流域土壤有效厚度水平衡验证及其对陆面水碳通量模拟的影响
水文循环的生物圈方面_BAHC计划_研究进展
收稿日期:2000-03;修订日期:2000-04 作者简介:高彦春(1968-),男,中国科学院遥感应用研究所博士后。
主要从事遥感与水文水资源及全球变化方面的研究,已发表论文10余篇。
文章编号:1007-6301(2000)02-097-07水文循环的生物圈方面(BAHC 计划)研究进展高彦春,王长耀(中国科学院遥感应用研究所全球变化研究室,北京 100101)摘要:在对国际地圈生物圈计划(IG BP )的核心项目“水文循环的生物圈方面(BA HC )”的基本目标和具体研究内容阐述的基础上,对BA HC 计划的国际、国内研究进展进行了详细介绍,并结合当前BA HC 计划的研究动态,对未来的BA HC 研究新的主题和内容进行了探讨。
关 键 词:全球变化;I GBP ;BAHC 计划;研究进展中图分类号:P 343 文献标识码:A1 概述全球变化是当今地球科学的热点和难题,而水文循环在地圈-生物圈-大气圈的相互作用中占有重要地位[1]。
1994年后,举世瞩目的国际地圈生物圈计划(IGBP)开始了它的核心项目“水文循环的生物圈方面”,即BAHC 计划(Bio spheric Aspects of Hy dro logical Cycle),业已得到世界各国政府的大力支持和水文学者、生态学者、大气动力学者及气候学者们的积极响应。
与目前正在实施的“全球能量和水循环试验(GEWEX)”等项目不同,这是一项专门侧重于水文学与地圈、生物圈和全球变化交互作用的研究。
BAHC 计划的实施将提供对陆面过程以及植被与水文循环相互作用过程的深入了解。
对陆面生态-水文过程的深入研究,无疑对评估全球变化对淡水资源的影响、人类对生物圈的影响以及评估它们对地球可居住性的影响是十分必要的。
同时,BAHC 计划强调科学研究为社会服务的宗旨,通过对水文循环的生物控制和它们在气候、水文及环境中的相互作用,认识对陆面生态系统改变的影响,认识气候变化和人类活动对区域国民经济和社会可持续发展的影响,保护我们的环境[2]。
SOAC系统的内涵与应用
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SPAC系统 内涵与应用
目录
A
SPAC系统的介绍
B
SPAC系统的意义
C
SPAC系统的应用
在SPAC中，水分运动的驱动力是水力梯度
为流量； 分别为土水势、 根水势、叶水势和大气水势； 分别为土壤水分通过土壤到达根表皮、越活根 表皮到达叶气孔腔、通过气孔扩散到周围空气 中各路段的水流阻力。
SPAC体系从系统的观点来认识水分循环 过程。认为能量差别是导致水分运移的根本 原因,将植物生长条件下土壤水分运动的各个 环节不同物理过程的共性用能量观点进行了 解释和统一。
(2)潜水蒸发计算
毛晓敏等人建立了作物生长条件下潜水蒸 发估算的GSPAC水热传输模型,提出了利用裸地 潜水蒸发估算作物生长条件下潜水蒸陆面过程的研究
如刘树华建立了一个适用于预测干早半干 旱地区不同植被覆盖度近地面层热量输送和水 分蒸散过程的一维土壤一植物一大气藕合数值 模式。对我国西北干旱、半干旱地区沙漠和人 工植被下垫面的蒸散过程进行了研究
SPAC系统的应用
(1)水热交换研究
如张国威等探讨了新疆内陆干旱区陆面 / 蒸发和潜水蒸发的计算方法 ,并对新疆自然地 理条件下的蒸发特性作了分析。姚德良等改 进了强迫恢复法,提出干旱区陆汽水热交换中 包含植被效应的土壤分层陆地水文耦合模型, 对新疆塔里木盆地的土壤、植被、大气水热 交换过程进行了模拟。
（4）地下水资源生态环境效应的研究
随着SPAC系统研究的深人,可在微观尺度 上相当精确地计算不同植物的蒸腾、蒸散量及 耗水量,由此推算出植物的生态需水量及最适 生态水位,从而为水资源管理决策服务。
（4）地下水资源生态环境效应的研究
随着SPAC系统研究的深人,可在微观尺度 上相当精确地计算不同植物的蒸腾、蒸散量及 耗水量,由此推算出植物的生态需水量及最适 生态水位,从而为水资源管理决策服务。
211235487_基于InVEST模型的伊洛河流域水源涵养能力评估
第37卷第3期2023年6月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .3J u n .,2023收稿日期:2022-09-26资助项目: 十四五 国家重点研发计划项目(2021Y F C 3201104);国家自然科学基金项目(U 2243228,52121006,41961124007) 第一作者:贾雨凡(2000 ),女,硕士研究生,主要从事水文水资源方面的研究㊂E -m a i l :J y f 20000509@163.c o m 通信作者:王国庆(1971 ),男,博士,教授,主要从事气候变化㊁水文水资源等方面的研究㊂E -m a i l :g q w a n g@n h r i .c n 基于I n V E S T 模型的伊洛河流域水源涵养能力评估贾雨凡1,2,3,王国庆2,3,4(1.河海大学水文水资源学院,南京210098;2.河海大学水安全与水科学协同创新中心,南京210098;3.长江保护与绿色发展研究院,南京210098;4.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210029)摘要:水源涵养是生态系统最重要的服务功能之一,黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要强调聚焦重点区域,恢复重要生态系统,对强化水源涵养能力提出了新的要求㊂收集并分析伊洛河流域1975-2019年的气象及下垫面资料,采用I n V E S T 模型产水模块计算1975-2019年伊洛河流域每5年1期共9个时段的产水量,采用流速系数㊁土壤饱和导水率等对产水量进行修正,估算流域的水源涵养量,具体分析伊洛河流域降水㊁产水与水源涵养的特征及其相关关系㊂结果表明:1975-2019年,伊洛河流域多年平均水源涵养量为11.3mm ,多年平均产水量为143.2mm ,产水量及水源涵养量整体呈现先增后减的变化趋势,在1980-1984年达到峰值;流域水源涵养能力空间分布特征为上游植被丰富㊁土石山区水源涵养能力强,中下游相对较弱;对流域气象要素单相关及复相关分析,水源涵养能力与降水显著正相关,与参考作物蒸散发相关性不显著;流域内土地利用变化在一定程度上影响水源涵养能力空间分布,上游水源涵养高值区及退耕还林还草区受影响显著㊂研究结果可为相似流域水源涵养能力的评估提供参考㊂关键词:水源涵养能力;I n V E S T 模型;伊洛河流域中图分类号:Q 948.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)03-0101-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.03.014A s s e s s m e n t o fW a t e rC o n s e r v a t i o nC a p a c i t y ofY i l u o R i v e rB a s i nB a s e do n t h e I n V E S T M o d e lJ I A Y u f a n 1,2,3,WA N G G u o q i n g2,3,4(1.C o l l e g e o f H y d r o l o g y a n d W a t e rR e s o u r c e s ,H o h a iU n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210098;2.C o o p e r a t i v e I n n o v a t i o nG e n t e r f o rW a t e rS a t e f y a n d H y d r oS c i e n c e ,H o h a iU n v e r s i t y ,N a n j i n g 210098;3.Y a n g t z e I n s t i t u t e f o rC o n s e r v a t i o na n dD e v e l o p m e n t ,N a n j i n g 210098;4.