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目前,全球气候变化已经成为国际社会公认的最主要的全球环境问题之一。全球气候变化对于区域生态系统及水文水资源的影响是当前国际研究的热点。科学评价气候变化对区域生态系统及水资源的影响是实现未来生态系统科学管理和水资源可持续开发利用的基础。青藏高原是我国独特的地理单元,其气候和生态过程与格局均具有特殊的规律,是气候变化响应的敏感地区,而且受到人类活动干扰的程度相对较小,是全球气候变化影响研究的一个宝贵的“天然实验室”。青藏高原的水资源对于周边地区具有十分重要的意义。青藏高原植被由于其独特的环境条件而具有脆弱性的特征。因此研究青藏高原研究气候变化对植被及水文过程的影响,对于青藏高原水资源可持续利用及生态环境保护具有十分重要的意义。
本文以青藏高原南部雅鲁藏布江中游支流-年楚河流域为研究对象,探讨气候变化对流域植被以及水文过程的影响。针对年楚河流域的实际情况,在对流域现有植被特征及流域水循环规律进行初步研究的基础上,分析水文及气候变化趋势,构建流域水文模型定量评价气候变化与土地利用变化对径流变化的贡献。主要研究结论如下:
1.年楚河流域以干旱、半干旱草原及山地干旱灌丛为主要自然植被类型,对年楚河流域15个样地的不同植物种叶片SPAD(SoilandPlantAnalyzerDevelopment)叶绿素值测定的结果表明随海拔的升高植物叶片SPAD值整体呈现上升的趋势;广布性植物兰花棘豆的SPAD值同海拔高度、土壤水分含量之间呈现二次曲线关系,同土壤有机质含量之间呈现线性的正相关关系。
2.对年楚河流域内广布性植物嵩草及棘豆的叶片δ13C值测定结果表明:年楚河流域嵩草叶片δ13C平均值为-25.34‰,棘豆属植物所有叶片样品δ13C平均值为-25.752‰。两种植物的δ13C值均表现出随着海拔高度升高而升高的趋势。由于本地区降水较少,属于干旱型大陆气候,因此植物叶片δ13C值较高,反映出其较高的水分利用效率,嵩草叶片δ13C值同土壤水分含鼙之间呈现负相关关系。
3.利用NOVAA数据基于CASA模型计算年楚河流域植被净第一性生产力(NPP),结果表明年楚河流域的NPP在1982-1990年间呈现逐年增加趋势,而在1991-2003年间却维持在一个水平波动,没有明显的上升或下降趋势。而各月的NPP多年平均值则是8月最高,6-9月NPP总量占全年的87.6%左右。NPP与年降水之间呈显著相关关系。
4.年楚河流域属于典型内陆河流,具有地表水地下水交换作用强烈的特征。根据同位素分析结果和流域实地水文考察,本文分析了年楚河流域地下水-地表水相互转化特征:源头区地势平缓,主要是冰川湖泊湿地等对地下水进行补给;上游段河谷深切,山体陡峭,河川径流接受两岸山体渗流地下水补给,同时引流灌溉使地表水向地下水转化;中游段地表水地下水交换作用强烈,基岩裂隙地下水通过泉水方式向河川补给,而引流灌溉工程使地表水向地下水转化:下游段河谷开阔,河川径流主要接受来自上游和各大支流汇来的地下水的补给。运用同位素组成对流域内不同地表径流对河川径流的相对贡献进行分析。
5.年楚河流域的年均温整体呈现逐年上升趋势,增温趋势在冬春两个季节更加显著,而日喀则站和江孜站降雨量则没有显著变化趋势。根据气候因子与径流量之间的关系分析,年楚河径流量的增加主要原因可能是由于气温的逐渐升高,流域内永久性冰川以及冻士的融化加速,从而增加了地表径流量。分析年楚河流域土地利用变化,结果表明流域不同覆盖度的草地面积都有减少,其中主要是中覆盖度草地和高覆盖草地的面积减少最为明显。而灌木面积有所增加,耕地面积的减少,城镇、农村及建设用地的增加。从1961-2000年,年楚河径流系数呈现上升趋势,表明有更多降水转化为地表径流。
6.构建年楚河流域SWAT模型,按照两期土地利用数据划分,模拟1965-1985年以及1986-2000年的年楚河天然径流量变化。通过Acview界面手动调参,对年楚河流域日喀则站控制流域进行天然年径流量和月径流量的率定拟合。模型模拟结果显示,对于多年天然径流量的模拟,第二阶段(1986-2000年)年的模拟效果要好于第一阶段(1965-1985年),第一阶段Nash—Suctheff效率系数为0.66,第二阶段Nash—Sucheff效率系数为0.71。对于各月径流量的模拟结果显示,丰水季节各月的径流模拟效果相对较好,而枯水季节各月径流模拟效果较差。采用固定一个影响因子而改变另一影响因子的方法,模拟计算了气候变化和土地利用变化对径流的影响。计算结果表明:气候变化对径流的贡献率为66.88%,而土地利用变化贡献率为9.69%。