过程中将任意一个过程进行静态化考虑,都可能因缺乏动态反馈造成模拟结果的严重偏差,因此,在流域生态水文过程模拟中，需要动态刻画植被与水文过程相互作用的各个环节,力求接近真实情况，以准确预测环境变化对流域生态水文过程的影响。2.2流域植被与

8、水文过程相互作用的空间异质性受气候、地质条件、土壤和地形等自然条件的影响，植被与水文过程交互作用具有显著的空间异质性。在较大的地理尺度上，气候是影响植被■水文相互作用最为重要的因子；在景观尺度上，地形、地貌影响小气候同时影响土壤的发育，控制了物质的再分配（水分、有机质等），尤其是土壤水的空间差异，直接决定了植被生长状况的差异。在山区或丘陵区，森