本文選題：降水再分配　切入點：穿透雨　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：植被冠層對降水的再分配現(xiàn)象可以顯著改變地表降水的空間分布格局,從而影響入滲、徑流、蒸散發(fā)等一系列水文過程。莖干流對根區(qū)土壤水分的補給效應(yīng)可能是旱區(qū)植被主動適應(yīng)干旱逆境的重要機制之一。蒸散發(fā)是土壤-植被-大氣連續(xù)體(SVAT)的重要組成部分,開展科學(xué)、高效的植被建設(shè)需要考慮造林樹種的耗水特征及其對干旱瘠薄環(huán)境的適應(yīng)能力。因此,研究植被冠層降水再分配模式及其蒸散耗水規(guī)律,在理論上有助于揭示旱區(qū)植被對干旱脅迫環(huán)境的主動適應(yīng)機制,在實踐中對于該地區(qū)開展合理的植被建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。本論文針對“降水→冠層再分配→地表徑流→土壤水分凈輸入→蒸散損失”這一關(guān)鍵生態(tài)水文過程,以黃土高原北部地區(qū)兩種典型的人工造林灌木樹種(檸條和沙柳)為研究對象,定量了穿透雨(指直接穿過冠層空隙和經(jīng)冠層攔截后滴落至地表的水分)、莖干流(指沿著樹干或莖干匯聚至根部土壤的水分)和冠層截留(指經(jīng)冠層截獲后而無效蒸發(fā)的水分)占林外降雨量的比例及其影響因素,采用染料示蹤試驗研究了莖干流在灌叢基部土壤的入滲情況及其對根區(qū)土壤水分的補給效應(yīng),建立了由灌叢枝條易測量指標(biāo)(基徑和長度)和生物量尺度擴展因子(標(biāo)準(zhǔn)枝數(shù))估算個體以及小區(qū)尺度灌叢生物量的方法,動態(tài)監(jiān)測并分析了灌叢小區(qū)尺度0~400 cm剖面土壤儲水量的變化特征及其影響因素,最終在定量小區(qū)尺度灌叢降水再分配過程土壤水分凈輸入(指除去冠層截留外輸入小區(qū)地表的水分)、地表徑流和剖面土壤儲水量變化的基礎(chǔ)上,根據(jù)水量平衡原理對灌叢小區(qū)尺度的蒸散耗水特征及其影響因素進行了研究,所取得主要結(jié)論如下:1.檸條、沙柳灌叢具有大致相同的降水再分配模式。在降水再分配組分中,穿透雨占林外降雨量的比例(以下簡稱“占比”)最大,檸條和沙柳灌叢平均分別為73.0%和67.1%;其次為冠層截留的占比,二者平均分別為16.6%和25.7%;莖干流的占比最小,二者平均分別為10.4%和7.2%。灌叢可以高效地將枝條、葉片等部位截獲的雨水通過莖干流匯聚至根部土壤,觀測期內(nèi),檸條、沙柳灌叢莖干流水分匯集率(指以莖干流的形式匯聚到灌叢基部面積的降雨量與林外空地降雨量的比值)平均分別為124.9和87.5。2.降雨量是影響兩種灌叢降水再分配模式最重要的因素。隨著降雨量的增加,兩種灌叢的穿透雨、穿透雨占比、莖干流、莖干流占比、冠層截留以及莖干流水分匯集率均以線性或指數(shù)函數(shù)形式增加,而冠層截留占比則以指數(shù)函數(shù)形式降低。灌叢形態(tài)特征對其降水再分配模式具有一定影響,但由于灌叢形態(tài)特征的復(fù)雜多變性,這種影響在兩種灌叢種類之間存在差異。其次,在不同降雨量或雨強梯度下灌叢形態(tài)特征對降水再分配模式的影響也不同。3.降水再分配過程中,檸條、沙柳灌叢下土壤水分的凈輸入量(指穿透雨和莖干流之和)占林外降雨量的比例分別為83.6%和74.0%。降雨量是影響灌叢降水再分配過程土壤水分凈輸入的重要因素。回歸分析顯示,凈輸入量隨降雨量的增加呈線性增加,凈輸入量的占比則以指數(shù)函數(shù)形式增加。灌叢形態(tài)特征對降水再分配過程土壤水分凈輸入的影響在不同灌叢種類和降雨量或雨強梯度下存在一定差異。染料示蹤試驗結(jié)果表明,莖干流匯集至灌叢基部土壤的水分主要沿著根系通道優(yōu)先入滲,且入滲深度明顯大于穿透雨在冠幅下土壤以及降雨在冠幅外臨近土壤的入滲深度。