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fH y d r o l o g y -W a t e rR e s o u r c e s a n d H y d r a u l i cE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g H y d r a u l i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ,N a n j i n g 210029)A b s t r a c t :W a t e r c o n s e r v a t i o n i s o n e o f t h em o s t i m p o r t a n t s e r v i c e f u n c t i o n s o f t h e e c o s ys t e m ,a n d t h e o u t l i n e o f t h eY e l l o w R i v e rB a s i nE c o l o g i c a l P r o t e c t i o na n d H i g h -q u a l i t y D e v e l o p m e n tP l a ne m p h a s i z e s f o c u s i n g on k e y a r e a s a n d r e s t o r i n g i m p o r t a n t e c o s y s t e m s ,w h i c h p u t s f o r w a r d n e wr e q u i r e m e n t s f o r s t r e n g t h e n i n g w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y .W e c o l l e c t e d a n d a n a l y z e dm e t e o r o l o gi c a l a n d s u b s u r f a c e d a t a o f t h eY i l u oR i v e r b a s i n f r o m1975t o 2019,c a l c u l a t e d t h ew a t e r y i e l do f t h eb a s i n f o r a t o t a l o f n i n e t i m e p e r i o d s i ne v e r y f i v e -y e a r p e r i o dd u r i n g 1975t o2019u s i n g th ew a t e r y i e l dm o d u l eo f t h e I n V E S T m o d e l ,a n d t h ew a t e r c o n s e r v a t i o n w a s o b t a i n e d b y u s i n g t h e f l o wr a t e c o e f f i c i e n t a n d s o i l s a t u r a t i o n c o n d u c t i v i t y t o c o r r e c t t h ew a t e r yi e l d .T h i s s t u d y s p e c i f i c a l l y a n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o r r e l a t i o n sb e t w e e n p r e c i p i t a t i o n ,w a t e r y i e l da n dw a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h eY i l u oR i v e rB a s i n .T h er e s u l t ss h o wt h a t f r o m 1975t o2019,t h ea n n u a l a v e r a gew a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h eY i l u oR i v e rB a s i n i s 11.3mm ,a n d t h e a n n u a l a v e r a g ew a t e r y i e l d i s 143.2mm ,a n d t h e o v e r a l lw a t e r y i e l da n d w a t e rc o n s e r v a t i o ns h o w at r e n do f f i r s t i n c r e a s i n g a n dt h e nd e c r e a s i n g ,r e a c h i n ga p e a kf r o m 1980t o1984.T h es p a t i a ld i s t r ib u t i o n o f w a t e rc o n s e r v a t i o nc a p a c i t y int h er i v e rb a s i ni s c h a r a c t e r i z e db y a b u n d a n t v e g e t a t i o n i n t h e u p s t r e a ma n d s t r o n g w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t yi nm o u n t a i n o u s a r e a s o f e a r t h a n d r o c k ,w h i l e t h em i d d l e a n d l o w e r r e a c h e s a r e r e l a t i v e l y w e a k .T h e r e s u l t s o f s i n g l e -c o r r e l a t i o n a n d c o m p l e xc o r r e l a t i o n a n a l y s i so f m e t e o r o l o gi c a le l e m e n t si nt h e b a s i n s h o w t h a tt h e w a t e rc o n s e r v a t i o n Copyright ©博看网. All Rights Reserved.c a p a c i t y i s s i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h p r e c i p i t a t i o n,b u t n o tw i t he v a p o t r a n s p i r a t i o no f r e f e r e n c e c r o p s.T o a c e r t a i ne x t e n t,t h e c h a n g eo f l a n du s e i n t h e r i v e rb a s i na f f e c t s t h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fw a te r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y,a n d t h e a r e a sw i t hh i g hv a l u e o fw a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h e u p p e r r e a c h e s a n d t h e a r e a s w h e r ef a r m l a n di sr e t u r n e dt of o r e s ta n dg r a s s l a n da r es i g n i f i c a n t l y a f f e c t e d.Th er e s u l t sc a n p r o vi d ea r e f e r e n c e f o r t h e a s s e s s m e n t o fw a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y i n s i m i l a r r i v e r b a s i n s.K e y w o r d s:w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y;I n V E S T m o d e l;Y i l u oR i v e rB a s i n联合国政府间气候变化专门委员会(i n t e r g o v e r n-m e n t a l p a n e l o n c l i m a t e c h a n g e,I P C C)第六次评估报告[1]明确指出,2010 2019年全球平均气温较1850 1900年升高1.07ħ,气候变化已是毋庸置疑的事实[2]㊂工业革命以来,随着科学技术的发展,人类活动对于生态环境的影响日趋显著㊂如何应对人类活动和气候变化共同影响下的变化环境成为生态及水文等多学科多领域的研究重点㊂水源涵养作为水文生态交叉学科 