荒漠化地区土壤-水文-植被参数多尺度时空变异与耦合转换函数研究

Reasonable assurance of soil-hydrology-vegetation parameters is the key issue to study water cycle, eco-hydrological modeling. Taking the desertified Horqin Sandy Land as the study area, by following the technology roadmap of field experiments, variance analysis, functions building, adaptive assessment, this study will: 1) combined the methods of pedo-transfer function, geostatistics, joint multifractal, neural networks, stochastic theory, spectral analysis, uncertainty analysis, data processing and classification, and gradually/tree regression analysis; 2) analyze multi-scale spatiotemporal variations, coupling effects and collaborative structural features of the parameters of saturated hydraulic conductivity, groundwater level, vegetation index as well as the coefficient models of moisture characteristic curve, unsaturated hydraulic conductivity, infiltration curve; 3) establish the multi-scale coupled transfer functions by related the parameters, coefficient models to the easy-accessed main correlation variable and other spatiotemporal information; 4) applied the coupled transfer functions to the water-heat-salt coupled transfer analyzing of GSPAC system, eco-hydrological processes simulation and water system dynamic evaluation; 5) evaluated the validity, applicability, uncertainty and reliability of coupled transfer functions. This project will play an important role in enriching and advancing the theory of multi-scale spatiotemporal variations and coupled transfer functions of soil-hydrology-vegetation parameters, and will provide technical information for water resources protection and ecosystem health maintenance.

合理确定土壤-水文-植被参数是研究流域水循环、生态水文模拟等问题的关键环节，本研究以荒漠化的科尔沁沙地为研究区，将土壤传递函数PTFs、地统计学与联合多重分形、神经网络、随机理论、谱分析、不确定性分析、数据处理与分类、逐步/树形回归分析等技术方法相结合，采用野外试验-变异分析-函数构建-可适性评估的技术路线，针对饱和渗透系数、地下水位、植被指数等参变量，水分特性曲线、非饱和导水率、下渗曲线等系数模型，分析其多尺度时空变异、耦合效应与协同结构特征，建立它们与易获主相关变量和其它时空分布信息间的多尺度耦合传递函数，并将构建的PTFs函数用于GSPAC系统水-热-盐耦合运移分析、生态水文过程模拟与水资源系统动态评价，进而评估耦合传递函数的有效性、适用性、不确定性和可靠性。这不仅可丰富完善土壤-水文-植被参数的时空变异及其传递函数理论，也为水资源保护、生态系统健康维持等方面提供技术支持和理论保证。

荒漠化地区土壤-水文-植被参数多尺度时空耦合转换函数研究为开展水文循环、生态过程、全球气候变化等研究提供方便。本项目以我国荒漠化典型区——科尔沁沙地为研究对象。在位于科尔沁沙地东南缘的内蒙古农业大学科尔沁沙地沙丘-草甸相间地区生态水文实验基地，采用野外试验-变异分析-函数构建-可适性评估的技术路线，开展了土壤-水文-植被参数多尺度时空变异与耦合转换函数研究。揭示了科尔沁沙地土壤-水文-植被参数的多尺度时空变异与协同结构特征；构建了科尔沁沙地土壤-水文-植被参数的耦合表征与多尺度下耦合传递函数；建立了考虑尺度效应的多尺度土壤-水文-植被参数耦合传递函数的适用性评估体系。.通过执行本项目，建立了荒漠化科尔沁沙地土壤-水文-植被参数的多尺度观测站；正式发表和录用SCI论文共6篇，累积影响因子18.223，平均影响因子为3.037，最高影响因子为4.610；正式发表EI论文1篇，已录用CSCD论文14篇；联合培养博士研究生1名，硕士研究生11名，均已取得学位；项目期间主办国际会议1次，项目组成员参加国际学术会议7人次，作报告4次，参加国内学术会议16人次；项目组负责人及主要参加人员获2017年度高等学校科学研究优秀成果奖（科技进步奖）一等奖，获2016年度得内蒙古自治区科技进步二等奖；负责人获得2018年度全国五一劳动奖，并入选2017年度国家“万人计划”科技创新领军人才和2015年-2017年内蒙古自治区新世纪“321人才工程”；项目组成员入选2018年度内蒙古自治区高等学校“青年科技英才支持计划”；项目组成员所属团队被评为2015年度科学技术部创新人才推进计划重点领域创新团队。.本项目不仅可丰富完善干旱半干旱地区土壤-水文-植被参数的时空变异及其传递函数理论，也为水资源保护、生态系统健康维持等方面提供技术支持和理论保证。