森林變化和氣候變異通常被認(rèn)為是影響森林流域徑流變化的2個(gè)最重要驅(qū)動(dòng)因子。然而,在全球氣候變暖的背景下,高寒地區(qū)多年凍土退化也成為影響河川徑流的一個(gè)重要因素。大興安嶺地區(qū)是歐亞大陸多年凍土分布區(qū)的南緣,是我國乃至全球范圍內(nèi),受氣候變暖影響最為顯著的凍土區(qū)之一。同時(shí),在過去的幾十年里大興安嶺森林經(jīng)歷了森林采伐和森林恢復(fù)的動(dòng)態(tài)變化過程。森林、氣候和凍土變化對(duì)水文過程和水資源的影響成為大興安嶺地區(qū)亟待被揭示的科學(xué)問題。本文以大興安嶺典型森林流域(66-65 81 km2)為研究對(duì)象,對(duì)過去40年(1973-2012)發(fā)生的氣候變異、森林覆蓋率變化和多年凍土退化及其與地表徑流的關(guān)系進(jìn)行研究,并同時(shí)定量評(píng)價(jià)了 3個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)高寒地區(qū)森林大流域年徑流量變化的相對(duì)貢獻(xiàn),旨在揭示我國東北多年凍土分布區(qū)河川徑流對(duì)森林、氣候以及凍土變化如何響應(yīng),以期在全球氣候變化的背景下,為區(qū)域森林和水資源的可持續(xù)性管理提供理論依據(jù)。結(jié)果表明:(1)在過去40年間(1973-2012),塔河上游流域年徑流量沒有顯著的變化趨勢(shì)(p0.05),其變化速率為0.35 mm/year。但其呈現(xiàn)出明顯的階段性變化規(guī)律,從1973年至80年代末期呈上升趨勢(shì),80年代末至2012年呈降低趨勢(shì)。年降水量變化幅度很小(p0.05)。年潛在蒸散發(fā)量、年平均氣溫、年平均最低氣溫和年平均最高氣溫均顯著上升(p0.05),上升速率分別為 1.38 mm/year、0.04 ℃/year、0.04 ℃/year和0.03 ℃/year。說明,大興安嶺森林大流域徑流量與降水量變化趨勢(shì)比較一致,而氣溫的顯著升高沒有顯著影響徑流量的長期變化趨勢(shì)。(2)塔河上游流域過去40年的年徑流量與年降水量間存在著極顯著的正向線性回吵丨關(guān)系(R2=0.738,/p0.01)。徑流量與空氣溫度的關(guān)系不顯著(p0.05),但隨著潛在蒸散發(fā)量的增加年徑流量有小幅的降低。自1973-1987至1988-2001,平均年徑流量顯著(p0.01)上升了 67.25 mm(3.47 mm/year),但是降水量只升高了 54.30 mm(2.16 mm/year),并且年平均氣溫的顯著(p0.01)上升(1.20℃,0.06 ℃/year)導(dǎo)致潛在蒸散發(fā)量有1.69 mm/year的顯著升高趨勢(shì)(p0.01);另一方面,自1988-2001至2001-2012,平均年徑流量顯著(p0.01)降低了60.21mm(4.18mm/year),但是降水量只降低了 29.66 mm(2.35 mm/year),并且空氣溫度沒有顯著變化�？梢�,雖然年降水量和年徑流量之間存在密切的相關(guān)性,但是無論在變化量或變化速率上來看,不同階段平均年徑流量的變化均無法由降水量變化完全解釋。(3)塔河上游流域的年徑流量和森林覆蓋率存在著相反的變化趨勢(shì)。森林采伐階段(1973-1987至1988-2001),平均森林覆蓋率降低了 5.5%,徑流系數(shù)增加了 12.7%;森林恢復(fù)階段(1988-2001至2002-2012),平均森林覆蓋率升高了 10.0%,徑流系數(shù)降低了 14.9%。說明森林覆蓋率降低在一定程度上降低了流域內(nèi)森林的徑流調(diào)節(jié)能力,而森林覆蓋率的升高增強(qiáng)了森林對(duì)河川徑流的調(diào)節(jié)能力,對(duì)森林水源涵養(yǎng)功能有積極作用。(4)在配對(duì)森林小流域試驗(yàn)中,森林干擾對(duì)小流域的低流量徑流情勢(shì)的影響要明顯強(qiáng)于高流量。與對(duì)照流域(小北溝流域)相比,森林干擾使老溝河流域的低流量降低了 26.6%,低流量變異系數(shù)增加了 36.8%,并且差異均達(dá)到了顯著水平(p0.01)。干擾流域的高流量大小、歷時(shí)以及變異性也有所增加,但是與對(duì)照流域相比,差異均未達(dá)到顯著水平(p0.05)。森林小流域的低流量徑流情勢(shì)對(duì)森林干擾比較敏感,尤其是在與水文循環(huán)聯(lián)系緊密的區(qū)域(河岸帶),小范圍的森林干擾能夠引起低流量徑流情勢(shì)顯著的變化。