生态水文学的研究范畴,是生态系统服务功能的重要内容之一㊂水源涵养功能是一个动态的㊁不断发展的概念[3-4],主流观点[5]认为,水源涵养功能是指生态系统在特定时间㊁特定条件下的保水能力,进一步可细分为狭义和广义2种定义㊂狭义的水源涵养功能通常指林地㊁草地等生态系统拦蓄降水㊁调节径流的功能;广义的水源涵养功能则考虑森林㊁草地㊁林地㊁沼泽㊁湖泊多种生态系统,以及水㊁土㊁气多种生态因子,涵盖拦蓄降水㊁调节径流㊁净化水质㊁水土保持㊁减少植被退化㊁改善下垫面条件㊁保护生物多样性㊁调节气候等多方面的生态环境保护功能㊂厘清水源涵养能力的概念和内涵㊁系统分析影响水源涵养能力的驱动因素㊁科学认识水源涵养能力评价方法的适应条件,不仅是环境科学㊁生态科学和水文科学交叉研究的核心内容,而且对生态恢复措施建设㊁区域水土保持和水资源合理调配具有相当重要的意义[6]㊂如何有效评估生态系统水源涵养能力是水源涵养功能研究的重点㊂主流的评估方法包括传统水文学方法和水文模型法2大类[7]㊂传统方法注重试验,结果相对准确,但多以点尺度为主,无法很好反映空间分布情况㊂典型的方法如林冠截留剩余量法[8]㊁降水储存法㊁年径流量法[9]等均存在类似缺陷㊂相对完善的是综合蓄水能力法,该法统筹考虑林冠层㊁枯落物层和土壤层,将3个层面的总拦蓄降水作为森林水源涵养量,全面分析森林生态系统的各个水文过程㊂但由于层次较多,实测资料需求复杂,实际操作存在困难[10]㊂与传统方法相对的水文模型法则在大尺度研究中具有显著优势,但计算准确度受计算资料的精度和长度控制,对资料的要求较高[11]㊂目前,国内外学者常用的水文模型包括美国农业部水土保持局开发的S C S模型[12]㊁生态系统服务和权衡的综合评估模型[13]㊁温度植被干旱指数模型[14]和S WA T模型[15]等,以斯坦福大学环境研究所㊁世界自然保护基金会等联合开发的I n V E S T模型在水源涵养评估领域应用最为广泛㊂通过收集到的气象站点数据及下垫面资料分析伊洛河流域降水的演变特征㊂在此基础上,采用I n V E S T 模型产水模块对伊洛河流域1975 2019年每5年1期的产水量进行计算㊂对计算得到的产水量数据,采用土壤饱和导水率㊁流速系数等进行修正,得到伊洛河流域9期平均水源涵养量并分析其时空分布特征,以期为流域水源涵养能力的评估与提升提供参考㊂1材料与方法1.1研究流域伊洛河流域发源于河南省栾川县(34ʎ49'30ᵡN, 111ʎ28'01ᵡE),是黄河三门峡以下最大的支流,同时也是河南省境内最大的黄河支流㊂河流分有伊河㊁洛河两支,全长447k m,总面积18881k m2㊂流域大部分隶属于华北山地丘陵区和华北平原区,上游为土石山区,植被丰富;下游多低山丘陵㊁河谷平原㊂伊洛河地处湿润半湿润区,是黄河流域重要的水源涵养区之一,属大陆性季风气候区,夏季炎热多雨,冬季寒冷多雪[16]㊂研究区域多年平均降水量为660mm,其中6 9月汛期降水占全年的60%㊂从空间分布上看,上游降水相对丰沛,下游偏少[17]㊂流域多年平均参考作物蒸散发为1100mm,东西部蒸散较中部偏少㊂研究区域地理位置及气候站点分布情况见图1㊂图1伊洛河流域地理位置及气象站点分布研究采用地理空间数据云提供的D E M(90mˑ90 m)数据和基于美国陆地卫星L a n d s a tT M影像的1k m 栅格数据,将流域的主要土地利用分为耕地㊁林地㊁草201水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.地㊁水体㊁建设用地以及未利用地6种类型㊂收集整理研究区域及周边共11个气象站点逐日降水资料㊁最高和最低气温资料,采用改进H a r g r e a v e s公式计算参考作物蒸散发(E T0)[18]㊂土壤数据采用国家科技基础条件平台 国家地球系统科学数据中心 土壤分中心(h t t p://s o i l.g e o d a t a.c n)提供的资料[19]㊂植物可利用水量由周文佐[20]提出的土壤质地相关公式计算㊂1.2I n V E S T模型I n V E S T模型是由斯坦福大学环境研究所㊁世界自然保护基金会等联合开发的生态系统服务评估与权衡模型,模型产水模块基于B u d y k o水热耦合公式及水量平衡方程对区域各网格产水进行评估,其基本原理见图2㊂I n V E S T模型产水模块计算的基本公式为:Y x=(1-A E T x P x)㊃P x(1)式中:A E T x表示栅格单元x的实际蒸散发(mm); P x栅格单元x的年降水量(mm)㊂图2I n V E S T模型产水模块水量平衡示意产水水量平衡公式中土地利用为植被的实际蒸散由Z h a n g等[21]提出的B u d y k o水热耦合公式计算,公式为:A E T xP x=1+P E T xP x-[1+(P E T xP x)ωx]1ωx(2)式中:A E T x表示潜在蒸散发量(mm);ωx表示自然气候-土壤性质的非物理参数㊂其他土地利用/覆被类型(开放水域㊁城市㊁湿地)的实际蒸散发通过参考作物蒸散发直接计算,由降水量决定其最大值,计算公式为:A E T x=M i n(K c(l c)㊃E T0,P x)(3)式中:K c(l c)为特定土地利用类型对应的植被蒸散系数,通过生物物理系数表进行匹配㊂模型得到的产水还需利用地形指数等将其进行修正为水源涵养量[22],修正公式为:WR=M i n(249/V,1)ˑM i n(1,0.9ˑT I/3)ˑM i n(1,K/300)ˑY(4)式中:WR为研究区域水源涵养量(mm);T I为地形指数;V为流速系数;K为土壤饱和导水率(c m/ d a y);Y为模型计算的产水量(mm)㊂地形指数通过流域D E M计算得到,公式为:T I=l o g(D/SˑP)(5)式中:D为集水区栅格数量,无量纲;S为土层深度(mm);P为百分比坡度,由流域D E M计算得到㊂流速系数根据植被类型查阅参考文献[23]获得,水田㊁水体㊁建设用地取2012,林地㊁草地㊁岩石及裸地分别取200,500,1500㊂土壤饱和导水率采用C o s b y土壤传递公式计算[24],公式为:K s=1.148ˑ10(-0.6+1.26ˑ10-2c2-6.4ˑ10-3c1)(6)式中:K s为土壤饱和导水率(m/d);c1㊁c2分别为土壤的黏粒和砂粒含量(%)㊂研究区域土壤饱和导水率计算结果见图3㊂图3伊洛河流域土壤植被参数空间分布2结果与分析2.1伊洛河流域降水演变特征伊洛河流域多年平均降水量为669m m,由图4可知,1975 2019年流域年降水量及其5年滑动平均过程,年降水量呈现非显著性下降趋势,降水量最低值为443m m,出现于1997年;最大值为944m m,出现于1984年㊂从滑动平均过程来看,1983年前后明显偏高,达940 m m,此后,年降水量总体稳定在660m m左右㊂对研究区域各栅格单元的降水及参考作物蒸散发45年数据进行线性拟合,拟合斜率即为研究时段内流域降水及蒸散变率㊂由降水变率的空间分布情况(图5a)可知,年降水量呈现自西南向东北㊁自上游向下游递减的空间格局;从多年平均降水量的空间分布(图5b)来看,1975 2019年伊洛河降水量在流域下游表现出较显著的下降趋势,而在上游则有所增加,二者互相抵消,流域整体降水量变化不大㊂301第3期贾雨凡等:基于I n V E S T模型的伊洛河流域水源涵养能力评估Copyright©博看网. All Rights Reserved.图41975-2019年伊洛河流域年降水量变化过程降水是影响流域水源涵养能力的重要气象要素,由图6可知,1975 2019年伊洛河流域5年平均降水量的空间分布情况,伊洛河源头区2005年以前降水呈现明显的先增加后减少的趋势,此后稳定在675m m左右㊂其中,2000 2004年源头区降水显著减少,流域下游降水显著增加,呈现出与整体相反的趋势㊂对该特殊规律进行进一步分析发现,上游华山站在2001 2002年降水量均在600m m以下,明显低于该站多年平均值(783 m m)㊂相对应的是,中游孟津站在2003年降雨则罕见地达到1000m m以上㊂这一降水分布规律同时对该时段产水及水源涵养造成一定的影响㊂图5伊洛河流域多年平均降水量及年降水变率的空间分布图6伊洛河流域降水空间分布情况2.2伊洛河流域产水量时空变化以5年为1个时段,将1975 2019年划分为9个时段,采用伊洛河流域气象资料5年平均栅格数据及对应时段末年份的土地利用资料,输入I n V E S T 模型计算流域的5年平均产水量㊂由于缺少1979年的土地利用资料,1975 1979年土地利用资料采用1980年的资料替代㊂研究采用伊洛河流域控制站黑石关站多年平均天然径流数据对模型产水模块进行校准㊂图7和图8分别为伊洛河流域产水量的年代际变化过程和流域9个时段产水量的空间分布状况㊂由图7可知,伊洛河流域多期平均产水量为143.2 m m㊂其中,1980 1984年流域产水量最高,达222.1m m; 1995 1999年产水量最低,仅为107.3m m㊂流域整体产水量呈现先增后减的趋势,1985年及1980年降水量较高,对应的产水在1980 