黄河中游植被结构动态变化对流域水文过程影响的遥感解析研究

Vegetation structure variation is a crucial factor that affects watershed hydrological processes. In recent decades, various vegetation restoration projects have been implemented in the middle reaches of Yellow River Basin.The condition of vegetation has obviously changed, meanwhile the runoff has significantly reduces. Studying the mechanism of impacts of vegetation structure dynamics on hydrological processes is significant to analyze the water cycle in the middle reaches of Yellow River Basin. The Jing River Basin serves as the research area. This study will couple dynamic vegetation remotely sensed structure parameters and distributed hydrological model to reveal the impacts of vegetation dynamics on the hydrological processes change. This study includes: 1) extracting dynamic vegetation structure parameters, such as leaf area index, vegetation cover and root depth, based on remote sensing inversion; 2) constructing the distributed hydrological model coupling dynamic remotely sensed vegetation structure parameters in this study area, calibrating and validating the model parameters, and making sure to accurately simulate runoff, evapotranspiration, soil moisture; 3) simulating the temporal and spatial change of hydrological processes from 1982 to 2014, and revealing the impacts of vegetation structure dynamics on the temporal and spatial pattern of hydrological processes based on the statistical methods and scenarios change. This study can provide the scientific references for analyzing the water cycle in this area.

植被结构变化是影响流域水文过程的重要因素。近几十年来，黄河中游地区实施了多种植被恢复工程。植被状况发生显著变化，同时流域的径流呈现出锐减的趋势。深入研究植被结构动态变化对流域水文过程的影响机理，对于分析黄河中游水循环变化具有重要意义。课题以黄河中游泾河流域为研究区，拟通过耦合动态的遥感植被结构参数和分布式水文模型揭示植被变化对流域水文过程变化的影响。研究内容包括：1）定量遥感反演研究区叶面积指数、植被盖度和根系深度等植被结构参数的动态变化；2）构建研究区耦合了动态遥感植被结构参数的分布式水文模拟系统，并对模型参数进行率定和验证，确保水文过程中径流、蒸散发和土壤湿度模拟的准确性；3）模拟泾河流域1982-2014年水文过程的时空变化，并结合统计分析和情景变换的方法，研究植被结构动态变化对流域水文过程时空格局的影响，为分析黄河中游水循环变化提供科学参考。

近几十年以来，黄河中游地区实施地一系列的水土保持和生态恢复措施使得该区域的下垫面植被结构发生明显的时空变化。于此同时，该区域水文过程也发生了显著的变化。针对以上问题，本研究选取黄河中游泾河流域为研究区，研究植被结构时空动态变化对流域水文过程的影响。主要研究内容包括：遥感反演并分析了泾河流域1982-2016年的植被和水文气象时空变化，构建了集成遥感植被信息的分布式水文模型，并进行了参数校正和验证，据此定量揭示了植被结构动态变化对泾河流域水文过程变化的影响，基于搜集的数据集把相关内容拓展到周边及更大尺度。研究结果表明：相比较于2000年之前，2000年之后的退耕还林（草）工程则显著地提高了流域下垫面的植被覆盖；近35年里，泾河流域降雨变化不太显著，温度则呈现出显著增加趋势；构建的集成动态遥感叶面积指数（LAI）的时变增益分布式水文模型在泾河流域表现良好，纳什系数在校正期和验证期分别为0.76和0.69；在近35年的植被恢复过程中，流域径流和土壤湿度处于明显的减少趋势，而蒸散发则趋于增加的趋势；增加植被的LAI可以导致径流和土壤水的减少和蒸散发的增加；当农地、林地和草地的单位面积LAI变化相同的比例时，对于流域的水文过程的影响而言，都是农地>林地>草地。本研究可以为揭示流域生态恢复背景下水资源的演变规律提供科学参考。