(5)以塔河和多布庫爾河上游流域?yàn)槔?研究大興安嶺河川冬季基流與多年凍土退化的關(guān)系。結(jié)果表明冬季基流在過去40年內(nèi)(1973-2012)存在極顯著的上升趨勢(shì)(p0.01),平均變化速率分別為 1.7%/year(0.09 mm/year)和 2.5%/year(0.16 mm/year),研究期內(nèi)總變化分別為98.3%和66.9%。同時(shí),多年凍土退化指示性指標(biāo),年平均氣溫和融化指數(shù)也具有顯著的(p0.01)升高趨勢(shì)。通過時(shí)間序列相關(guān)分析和突變點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn),冬季基流的升高趨勢(shì)與研究期內(nèi)多年凍土融化有緊密關(guān)系,并且可能與年內(nèi)春季和夏季的降雨比例的升高有關(guān)。說明由于氣溫的顯著增高導(dǎo)致的多年凍土退化對(duì)流域的水文過程產(chǎn)生了顯著的影響,這一影響主要是由于多年凍土退化導(dǎo)致凍土隔水效應(yīng)減弱,更多地表水入滲轉(zhuǎn)化為地下水,使地下水水庫儲(chǔ)水量增加,從而導(dǎo)致冬季基流增加。(6)定量評(píng)價(jià)塔河上游流域森林、氣候和凍土變化對(duì)年徑流量變化的相對(duì)貢獻(xiàn),結(jié)果表明:森林/凍土變化在森林采伐階段(1973-2001)和森林恢復(fù)階段(1988-2012)對(duì)平均年徑流量變化的相對(duì)貢獻(xiàn)分別為70.0%(47.0 mm)和63.1%(-38.0 mm),而氣候變異對(duì)其的相對(duì)貢獻(xiàn)相對(duì)較低,大約在30%左右。通過計(jì)算包括多年凍土退化的融化水和冬季基流的變化,初步獲得凍上退化對(duì)森林采伐階段和森林恢復(fù)階段平均年徑流量變化的相對(duì)貢獻(xiàn)分R%為15.8%年和-3.3%,從而得到森林覆蓋率變化的相對(duì)貢獻(xiàn)分別為54.1%和66.4%。說明森林在調(diào)節(jié)大興安嶺地區(qū)河川徑流量的過程中起到主導(dǎo)作用,在未來的森林和水資源的管理中需要特別注意森林的經(jīng)營管理對(duì)水文和水資源的影響,同時(shí)也應(yīng)該注意,在未來氣候變暖的背景下,研究高寒地區(qū)的森林流域水文特征時(shí),應(yīng)綜合考慮森林、氣候以及多年凍土退化等影響因素。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P333.1;S715
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 選題背景與研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 森林變化對(duì)水文的影響
        1.2.2 氣候變化對(duì)水文的影響
        1.2.3 凍土退化對(duì)水文的影響
    1.3 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容
        1.3.1 研究目標(biāo)
        1.3.2 主要研究內(nèi)容
        1.3.3 技術(shù)路線
2 研究區(qū)概況
    2.1 地理位置
    2.2 地形地貌
    2.3 氣象
    2.4 水文
    2.5 土壤
    2.6 植被
    2.7 凍土
3 研究方法
    3.1 數(shù)據(jù)收集
        3.1.1 水文、氣象數(shù)據(jù)
        3.1.2 森林覆蓋率數(shù)據(jù)
        3.1.3 凍土數(shù)據(jù)
    3.2 研究方法
        3.2.1 趨勢(shì)分析
        3.2.2 相關(guān)性分析
        3.2.3 突變點(diǎn)分析
        3.2.4 森林、氣候和凍土變化對(duì)徑流量影響的評(píng)價(jià)方法
4 大興安嶺森林流域河川徑流量、森林覆蓋率和氣候因子的變化趨勢(shì)特征
    4.1 引言
    4.2 研究流域概況
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 森林植被變化趨勢(shì)特征
