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人类活动和气候变化影响黄河流域水循环的研究取得新进展
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2019-04-01 | 【 【关闭】

  受气候变化和人类活动共同影响,黄河流域的水循环正在发生显著变化。如何区分气候变化和人类活动对流域水循环的影响,仍是目前研究的难点问题,其中蒸散发的确定是相关研究的重要环节。黄河流域自2000年国家实施退耕还林以来,植被覆盖明显改善。然而,植被变化对水资源影响的研究尚存在争议,且可获得的水循环变量数据不确定性较大,特别是蒸散发;黄河流域是我国重要的商品粮基地,农业灌溉是不可缺少的生产方式,然而在实际观测数据缺乏的情况下,无论是模式模拟还是遥感获得的蒸散发,均不能很好反应灌溉的影响。因此,利用多源数据降低蒸散发数据的不确定性,定量区分气候和土地利用变化对黄河流域水循环的影响具有的科学意义和应用价值。bbin波音官方东亚区域气候-环境院重点实验室马柱国研究团队的吕美霞博士等最近的研究取得了以下几个方面的进展:

  1)考虑农业灌溉的影响重建了黄河流域尺度的蒸散发 综合利用陆面模式结果、观测降水、天然径流以及实测灌溉耗水量,提出一种考虑农业灌溉影响的流域尺度蒸散发的重建方法。结果表明该重建黄河流域蒸散发的相对误差的绝对值小于1.9%,重建的蒸散发数据使得基于GRACE重力卫星的陆地水分收支的不闭合误差从3.31 cm/year降低为1.69 cm/year,且长江流域的蒸散发重建结果进一步证明该重建方法的合理性(图1)。该项成果可以为流域水分收支的变化研究提供数据基础 (Lv et al., JH, 2017)。

  2)定量区分了气候变化和土地利用变化对径流的影响 采用Schaake(1990)提出的弹性系数方法,定量区分气候和土地利用变化对黄河近十几年天然径流的减少发现,在黄河源区潜在蒸散发的贡献最大,中下游主要受到降水总量、潜在蒸散发及叶面积指数控制,三者贡献率相当。区别以往研究,该部分重点考虑了降水强度和流域下垫面特征参数,在忽略降水强度的情况下,常用的扣除法往往将降水强度对径流的贡献转嫁给土地利用变化,从而高估人类活动的影响 (Lv et al., JGR, 2018)。

  3)基于区域模式和GRACE陆地水储量对黄河流域水循环要素进行了综合分析 通过WRF模拟发现,在耕地转变为混交林的情况下,黄河流域面平均降水量增多、蒸发增加而产流减少。对于GRACE陆地水储量TWS,其在黄土高原(黄河源区)减少(增加)得越来越快(慢)(图2),源区TWS的增加对应增加的土壤水和径流且降水增加,黄土高原及下游TWS减少对应减少的地下水和径流。土壤水和地下水可以通过蒸散发影响TWS,而蒸散发在流域大部分地区呈增加趋势并与叶面积指数具有较好的正相关。未来退耕还林工程的进一步实施,对黄河径流的影响不容忽视 (Lv et al., JGR; AOSL, 2019)。

  以上研究发表在《Journal of Hydrology》、《Journal of Geophysical Research》和AOSL。

  图1 黄河流域和长江流域GLDAS-1陆面模式蒸散发及重建蒸散发的对比(recon表示重建结果)

  图2 黄河流域陆地水储量的变化趋势(a)、蒸散发与叶面积指数相关系数(b)以及观测土壤水和地下水的变化趋势(c、d)

  Lv Meixia, Ma Zhuguo*, Li Mingxing, and Zheng Ziyan. Quantitative analysis of terrestrial water storage changes under the Grain for Green program in the Yellow River basin. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2019, 124, 1336–1351.

  Lv Meixia, Ma Zhuguo*, and Peng Shaoming. Responses of terrestrial water cycle components to afforestation within and around the Yellow River basin. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2019,12, 116–123.

  Lv Meixia, Ma Zhuguo*, and Lv Meizhao. Effects of climate/land surface changes on streamflow with consideration of precipitation intensity and catchment characteristics in the Yellow River Basin. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2018, 123, 1942–1958.

  Lv Meixia, Ma Zhuguo*, Yuan Xing, Lv Meizhao, Li Mingxing, and Zheng Ziyan. Water budget closure based on GRACE measurements and reconstructed evapotranspiration using GLDAS and water use data for two large densely-populated mid-latitude basins. Journal of Hydrology, 2017, 547, 585–599.

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