洮河流域不同地理-生态区间生态水文异质性及其对气候变化的响应

项目针对我国西部环境建设中社会-经济-生态复合体系可持续发展所重点关注的生态恢复、水资源利用等关键问题，在气候变化区域响应背景框架下，综合地理学、生态学、水文学研究的前沿思路方法，就区域尺度生态水文过程及其气候变化响应进行集成研究，中心内容是野外试验调查和模型模拟相结合，探索和对比分析洮河流域不同地理-生态区间生态水文异质性规律，揭示区域尺度下垫面要素控制下的生态水文耦合互动机理；并结合器测时代气候变化统计规律，研究上述耦合互动对气温、降水等关键气候要素变异的响应机制，丰富和完善生态水文学学科体系，为气候变化背景下区域水资源合理配置和生态环境健康发展提供模式依据和科学数据支撑。

系统搜集和整编洮河流域1951-2010年间常规水文气象观测序列、1980年代以来遥感影像数据（AVHRR，MODIS及Landsat_TM/ETM+）集，构建洮河流域生态水文及土地利用/覆被变化数据库；项目执行期间进行了5次洮河流域野外试验暨综合考察，采用LI-8100土壤碳通量自动测量系统就流域不同地理-生态区间共计50个样点的土壤CO2排放进行实地测量，对样点土壤和地表、地下生物量进行样品采集和实验室测量分析；对洮河流域干流水电站建设涉及减水河段、水库淹没区等进行实地调查，对不同地理-生态区间典型子流域进行水文生态调查。上述工作为洮河流域生态水文异质性及其对气候变化的响应研究打下坚实的数据基础。研究发现，洮河流域水文气象要素呈现多种周期不同尺度振荡特性，气温、降水和径流的变化以9~13年和2~5年为常见，气温从1990年代中期开始明显上升，突变时间北部略早于南部，西部迟于东部；降水与1990年代初期总体发生减少。过去30年，洮河流域气温、降水变率分别为0.63 ℃•(10a)-1，-8.86 mm•(10a)-1。气候因子对洮河流域植被动态的影响总体以气温升高导致的植被活动增强为主，洮河流域青藏高原片春季NDVI变幅为0.03•(10a)-1，秋季为-0.02•(10a)-1；黄土高原片春季NDVI变幅为0.02•(10a)-1，秋季为0.01•(10a)-1；一定程度表明洮河流域不同地理-生态区间在气候变化背景下陆表生态格局变化的差异，青藏高原片植被萌发期和凋萎期均有所提前，黄土高原片表现为生萌发期提前，凋萎期延后；气候变化背景下陆表生态格局变化影响到区域蒸散发，由Budyko水热耦合方程结合单作物系数法计算的洮河流域不同地理生态区间ET结果表明，洮河流域青藏高原片和黄土高原片ET分别以23.65 mm•(10a)-1和32.2 mm•(10a)-1的速率递增。受降水减少和ET增加的双重影响，洮河流域河川径流以-21.36 mm•(10a)-1的速率递减，特别是海拔在2300-3900 m之间的中、高山产流区，径流系数的减幅达0.1•(10a)-1。项目通过野外试验调查和模型模拟，探索和对比分析洮河流域不同地理-生态区间生态水文异质性规律，揭示区域尺度下垫面要素控制下的生态水文耦合互动机理，对丰富和完善区域生态水文学科体系做出一定贡献。