莖干流可以明顯增加灌叢基部土壤的水分含量。4.對于檸條和沙柳灌叢而言,可以利用枝條基徑(D)、長度(H)這兩個易測量指標(biāo)對枝條生物量做出精確估計。對比4種生物量模型發(fā)現(xiàn),基于D、H二者組合變量(D2H)的異速生長方程(冪函數(shù)方程)是估算灌叢枝條生物量的最優(yōu)模型。模型經(jīng)線性轉(zhuǎn)化后,生物量數(shù)據(jù)的異方差性得以明顯改善,模型擬合的決定系數(shù)最大,平均誤差、平均絕對誤差、總相對誤差、平均系統(tǒng)誤差和平均絕對百分誤差整體上最小,可以滿足生態(tài)學(xué)研究的精度要求。在枝條生物量估算模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合灌叢標(biāo)準(zhǔn)枝形態(tài)指標(biāo)(基徑和長度)和生物量尺度擴展因子(灌叢標(biāo)準(zhǔn)枝數(shù))的測量與統(tǒng)計,最終可對灌叢個體或小區(qū)尺度的生物量做出合理估計。5.灌叢小區(qū)尺度0~400 cm剖面土壤儲水量的動態(tài)觀測表明,降雨量及其年內(nèi)分布特征是影響土壤儲水量大小的重要因素。灌叢小區(qū)剖面土壤儲水量的變異系數(shù)隨著土層深度的增加而減少,說明剖面土壤水分的波動程度隨土層深度的增加而減弱。土壤剖面的顆粒分布特征是影響土壤水分垂直分布格局的重要因素。在0~400 cm土層范圍內(nèi),隨著土壤黏粒、粉粒含量的增加,檸條、沙柳小區(qū)剖面土壤含水量以指數(shù)函數(shù)或線性方式增加。坡位是影響坡面小區(qū)剖面土壤儲水量的重要因素,儲水量大小均表現(xiàn)為坡頂部坡中部坡底部的分布規(guī)律。小區(qū)內(nèi)灌叢密度、灌叢蓋度(總冠幅面積占小區(qū)面積的比例)以及單位面積灌叢干重等植被因子對剖面土壤儲水量的大小有一定影響。6.灌叢小區(qū)尺度蒸散結(jié)果顯示,隨著生長季的推進,檸條、沙柳灌叢小區(qū)尺度蒸散量均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。在氣象因子中,降雨量是影響灌叢蒸散最重要的因素,各監(jiān)測時段內(nèi)的蒸散耗水量隨降雨量的增加呈線性增加。其次,大氣溫度也對灌叢蒸散具有重要影響。在地形因素中,灌叢蒸散量隨小區(qū)坡度的越大而減小,這可能與坡度增大后徑流增加從而導(dǎo)致輸入地表的凈水分通量減少有關(guān)。在土壤因素中,地表砂層覆蓋厚度增加對灌叢蒸散有明顯的抑制作用。在植被因子中,灌叢密度、蓋度以及灌叢干重密度等對其蒸散耗水沒有顯著影響。綜上所述,灌叢通過降水再分配效應(yīng)可以顯著改變降雨過程中輸入地表的凈水分通量。莖干流在灌叢根部土壤存在優(yōu)先入滲的現(xiàn)象,對根區(qū)土壤水分具有明顯的補給效應(yīng)。灌叢小區(qū)尺度的蒸散耗水受降雨、冠層降水再分配模式、地形和土壤因素的深刻影響。
[Abstract]:This paper studies the spatial distribution pattern of soil moisture in the arid area , which is one of the most important mechanisms of soil - vegetation - atmosphere continuum ( SVAT ) . The results show that the variation coefficient of soil moisture in soil profile is the most important factor affecting soil water storage .