1984年达到峰值㊂同理可见, 1985 1994年连续的降水减少使产水在1990 1994年跌入低谷㊂从年际变化上看,产水和降水呈现高度一致,表明模型在产水模拟上准确性较高㊂由图8可知,流域产水量在1975 2019年间呈现相似的规律为上游降水丰沛的地区产水量高,中下游产水相对较少㊂源头区产水量呈现先减少后略增加的趋势㊂2000 2004年受华山站附近降水的减少及孟津降水剧烈增加的影响,源头区产水呈现明显的降低趋势,2005年以后降水恢复平均水平,源头区产水逐步回升㊂产水的9期空间分布规律基本与降水分布对应,进一步论证I n V E S T模型在该流域的适应性㊂401水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图7 伊洛河流域降水量及产水量过程2.3 伊洛河流域水源涵养量时空分布研究采用土壤饱和导水率㊁流速系数等对模型计算的产水量进行修正,进而估算各期水源涵养量㊂图9和图10分别为伊洛河流域水源涵养量年代际变化过程和9个时段水源涵养量的空间分布特征㊂伊洛河流域多年平均水源涵养量11.30m m ㊂其中,1980 1984年水源涵养量最大,达18.98m m ;1995 1999年水源涵养量最低,仅为8.26mm ㊂水源涵养量在45年间变化趋势与产水量基本一致,水源涵养量与产水量比值在8%左右,波动不大,且该比值与降水量的正相关关系㊂图8 伊洛河流域产水量空间分布图9 伊洛河流域水源涵养量及降水量年代际变化过程图10为伊洛河流域水源涵养量的空间分布情况,伊洛河水源涵养高值区出现在流域上游西北部,低值区广泛分布于流域中部和东北部地区,整体呈现自东向西增加趋势,这一趋势与降水空间变化基本一致㊂此外,流域内不同地区水源涵养量存在较大的差异㊂降水量大且蒸散相对较小的地区水源涵养能力显著高于其他地区㊂相反,从年际分布上看,流域水源涵养量整体下降,1975 1984年以后出现明显下降趋势㊂3 讨论为进一步分析水源涵养量时空分布变化的原因,研究对评估过程各要素进行具体分析㊂水源涵养能力的空间分布主要受气候条件和土地利用变化的影响㊂由图9可知,水源涵养量较高的时期降水量较大,随着降水减少和温度逐年上升,流域水源涵养量出现逐期下降的趋势㊂为量化体现降水对水源涵养量的影响程度,对二者进行单相关和偏相关分析,由图11可知,气象要素与水源涵养量的相关系数分布情况,降水量在流域绝大部分地区与水源涵养量存在显著的正相关关系㊂为分析人类活动影响下土地利用变化对流域水源涵养功能的影响过程,选取受人类活动影响前的土地利用资料(1980年)计算当前气象条件(20152019年)背景下的伊洛河流域水源涵养量(图12)㊂结果显示,流域整体水源涵养量变化不大,平均水源涵养量较变化前降低0.08mm ,仅占2020年水源涵养的0.15%㊂表1为1980-2019年间流域土地利用501第3期 贾雨凡等:基于I n V E S T 模型的伊洛河流域水源涵养能力评估Copyright ©博看网. All Rights Reserved.的变化情况,由表1可知,1980 2020年虽然耕地和林地草地总面积变化幅度不大,但相互转化面积较多㊂西部水源涵养高值区和退耕还林还草区水源涵养量变化相对剧烈,其余地区则变化较小㊂图10伊洛河流域水源涵养量空间分布注:a㊁b㊁c㊁d分别为降水量与水源涵养量单相关系数分布㊁参考作物蒸散发与水源涵养量单相关系数分布㊁降水量与水源涵养量偏相关系数分布㊁参考作物蒸散发与水源涵养量偏相关系数分布㊂图11气象要素相关分析图12水源涵养量变化量分布基于水文模型对区域水源涵养能力进行大时空尺度评估是生态系统服务功能中水源涵养研究的未来发展方向㊂其中,I n V E S T模型在湿润半湿润地区水源涵养能力评估具有良好的适应性,能够有效反映区域水源涵养的空间分布情况㊂不同学者采用I n-V E S T模型的水源涵养评估存在一定的差异,刘树锋等[26]在杨溪河流域的研究显示流域水源涵养在一定程度上高于流域产水;刘宥延等[27]在黄土高原评估的水源涵养则占产水的12%左右㊂本文计算的水源涵养量大约占产水的8%,该占比随降水波动轻微变化㊂水源涵养与产水的数量关系主要受产水修正公601水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.式中参数取值的影响,修正公式中的流速系数与土壤饱和率和地形指数为主要控制指标㊂针对不同地区选取不同流速系数和地形指数可能对水源涵养评估结果产生较大的影响㊂表1伊洛河流域土地利用变化年份农田面积/k m2占比/%林地面积/k m2占比/%草地面积/k m2占比/%水体面积/k m2占比/%建设用地面积/k m2占比/%未利用地面积/k m2占比/%1980644434.94889848.25262114.213561.931230.6710.01 1990642034.75894048.38265814.393371.821200.6520.01 1995635834.36888248.00269714.583842.081820.9800 2000634934.31887347.95270614.623892.101861.0100 2005628933.99887547.97271214.664142.242131.1500 2010626633.91887248.02270014.614132.242241.2120.01 2015619233.46886547.91272414.724492.432731.4800 2020590831.91881647.62284615.375633.043802.05004结论为进一步分析水源涵养量时空分布变化的原因,研究对评估过程各要素进行具体分析,水源涵养能力的空间分布主要受气候条件和土地利用变化的影响㊂本文根据I n V E S T模型[25]输入数据对降水量㊁蒸散发和土地利用类型3种水源涵养能力影响因素进行分析㊂由降水与水源涵养逐期演变(图9)可见,水源涵养量较高时期降水量较大,随着降水减少和温度逐年上升,流域水源涵养量出现逐期下降趋势㊂温度升高在I n V E S T模型产水计算中主要体现为参考作物蒸散发的变化,为量化体现降水和参考作物蒸散发对水源涵养量的影响程度,对二者分别进行单相关和偏相关分析,由图11气象要素与水源涵养量的相关系数分布情况可知,降水量在流域绝大部分地区与水源涵养量存在显著正相关关系,参考作物蒸散发的影响相对较小㊂为分析人类活动影响下土地利用变化对流域水源涵养功能的影响过程,研究选取受人类活动影响前土地利用资料(1980年)计算当前气象条件(2015-2019年)背景下的伊洛河流域水源涵养量(图12)㊂结果显示,流域整体水源涵养量变化不大,平均水源涵养量较变化前降低0.08mm,仅占2020年水源涵养量的0.15%㊂由1980-2019年流域土地利用的变化情况(表1)可知,1980-2020年建设用地和水体增加显著,农田面积有所减少,林地草地总面积变化幅度不大,但二者和耕地间相互转化较多㊂由于伊洛河流域1980年至今各土地利用类型相互转换多,总量变化少,因此,研究模拟的水源涵养量空间分布变化大,总量下降不显著㊂与土地利用变化相对应的西部水源涵养高值区和退耕还林还草区水源涵养量变化剧烈,其余地区变化较小㊂参考文献:[1]I n n v a eS,V i s tG,T r o m m a l d M,e t a l.H e a l t h p o l i c y-m a k e r s'p e r c e p t i o n s o f t h e i r u s e o f e v i d e n c e:As y s t e m a t i c r e v i e w[J].J o u r n a l o fH e a l t hS e r v i c e sR e s e a r c ha n dP o l i c y,2002,7(4): 239-244.[2]赵晓涵,张方敏,卢琦,等.未来气候情景内蒙古蒸散和产水量的变化特征[J].水土保持学报,2022,36(4):151-159. 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末次盛冰期巽他陆架海平面和植被变化对陆表碳通量影响的数值模拟研究