        4.3.2 河川徑流量變化趨勢(shì)特征
        4.3.3 氣象要素變化趨勢(shì)特征
    4.4 小結(jié)
5 大興安嶺氣候變異對(duì)河川徑流的影響
    5.1 引言
    5.2 研究流域概況
    5.3 研究方法
    5.4 結(jié)果與分析
        5.4.1 降水量對(duì)河川徑流年際變化的影響
        5.4.2 氣溫對(duì)河川徑流年際變化的影響
        5.4.3 水文氣象要素階段性變化特征…_
        5.4.4 不同階段降水和氣溫變化對(duì)徑流量的影響
    5.5 小結(jié)
6 大興安嶺森林覆蓋率變化對(duì)河川徑流的影響
    6.1 引言
    6.2 研究流域概況
        6.2.1 塔河上游流域概況
        6.2.2 配對(duì)流域概況
    6.3 研究方法
        6.3.1 森林覆蓋率變化確定
        6.3.2 徑流情勢(shì)指標(biāo)和水文變量
    6.4 森林覆蓋率變化對(duì)森林大流域河川徑流的影響
        6.4.1 森林覆蓋率對(duì)河川徑流年際變化的影響
        6.4.2 不同階段森林覆蓋率變化對(duì)河川徑流的影響
    6.5 森林干擾對(duì)小流域年內(nèi)徑流情勢(shì)的影響
        6.5.1 配對(duì)流域徑流量年內(nèi)變化特征
        6.5.2 高、低流量大小(Magnitude)特征
        6.5.3 高、低流量歷時(shí)(Duration)特征
        6.5.4 高、低流量變異性(Variability)特征
        6.5.5 配對(duì)流域徑流浮動(dòng)系數(shù)(Flashiness Index)
    6.6 討論
        6.6.1 森林覆蓋率變化對(duì)森林大流域徑流系數(shù)的影響
        6.6.2 森林干擾對(duì)小流域徑流情勢(shì)的影響
    6.7 小結(jié)
7 大興安嶺多年凍土退化對(duì)河川冬季基流的影響
    7.1 引言
    7.2 研究流域概況
    7.3 研究方法和數(shù)據(jù)
        7.3.1 數(shù)據(jù)
        7.3.2 研究方法
    7.4 結(jié)果與分析
        7.4.1 冬季基流的變化趨勢(shì)特征
        7.4.2 多年凍土退化指標(biāo)變化趨勢(shì)特征
        7.4.3 降水情勢(shì)的變化趨勢(shì)特征
        7.4.4 凍土退化和降水情勢(shì)變化對(duì)冬季基流的影響
        7.4.5 冬季基流的階段性變化
    7.5 討論
        7.5.1 多年凍土退化對(duì)冬季基流的影響
        7.5.2 降水情勢(shì)改變對(duì)冬季基流的影響
        7.5.3 冬季基流對(duì)氣候變化的延滯響應(yīng)
    7.6 小結(jié)
8 定量評(píng)價(jià)大興安嶺森林流域年徑流量變化的影響因子
    8.1 引言
    8.2 研究流域概況
    8.3 研究方法
        8.3.1 數(shù)據(jù)
        8.3.2 研究時(shí)段劃分
        8.3.3 評(píng)價(jià)方法
    8.4 結(jié)果與分析
        8.4.1 時(shí)間序列相關(guān)分析
        8.4.2 氣候變異和森林覆蓋率變化/凍土退化對(duì)年徑流量變化的貢獻(xiàn)
        8.4.3 森林覆蓋率變化和凍土退化對(duì)年徑流量變化的貢獻(xiàn)
    8.5 討論
        8.5.1 森林覆蓋率變化對(duì)年徑流量的影響
        8.5.2 氣候變異對(duì)水文過程的影響
        8.5.3 多年凍土退化對(duì)水文過程的影響
        8.5.4 對(duì)森林和水資源管理的啟示
    8.6 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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