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q948.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郭生練,朱英浩;互補相關(guān)蒸散發(fā)理論與應(yīng)用研究[J];地理研究;1993年04期

2 陳喜,姜彤;不同氣候區(qū)月蒸散發(fā)能力計算模式適用性分析[J];水文;2004年05期

3 武夏寧;胡鐵松;王修貴;江燕;李修樹;;區(qū)域蒸散發(fā)估算測定方法綜述[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2006年10期

4 潘衛(wèi)華;徐涵秋;李文;蔡文華;張春桂;;衛(wèi)星遙感在東南沿海區(qū)域蒸散(發(fā))量計算上的反演[J];中國農(nóng)業(yè)氣象;2007年02期

5 劉鈺;彭致功;;區(qū)域蒸散發(fā)監(jiān)測與估算方法研究綜述[J];中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報;2009年02期

6 劉波;翟建青;高超;姜彤;王艷君;;基于實測資料對日蒸散發(fā)估算模型的比較[J];地球科學(xué)進展;2010年09期

7 蔡輝藝;余鐘波;楊傳國;鞠琴;燕文明;;淮河流域參考蒸散發(fā)量變化分析[J];河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年01期

8 朱明明;李明杰;侯西勇;;黃河三角洲日蒸散發(fā)遙感估算及其空間格局特征分析[J];科技導(dǎo)報;2012年23期

9 宋璐璐;尹云鶴;吳紹洪;;蒸散發(fā)測定方法研究進展[J];地理科學(xué)進展;2012年09期

10 唐婷;冉圣宏;談明洪;;京津唐地區(qū)城市擴張對地表蒸散發(fā)的影響[J];地球信息科學(xué)學(xué)報;2013年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 劉志紅;劉文兆;李銳;;基于3S技術(shù)的區(qū)域蒸散研究進展[A];《中國水土保持科學(xué)》第1屆4次編委會會議論文集[C];2006年

2 敬書珍;倪廣恒;;基于遙感的城市蒸散發(fā)對土地利用/覆蓋的響應(yīng)研究[A];2008年全國城市水利學(xué)術(shù)研討會暨工作年會資料論文集[C];2008年

3 司希禮;楊增元;楊增麗;時玉蘭;徐軍;范敬華;趙文聚;;區(qū)域綜合蒸散發(fā)量計算方法初探[A];山東水利學(xué)會第八屆優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文匯編[C];2003年

4 黃旭;汪彪;張玉劍;陳偉偉;;衛(wèi)星遙感資料估算區(qū)域蒸散發(fā)的方法綜述[A];創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展 提高氣象災(zāi)害防御能力——S4衛(wèi)星資料在中小尺度天氣分析中的應(yīng)用[C];2013年

5 梁麗喬;李麗娟;;洮兒河流域蒸散發(fā)時空格局及其演變機制研究[A];中國地理學(xué)會百年慶典學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2009年

6 余新曉;程根偉;趙玉濤;周楊明;;長江上游暗針葉林蒸散研究[A];加入WTO和中國科技與可持續(xù)發(fā)展——挑戰(zhàn)與機遇、責(zé)任和對策（下冊）[C];2002年

7 劉朝順;高志強;高煒;;基于遙感的地表溫度及蒸散發(fā)對LUCC響應(yīng)的研究[A];中國地理學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

8 呂文;楊桂山;萬榮榮;;太湖流域耕地不同輪作方式蒸散速率特征及影響因子研究[A];自然地理學(xué)與生態(tài)安全學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2012年

9 楊肖麗;任立良;;基于RS/GIS的沙拉沐淪河流域蒸散發(fā)研究[A];中國地理學(xué)會百年慶典學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2009年

10 杜君平;孫睿;;基于Ts-NDVI特征空間估算缺資料地區(qū)陸面蒸散發(fā)[A];地理學(xué)核心問題與主線——中國地理學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會暨中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所建所五十年慶典論文摘要集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 陳鶴;基于遙感蒸散發(fā)的陸面過程同化方法研究[D];清華大學(xué);2013年

2 張曉艷;民勤綠洲荒漠過渡帶梭梭人工林蒸散研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2016年

3 楊憲龍;黃土高原北部典型灌叢降水再分配特征及其蒸散耗水規(guī)律[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

4 馮景澤;遙感蒸散發(fā)模型參照干濕限機理及其應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2012年

5 李修倉;中國典型流域?qū)嶋H蒸散發(fā)的時空變異研究[D];南京信息工程大學(xué);2013年

6 王昊;蘆葦濕地蒸散發(fā)測算方法及耗水預(yù)測研究[D];大連理工大學(xué);2006年

7 鄭文武;城市地表蒸散發(fā)遙感反演研究[D];中南大學(xué);2012年

8 韓惠;基于遙感技術(shù)的祖厲河流域土地利用/土地覆蓋變化與蒸散發(fā)研究[D];蘭州大學(xué);2006年

9 孫福寶;基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)的流域蒸散發(fā)研究[D];清華大學(xué);2007年

10 謝虹;青藏高原蒸散發(fā)及其對氣候變化的響應(yīng)（1970-2010）[D];蘭州大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 錢虹;城市化進程中土地利用變化對蒸散的影響模擬[D];南京信息工程大學(xué);2015年

2 趙志明;京津唐城市密集區(qū)地表蒸散研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

3 韓璐;遼寧省蒸散發(fā)時空規(guī)律分析[D];遼寧師范大學(xué);2015年

4 朱燕燕;基于遙感的區(qū)域ET分析及水資源利用效率評價[D];太原理工大學(xué);2016年

5 周琳;北京市城市蒸散發(fā)研究[D];清華大學(xué);2015年

6 吳鵬亮;基于改進型SEBAL模型的區(qū)域蒸散研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

7 高云飛;黑河上游天老池流域亞高山草地蒸散發(fā)研究[D];蘭州大學(xué);2016年

8 楊加林;區(qū)域蒸散特征及對氣候和土地利用變化的響應(yīng)研究[D];華東師范大學(xué);2016年

9 薛麗君;基于Budyko水熱耦合平衡理論的嫩江流域蒸散發(fā)研究[D];吉林大學(xué);2016年

10 施云霞;基于SEBAL模型的新疆精河綠洲蒸散發(fā)研究[D];新疆師范大學(xué);2016年

，

本文編號：1680786