末次盛冰期巽他陆架海平面和植被变化对陆表碳通量影响的数值模拟研究李金澜，田 军Effects of Sunda Shelf exposure and vegetation changes on land-atmosphere carbon exchange during the Last Glacial MaximumLI Jinlan and TIAN Jun在线阅读 View online: https:///10.16562/ki.0256-1492.2022021101您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in东海南部陆架水体2011年夏季温盐结构及其对台湾暖流和黑潮入侵的指示The summer thermohaline structure of 2011 of the southern East China Sea shelf and its implications for the intrusion of Taiwan Warm Current and Kuroshio Current海洋地质与第四纪地质. 2021, 41(5): 151渤海湾西岸晚更新世以来的沉积环境演化及碳埋藏评价Environmental evolution and carbon burial assessment of the west coast of Bohai Bay since Late Pleistocene海洋地质与第四纪地质. 2021, 41(6): 194东海陆坡—冲绳海槽水体剖面地球化学特征与指示意义Geochemistry of the water profiles at the slope of East China Sea and Okinawa Trough and its implications海洋地质与第四纪地质. 2021, 41(6): 102南海北部陆坡神狐海域SH-CL38站位的粒度特征及沉积记录Sediment grain size characteristics of the Core SH-CL38 in the Shenhu area on the northern continental slope of the South China Sea 海洋地质与第四纪地质. 2021, 41(5): 90珠江口内伶仃洋晚第四纪黏土矿物组成特征及对源区气候变化的指示Late Quaternary clay minerals in the inner Lingdingyang of the Pearl River Estuary, southern China: Implications for paleoclimate changes at the provenance海洋地质与第四纪地质. 2021, 41(5): 202南黄海中部隆起晚新近纪—第四纪沉积序列的地层划分与沉积演化Stratigraphic classification and sedimentary evolution of the late Neogene to Quaternary sequence on the Central Uplift of the South Yellow Sea海洋地质与第四纪地质. 2021, 41(5): 25关注微信公众号，获得更多资讯信息李金澜，田军. 末次盛冰期巽他陆架海平面和植被变化对陆表碳通量影响的数值模拟研究[J]. 海洋地质与第四纪地质，2022，42(2)： 110-118.LI Jinlan ，TIAN Jun. Effects of Sunda Shelf exposure and vegetation changes on land-atmosphere carbon exchange during the Last Glacial Maximum[J].Marine Geology & Quaternary Geology ，2022，42(2)：110-118.末次盛冰期巽他陆架海平面和植被变化对陆表碳通量影响的数值模拟研究李金澜，田军同济大学海洋地质国家重点实验室，上海 200092摘要：末次盛冰期巽他陆架陆地暴露面积比现代增加将近一倍，该时期东南亚的碳汇能力是否比现代更强？本文利用GOSAT 现代卫星数据集、实测碳密度数据集，对现代森林和草原生态系统碳通量（陆表碳通量）进行分析，发现二者的固碳能力相差较大，与地球系统模式的结果一致。
土壤水力性质参数估计的响应界面和敏感度分析
式中：β是参数矢量；eij是参数βj(βj是参数矢量β中的一个参数)10%变化所引起的辅助变量qi的变化； ej是第j个单位矢量。 即表示在对第j个参数βj做敏感性分析时，其值增加10%，而其它的参数保持原值不变。然后把变化的 参数代入水流运动模型，求解出相应的水流变量(如累计出流量，压力水头等)，与原水流变化的绝对偏差
2 材料与方法
为了评价数值反演方法在确定土壤水力性质中的可行性，我们在中国科学院封丘生态农业实验站采取 3 了土样，质地为砂土，容重为1.42g/cm 。先用压力膜法测其水分特征曲线，然后用美国盐土实验室开发的 [8] -1 RETC 进行拟合，最后参数值为θr=0，θs=0.522，α=0.007cm ，n=1.44，Ks=0.106 7cm/min。然后把土 3 样按容重1.42g/cm 装入直径为8.2cm,长为10cm的土柱中，土柱中含有0.57cm厚的陶瓷盘。分别在距顶部 1.5cm和8.5cm处水平安装张力计，张力计前端的陶土杯长为 32mm，直径为12mm。土柱底部有一出流孔，用橡皮管将其与一 三通管结构的玻璃量管相连，该玻璃量管用来计量出流量。玻 璃量管另外两个开口底端封闭，顶端与负压装置相连。负压装 置通过真空泵来控制。整个装置如图1所示。先把土样按容重 装填好，然后用0.01M的CaCl2从底部注入，饱和土柱以减少扩 散。待土柱饱和后，用盖子密封土柱顶部，然后从土柱下部分 别施加300cm、400cm和600cm的负压，并同时记录下随时间变 化的出流量(指累积出流量， 下同)及两个位置处的压力水头读 数。
表明有不同的参数组合能达到最优值比较难以确定和rm压力下以出流量为目标函数的响应界面当施加4平面中较低的值和较高的n值区域内出现了较好定义的最优值但是在取值为0平面中较低的值和较低的n值区域内出现了较好定义的最优值不过在较高的值上出现了几处局部最优
土壤水分运移模拟研究进展
土壤水分运移模拟研究进展【摘要】本文主要探讨了土壤水分运移模拟研究的重要性、背景和研究意义。
首先介绍了土壤水分运移模拟模型的发展历程，从而揭示了数值模拟方法在土壤水分运移研究中的重要应用。
然后重点分析了不同地区土壤水分运移差异的模拟研究以及气候变化对土壤水分运移的影响。
最后探讨了土壤水分运移模拟研究在农业生产中的应用，指出了未来发展方向和与实地观测结合的研究方法。
结论部分强调了土壤水分运移模拟研究对可持续发展的重要性，为推动农业生产效率和生态环境的保护提供了科学支持。
通过本文的研究，将有助于深入了解土壤水分运移机理，并为未来的研究和实践提供有益启示。
【关键词】土壤水分运移模拟研究, 土壤水分, 模型, 数值模拟, 地区差异, 气候变化, 农业生产, 可持续发展, 发展方向, 实地观测, 研究方法, 研究意义1. 引言1.1 土壤水分运移模拟研究进展的重要性土壤水分运移模拟研究是农田水管理和土壤保护的重要领域，在农业生产和生态环境保护中具有重要意义。
随着气候变化和人类活动的影响，土壤水分运移状况对农作物生长和土壤水分利用效率产生直接影响。
通过模拟研究土壤水分运移过程，可以更准确地了解土壤水分变化规律，为合理施肥、灌溉和田间水分管理提供科学依据。
土壤水分运移模拟研究还可以帮助预测土壤水分时空分布情况，为制定有效的土壤保护政策和水资源管理措施提供支持。
通过模拟分析不同气象条件下土壤水分运移的变化规律，可以更好地应对极端气候事件的发生，保障农作物生长和生态系统健康。
土壤水分运移模拟研究是建立可持续农业生产和生态环境保护的基础，具有重要的现实意义和应用价值。
通过深入研究土壤水分运移过程，可以为提高农业生产效率、降低灌溉水耗、改善土壤质量和推动农业可持续发展提供重要科学依据。
1.2 土壤水分运移模拟研究的背景土壤水分运移模拟研究的背景可以追溯到20世纪初，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，人们开始尝试使用数学模型来描述和预测土壤中水分的运移过程。
中国分区域生态需水——获2009年度国家科技进步奖二等奖
是 与生态 管理 有 效衔 接 ， 季 节生 态 需水 特征 值 确定 了生 态河 流 的标 准 ， 分 为河 流生 态安 全调 度提 供 了依据 ． （ ） 地 生态水 文 结构 理 论与 计算 模 型． 体 创 新 体 现 在 ４个 方 面 ： 是 具 有 大局 观 ， ５湿 具 一 以水 土 资源 开 发 利用 引起 的湿 地 消退 效应 切人 ， 体研 究 湿地 ， 服 以往 针对 特定 范 围与对 象研 究 的局 限性 ； 整 克 二是 理论 独 创 ， 首次 提 出湿地 径 流场 与湿 地生 物 多样 性场 概念 ， 以湿 地 径流 场与 生 物多样 性 场分 离 与耦合 ， 示湿 地生 态 并 揭
空 尺 度 上 由微 观 、 观 、 观 逐 级 变 化 引 起 生 态 退 化 效 应 ， 尺 度 生 态 效 应 原 理 ； 是 提 出 了判 定 区 域 生 态 效 中 宏 即 三 应 的三 个 准 则 ， 定 了 内 陆 河 干 旱 区 、 湿 润 半 干 旱 区 、 润 区 三 大 生 态 需 水 基 本 类 型 ； 是 建 立 了 不 同 区 域 确 半 湿 四 生 态 需 水 类 型 具 有 内在 联 系 的 规 律 性 描 述 ， 分 区 域 生 态 需 水 计 算 奠 定 了 理 论 基 础 ． 为
获 ２０ ０ ９年 度 国家科 技进 步奖 二等 奖
国 家 “ 五 ” 技 攻 关 重 大 课 题 “ 国 分 区 域 生 态 用 水 标 准 研 究 ” 果 “ 国 分 区 域 生 态 需 水 ” 得 十 科 中 成 中 获
２０ ０ ９年 度 国家科 技进 步 奖二 等奖 ， 中国水 利水 电科 学 研究 院 和南京 水利 科 学研 究 院 主持 完成 ． 中 国分 区 由 “ 域 生态需 水 ” 在基 础理 论 、 关键 技 术 和管 理 决 策 方 面 ， 得 重 大 突破 ， 获 对我 国生 态 需 水 理 论 与技 术 有 开 拓 性 作用 ， 原创 性 突 出 ， 体处 于 国 际领先 水平 ． 果 自 ２ ０ 总 成 ０ ３年 起在 全 国各 地陆 续获 得广 泛应 用 ， 生态 效益 、 会 社 效益 、 经济 效 益得 到 和谐 统一 ． 生态 需水 是在 流域 自然资 源 ， 特别 是水 土 资源 开发 利用 条 件下 ， 了维 护 以河 流为核 心 的流 域生 态 系统 为 动态平 衡 的 临界水 分条 件 ． 国面对 的水 与生 态安 全 问题 、 理 目标 属 于 生 态危 机 管 理 范 畴． 对 生 态 危 机 我 管 针
流域水文模型中的土壤质地转换与饱和导水率Ks值确定
２０ ０ ８年 ９月
云 南 地 理 环 境 研 究
ＹＵＮＮ ＡＮ ＯＧＲＡＰ Ｃ ＧＥ ＨＩ ＥＮＶＩ ＲＯＮ Ｅ Ｍ ＮＴ Ｓ ＲＥ ＥＡＲＣ Ｈ
Ｖ １２ ｏ ． ０。 Ｎ ． ｏ５ Ｓｐ ｅ ．， ２ ０ ０８
流 域 水 文 模 型 中 的 土 壤 质 地 转 换 与 饱 和 导 水 率 值 确 定
作者简介：陆颖 （９ ８一） １７ ，男 ，云南省昆明市人，博士研 究生 ，研究方向为流域水文模 拟与流域生态系统管理
３ ０
云南地理环境研究
第２ ０卷
并有 严 格 的数 据 要求 ，而 中国基 础 数 据 普遍 匮 乏 的 现状 限制 了其在 更 大 范 围 的应 用 。利 用 遥 感 和 ＧＳ Ｉ
断 ，误 差较 大 。为 了推 广水 文模型 的使 用 并提 高 模
拟精 度 ，本 文 以 Ｓ Ｔ模 型土 壤数据 转换 为例 ，探 ＷＡ
收 稿 日期 ：２０ ０ ０ ８— ７—１ ；修 订 日期 ：２ ０ ０ ２ ． ０ ０ ８— ８— ２
基 金 项 目 ： 国家 重 点 基 础 研 究发 展 计 划 “７ ” （０ ３ Ｂ １１０ 项 目资 助 ． ９３ ２ ０ Ｃ ４５ ０ ）
水力参 数 ，通 常 情况下 ，由实 验观 测 得 出。但 由 于 实际工作 中条件 所 限 ， 值 的确定 常使 用经 验 判
沙 、气候波动 对流域 径流 影 响 、径 流 中化 学物 质计 算 和 日径 流 过 程 模 拟 等 方 面 进 行 了 应 用 和 研
究 。但 由于 Ｓ Ｔ模 型 的运 行 机理 十 分 复杂 ， ＷＡ
相关 软件确定 值 的方 法 。
１ 模 型简介
刘刚(中国农业大学教授)
中国农业大学教授
01 人物经历
03 获奖记录
目录
02 研究领域 04 学术成果
刘刚，男，毕业于北京大学，博士，现为中国农业大学教授。
人物经历
教育经历
工作经历
1990.09-1994.07烟台大学物理本科理学学士 1994.09-1997.07中国原子能科学研究院核物理理学硕士 1997.09-2000.07北京大学凝聚态物理理学博士
5.乔照钰，刁万英，刘刚*. 2017.原位测量固体材料热导率的改进热探针方法.工程热物理学报. （待刊）
2016年：
1. RuiqiRen, G, Liu*, , Robert Horton, Baoguo Li, Bing cheng effects of probe misalignment on sap flux density measurements and in situ probe spacing correction . Meteorol., 232:176-185.
1.刘刚;温敏敏;常旭培;李保国.可实地自我校正间距的双针热脉冲热特性测量装置及方法.专利号:0.4
2.刘刚;温敏敏;任瑞琪; Robert Horton, Bing Si,王建平,eat pulse sensor and method for measuring sap flow or water flux. US9638558B2
1.资源环境系统分析.北京师范大学出版社, 2009,参编.
谢谢观看
2000.07-2002.11中国农业大学资源环境学院博士后、讲师 2002.11-2013.11中国农业大学资源环境学院副教授 其中：2009.07-2010.07加拿大Univ of Saskatchewan访问学者 2013.11-中国农业大学资源环境学院教授
基于霍顿下渗公式超渗产流计算几个问题的探讨
要点二
需要提高模型的预测 精度
虽然提出的改进模型在一定程度上提 高了预测精度，但仍存在误差。未来 可以通过更多的实验和实际应用，对 模型进行进一步优化和验证。
要点三
需要深入研究超渗产 流的机制
超渗产流是一个复杂的现象，其机制 尚未完全明确。未来的研究可以进一 步深入探讨超渗产流的物理机制，为 模型的改进提供理论支持。
03超渗产流计算方法及其改来自进超渗产流计算的基本原理
霍顿下渗公式
霍顿下渗公式是用于计算降雨后地表产流 的经典公式之一，它基于土壤水分平衡和 能量平衡原理，考虑了降雨强度、土壤类 型、植被覆盖等因素。
VS
超渗产流
超渗产流是指降雨强度超过土壤下渗能力 时，地表开始产流的现象。超渗产流计算 是水文模型和洪水预报的重要环节。
数据质量影响
超渗产流模型需要输入气象数据 、地形数据等，这些数据的质量 直接影响到模型的预测精度。例 如，如果气象数据不准确，会导 致模型低估或高估降雨强度，从 而影响洪水预报的准确性。
模型结构限制
超渗产流模型是基于土壤水分平 衡和下渗理论建立的，因此可能 无法考虑到某些复杂的物理过程 ，如蒸发、地下水补给等，这也 会对模型的预测精度产生一定影 响。
揭示了超渗产流的影响因素
通过对实验结果的分析，揭示了土壤质地、前期含水量、降雨强 度等因素对超渗产流的影响。
提出了改进的超渗产流模型
基于霍顿下渗公式，提出了一个改进的超渗产流模型，能够更准 确地预测超渗产流的发生和流量。
研究不足与展望
要点一
需要进一步考虑土壤 类型和气候条件
本研究主要关注了土壤质地、前期含 水量和降雨强度对超渗产流的影响， 但未考虑不同土壤类型和气候条件下 的影响。未来的研究可以进一步拓展 霍顿下渗公式在多种土壤类型和气候 条件下的应用。
陆面水文模型与碳氮生物地球化学循环的耦合与应用研究
陆面水文模型与碳氮生物地球化学循环的耦合与应用研究近年来，随着碳氮相互作用在地球系统中的重要性日趋凸显，全球碳循环和水文模型及其耦合模型成为当今研究者关注的重点问题。
针对碳氮地球系统的复杂性，陆面水文模型及其耦合模型作为重要工具为全球碳氮耦合系统的研究提供了有效的手段。
本文主要研究的是陆面水文模型与碳氮生物地球化学循环的耦合，并探讨它们在各种研究中的应用。
现有的陆面水文模型主要集中在地表水文动力学的研究，旨在模拟水循环，计算湿润部分和最终的结果，如地表渗透和降雨等。
然而，这些模型通常只考虑了水资源和水热量，对碳氮的考虑更加不足。
为了更全面地考虑碳氮，最新的陆面水文模型需要将水文物理模型和碳氮生物地球化学模型耦合起来。
具体来说，在耦合模型中，地表水文模型将模拟水文动力学，关注水资源和水热量；而地球化学模型会考虑水文条件下碳氮循环的相互作用，包括土壤有机碳和氮素的演化，以及地表水中碳氮的迁移。
耦合模型的应用包括：预测水文参数下土壤中碳氮循环的演变，研究碳循环对水文参数的响应，以及评估植被恢复、植物管理和水资源利用对碳氮循环的影响。
耦合模型的应用也已被用于气候模式的估算，可以提供有关气候变化对水循环和碳循环的响应的更好的认识。
总之，陆面水文模型与碳氮生物地球化学循环的耦合及其应用工作，为研究全球碳氮耦合系统提供了重要的工具。
这些研究将有助于我们更好地理解碳氮耦合系统，并有效管理水资源，恢复生态系统和
促进可持续发展。
光学与ＳＡＲ 遥感协同反演植被覆盖区土壤含水量
光学与ＳＡＲ遥感协同反演植被覆盖区土壤含水量作者：杨晶晶邓清海李莎张丽萍陈桥孙桂宗孙振洲来源：《人民黄河》2023年第11期摘要：在进行土壤含水量反演时，单纯使用传统遥感反演模型很难有效消除干扰因素。
以山东省东营市为研究区，基于光学遥感与合成孔径雷达（ＳＡＲ）数据，采用植被光谱指数修正水云模型中的植被含水量，并将修正后的水云模型与高级积分方程模型（ＡＩＥＭ）耦合，以消除植被含水量和土壤粗糙度对土壤含水量反演结果的影响，从而达到提高遥感模型反演土壤含水量精度的目的。
结果表明：基于比值植被指数（ＳＲ）的二次函数修正水云模型后，与ＡＩＥＭ模型耦合反演土壤含水量的精度最高，决定系数大于０．５，均方根误差（ＲＭＳＥ）小于等于２．２９０；土壤含水量在空间上呈现西北部大，向南逐渐减小的连续空间分布特征，该耦合模型具有普适性。
关键词：植被光谱指数；植被含水量；ＡＩＥＭ模型；多源遥感协同反演中图分类号：Ｓ５１２．１１；Ｓ１５２．７；Ｓ１２７文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１１．０２０引用格式：楊晶晶，邓清海，李莎，等．光学与ＳＡＲ遥感协同反演植被覆盖区土壤含水量［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１１）：１０６－１１０．旱情监测是农作物产品估值研究等的基础［１］。
近几十年来，多源遥感对地监测技术迅速发展，突破了传统土壤含水量监测的局限性，使得大面积连续土壤含水量监测成为可能［２］。
微波遥感技术可以穿透地表植被覆盖对地进行监测，并利用微波信号与土壤物理性质之间的高度相关性，灵敏地探测土壤含水量的动态变化［３］。
基于此，有学者利用可见光、短红外、近红外图像结合微波探测技术，研究得出了一系列反演土壤含水量模型，如常用的水云模型（ＷＣＭ）、Ｄｕｂｏｉｓ模型以及高级积分方程模型（ＡＩＥＭ）［４］等，其中ＷＣＭ模型被广泛应用于植被覆盖区土壤含水量反演、ＡＩＥＭ模型可以去除地表粗糙度对土壤含水量反演效果的影响。
土壤湿度与气候变化关系的研究进展与展望Ξ
根据垂直分辨率、植被的层次和地表各参量的
相互联系把陆面模式分为 B ucket 型单层模式、强迫 恢复型两层模式和扩散型多层模式三类〔17〕, 以下将 对这三种类型中的水收支方程分别进行简单描述。
2. 2. 1 陆面模式中的水文模型 (1) B ucket 单层模型 取土壤厚度为 d= 1m , 从地表水收支方程可推
1 引 言
陆面过程之所以引起科学家和各国政府重视的 原因是因为它与人类的生存环境息息相关。 土壤湿 度作为陆面过程研究中的重要参量, 对气候变化起 着非常重要的作用, 它通过改变地表向大气输送的 感热、潜热和长波辐射通量而影响气候变化, 它的变 化同样会影响土壤本身的热力性质和水文过程, 使 地表的各种参数发生变化, 从而进一步影响气候变 化, 反之, 气候变化能引起土壤含水量的变化。 为了 更清楚的说明土壤湿度对气候变化影响的物理过 程, 可把土壤湿度与陆面过程及其和气候变化相互 联系的物理机制归纳为如下图 1。
对干旱区进行了类似的干、湿土壤对均告诉我们一个重要信息, 土
壤湿度的异常对后期的气候变化有重要影响; 从另 一方面来讲, 气候变化同样能引起地表的热力状况
① 牛国跃 1 干旱区非均匀陆面过程的数值模拟及参数化 1 中国科 学院大气物理研究所博士论文, 19951
(3) 多层扩散模型 (M u lt i2layer d iffu sion typ e
m odels) B ucket 模型和强迫恢复模型的主要差别在于
土壤湿度和蒸发的反馈过程; 而强迫恢复模型与多 层扩散模型的差别在于考虑了土壤湿度、根区和植
为经验值;
Χ为湿度参数 (Χ=
CpP
ΚΕ
,
C
p
为定压比热,
方程综合得出。 总体动力学方法是计算潜在蒸发简
基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟
基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟王佩浩;张茜;张吴平【摘要】零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量.采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型.研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升.结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化.【期刊名称】《湖南农业科学》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】5页(P80-84)【关键词】零通量面;土壤水势;土壤含水量;数值模拟【作者】王佩浩;张茜;张吴平【作者单位】山西农业大学,山西晋中 030801;山西农业大学,山西晋中 030801;山西农业大学,山西晋中 030801【正文语种】中文【中图分类】S152.7土壤水分动态变化是研究土壤水分循环的重要内容，其主要受降雨、蒸发及土壤本身理化性质的影响。
土壤水分变化过程中，根据土壤零通量面出现深度及水势变化，结合天然土体含水量和水势剖面资料，可利用零通量法计算土壤入渗和蒸散发量[1-3]。
但在实际中，土体的含水量和水势剖面资料需要利用TDR（或中子仪）和负压计等进行定点观测。
笔者在太谷县进行大田土壤水分入渗试验，旨在通过实测数据与数值模拟精度对比，确立一种以数值模拟为主要手段的对土壤零通量面的反演模型。
1 研究概况1.1 研究区概况太谷县隶属山西省晋中市，位于山西省中部，晋中盆地东北部，与榆次区、榆社县、祁县、清徐县接壤，总面积1 048 km2。
地下水作用下土壤水蓄量变化及其对蒸发通量影响的模拟
地下水作用下土壤水蓄量变化及其对蒸发通量影响的模拟黄远洋;陈喜;张志才;郑健【摘要】将基于数值积分的土壤水平衡计算与稳态蒸发通量解析解相耦合，提出一种逼近Richards方程的迭代计算模型，分析不同地下水位下土壤水蓄量变化及其对土壤水蒸发量和潜水蒸发量的影响。
采用Hydrus-1D模型对迭代模型进行对比验证，并将模型应用于安徽五道沟实验站地下水埋深分别为0.4 m、0.6 m和1.5 m的3个蒸渗仪的土壤水蓄量变化及蒸发通量的模拟。
结果表明，迭代模型具有较高的计算精度，能较好地模拟受地下水位以上毛细管力作用的土壤水蓄量动态过程及蒸发通量，还能反演不同地下水埋深下的土壤渗透系数和孔径分布系数。
%An iterative model was proposed to approximate the Richards’ equation by coupling the soil water budget method and the analytical solution of steady-state transpiration flux, and was used to analyze the variation of soil water storage with groundwater table and its influences on soil water evaporation and groundwater evaporation. The coupled model was verified against the Hydrus-1D model. Then, the model was applied to simulation of the variation of soil water storage and transpiration flux at the groundwater depths of 0.4 m, 0.6 m, and 1.5 m at the Wudaogou Hydrological Experimental Station in Anhui Province, and the results were compared with observations from three lysimeters. The results indicate that the coupled model can effectively simulate the effects of the groundwater table on soil water storage and evaporation flux under capillary forces, and conduct a reasonable inversion of the hydraulicconductivity and pore size distribution index at different groundwater depths.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P58-64)【关键词】Richards方程;土壤水稳定状态;土壤水蓄量;土壤水蒸发;潜水蒸发【作者】黄远洋;陈喜;张志才;郑健【作者单位】河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098; 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098; 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆400714;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210098; 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210098; 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210098; 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098; 浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002【正文语种】中文【中图分类】P339土壤蒸发和潜水蒸发通量估算是水文循环的重要环节,也是水资源评价的重要内容。
关于我国土壤侵蚀模型研究进展
收稿日期:2003202;修订日期:2003203 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40271075),中国科学院知识创新工程重要方向项目“水蚀预报模型研究”,中科院地理科学与资源研究所知识创新工程项目(CX I O G 2A 00205202)1 作者简介:蔡强国(19462),男,研究员,博士生导师,主要从事土壤侵蚀、水土保持、流水地貌、流域侵蚀产沙模拟和G IS 应用等方面研究。
E 2m ail :caiqg @igsnrr 1ac 1cn 1 文章编号:100726301(2003)0320242209关于我国土壤侵蚀模型研究进展蔡强国,刘纪根(中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘 要:土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源,管理和维持人类长期生存环境的重要技术工具,受到世界各国的普遍重视。
本文总结了中国土壤侵蚀模型的主要成果,对经验统计模型、物理成因模型、国外模型在我国的应用方面作了详细的介绍。
在总结和评价中国土壤侵蚀模型的基础上,提出了今后土壤侵蚀模型应该注重的发展方向:(1)注重土壤侵蚀模型的理论研究,将从以侵蚀因子为基础的侵蚀预报向侵蚀过程的量化研究和理论完善,研究各侵蚀因子及其交互作用对侵蚀过程的影响,泥沙在复杂坡面以及不同流域尺度间的分散、输移和沉积作用;(2)加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究,加强对大中流域侵蚀模型的研究;(3)充分利用先进的R S 、G IS 技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。
关 键 词:土壤侵蚀模型;主要成果;发展方向中图分类号:S 15711土壤侵蚀是人们普遍关注的生态环境问题之一。
土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。
自20世纪60年代以来,国内外已经开发出许多实用的土壤侵蚀预报模型。
三种土壤导热率模型对中国北方地表温度的模拟
三种土壤导热率模型对中国北方地表温度的模拟任余龙;李振朝;蒋俊霞;高晓清;周甘霖;芦亚玲【期刊名称】《高原气象》【年(卷),期】2022(41)5【摘要】为了提高模式CLM4.5(The Community Land Model Version 4.5)对我国北方地表温度的模拟性能,本文利用近30年实况地表温度站点观测资料,开展了Johansen、Côté-Konrad及Lu-Ren三个常用土壤导热率模型对地表温度模拟影响的研究.结果表明,三种导热率方案均能较好地模拟出中国北方地表温度的时空特征,但Lu-Ren方案的模拟误差、均方根误差更小,与实况间的相关性最显著.实况分析表明,近30年来北方地表温度处于快速上升通道中,尤其2003年以来增温趋势更加显著;三种方案均能模拟出这种变化趋势,与实况变化间相关显著,但模拟的增温幅度偏小,其中Lu-Ren方案模拟的变化趋势与实况值最接近.基于Taylor图和降水模拟评估表明,三种方案中Lu-Ren方案模拟效果最好.由此可见,在CLM4.5模式中增加适合我国北方气候模拟的土壤导热率新方案(Lu-Ren方案),提高了CLM模式的模拟效果,促进了该陆面模式的发展.【总页数】10页(P1315-1324)【作者】任余龙;李振朝;蒋俊霞;高晓清;周甘霖;芦亚玲【作者单位】中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省防灾减灾重点实验室中国气象局防灾减灾重点实验室;中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室;中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】P435【相关文献】1.畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟Ⅱ:模型率定及验证2.高温电加热下电阻率与导热系数随温度变化的传热过程模拟3.土壤湿度和地表反射率变化对中国北方气候影响的数值研究4.基于土壤物理基本参数的土壤导热率模型5.考虑地表粗糙度改进水云模型反演西班牙农田地表土壤含水率因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于MIKESHE的流域表层土壤含水量时空变化特征分析
基于MIKESHE的流域表层土壤含水量时空变化特征分析随着气候变化和人类活动的影响，土壤含水量的时空变化对流域水资源管理和生态环境保护具有重要意义。
MIKESHE模型是一种有效的流域水文模型，可以模拟流域内土壤含水量的时空变化。
本文将基于MIKESHE模型，对流域表层土壤含水量的时空变化特征进行分析，旨在深入了解土壤含水量的变化规律，并为流域水资源管理和生态环境保护提供理论支持。
一、研究区域概况选择研究区域为某流域，该流域位于我国南部，地势起伏较大，气候湿润，为典型的亚热带季风气候。
流域内有森林、草地、耕地等不同类型的土地利用，流域水系发育，是当地重要的水源保护区。
二、MIKESHE模型简介MIKESHE模型是一种基于有限元法的流域水文模型，可以模拟流域内地表径流、土壤含水量、地下径流等水文要素的时空变化。
该模型结合了土壤水文过程和地下水流动机制，能够较为准确地反映流域内土壤含水量的变化。
三、数据采集与模型建立1.数据采集采集研究区域的降雨、蒸发、地表径流、土壤含水量等水文要素数据，并获取数字高程模型（DEM）数据、土地利用数据等地学信息数据。
2.模型建立基于采集的数据，建立MIKESHE模型，包括建立流域有限元网格、设定模型参数、进行模型验证等步骤。
四、土壤含水量时空变化特征分析1.季节变化特征通过模拟分析，得出研究区域土壤含水量的季节变化规律。
结果显示，春季降雨较多，土壤含水量呈现增加趋势；夏季气温较高，蒸发增加，土壤含水量出现减少；秋季降雨逐渐减少，土壤含水量开始下降；冬季降雨较少，土壤含水量维持在较低水平。
2.空间分布特征利用模型模拟结果，分析了研究区域不同位置土壤含水量的空间分布特征。
结果显示，流域上游山地土壤含水量较丰富，主要受降雨的影响；流域中游平原地带土壤含水量受蒸发和植被蒸腾的影响较大；流域下游湿地土壤含水量相对较高，与地下水关系密切。
3.林地、草地、耕地的影响分析了研究区域不同土地利用类型对土壤含水量的影响。
基于MIKESHE的流域表层土壤含水量时空变化特征分析
基于MIKESHE的流域表层土壤含水量时空变化特征分析MIKESHE是一种基于数学物理原理的流域水文模型，可以对流域水文特性进行较为精确的模拟和预测。
表层土壤含水量是流域水文过程中的重要参数之一，对流域水文循环具有重要的影响。
基于MIKESHE的流域表层土壤含水量时空变化特征分析对于深入了解流域水文过程具有重要的意义。
本文将从理论和实际案例两个方面进行分析，深入探讨MIKESHE模型对流域表层土壤含水量时空变化特征的分析方法和意义。
表层土壤含水量的时空变化受多种因素的影响，包括降水、蒸发腾发、地形、土壤类型等。
MIKESHE模型通过考虑这些因素的影响，能够较为准确地模拟表层土壤含水量的时空变化特征。
在模型应用中，可以通过对模型参数进行调整和优化，提高对表层土壤含水量时空变化特征的模拟精度，从而为流域水资源管理和防洪减灾提供科学依据。
某流域是我国典型的小流域，具有较为复杂的水文环境。
为了深入了解该流域表层土壤含水量的时空变化特征，我们利用MIKESHE模型对该流域进行了模拟分析。
我们收集了该流域的降水、蒸发腾发、地形和土壤类型等数据，并进行了地统计学分析。
然后，我们建立了该流域的MIKESHE模型，并对模型参数进行了优化调整。
我们对模拟结果进行了分析和验证。
通过模拟分析，我们发现该流域表层土壤含水量的时空变化具有一定的规律性。
在降水较为充沛的季节，表层土壤含水量呈现较大的季节性变化，而在降水较为稀缺的季节，表层土壤含水量则呈现较为稳定的状态。
在不同地形和土壤类型区域，表层土壤含水量的时空变化也存在一定的差异性。
通过对模拟结果的分析，我们能够更深入地了解该流域表层土壤含水量的时空变化特征，为流域水资源管理和防洪减灾工作提供科学依据。
MIKESHE模型是一种较为成熟的流域水文模型，能够对流域内的水文过程进行较为准确的模拟和预测。
基于MIKESHE的流域表层土壤含水量时空变化特征分析能够帮助我们深入了解流域水文过程的动态变化，为流域水资源管理和防洪减灾提供科学依据。