岷江上游植被蒸散時空格局及其模擬研究.pdf

1、蒸散是水分平衡的主要分量，包括系統(tǒng)蒸發(fā)和植物蒸騰。全面了解蒸散需要氣象、土壤、植物、水文等多學(xué)科知識；其對探求全球水分循環(huán)規(guī)律、正確認(rèn)識陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和水文功能具有重要意義。全球約60％左右降水被蒸散所消耗，在農(nóng)田系統(tǒng)中則有99％用水被蒸散消耗。蒸散作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)對于了解水循環(huán)過程、植被對水文過程調(diào)節(jié)作用、合理利用有限水資源都有重大意義。 本文基于“3S”技術(shù)利用遙感和氣象數(shù)據(jù)結(jié)合野外實際調(diào)查對岷江上游植被空間景觀格局

2、進行了分析，然后運用不同方法(基于氣象數(shù)據(jù)的Thornthwaite法和基于遙感數(shù)據(jù)的SEBAL模型法)對岷江上游蒸散時空格局進行了模擬，進而分析研究了蒸散時空格局及其與植被、氣象等因子之間的關(guān)系，得出了如下初步結(jié)論： (1)岷江上游植被格局分析表明：岷江上游針葉林、灌叢、草地是岷江上游三大主要植被類型，三者的面積比例分別為30.26％、22.76％、36.88％。植被景觀特征分析表明：整個岷江上游以灌木斑塊數(shù)最多，密度最大但連

3、通性最差；針葉林、草地則聚集度相對較高，連通性較好。不同子流域植被景觀格局以臥龍景觀格局破碎化程度最低；而人為活動頻繁的黑水、鎮(zhèn)江關(guān)子流域則表現(xiàn)為破碎化程度較高。 植被與生境關(guān)系分析表明：岷江上游植被分布受海拔、日照、坡向、氣溫、降水等因子的影響。就整個流域而言植被分布與海拔、日照、氣溫等有一定相關(guān)性，但由于岷江上游多樣的小氣候和人為干擾強度的不同導(dǎo)致相關(guān)性并不高。然而不同子流域由于面積相對較小，植被分布相對均勻，植被分布與日照

4、、氣溫、降水等有較高相關(guān)性，但不同子流域與各因子相關(guān)性各異。 (2)岷江上游蒸散模擬研究：利用氣象資料和遙感數(shù)據(jù)采用不同方法對岷江上游蒸散進行了模擬。引入山區(qū)日照時數(shù)算法對Thornthwaite公式進行校正后模擬岷江上游長期蒸散。其結(jié)果和未校正公式結(jié)果相比預(yù)測誤差平均降低5％左右。模擬結(jié)果準(zhǔn)確性雖沒有顯著提高，但結(jié)果說明與輻射密切相關(guān)的日照時數(shù)是影響蒸散的重要因子。 其次采用SEBAL模型基于MODIS遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地面

5、氣象資料對岷江上游蒸散進行反演，同時對SEBAL模型引入地形校正因子使其適合于研究區(qū)域地形。模擬結(jié)果表明引入地形校正算法的SEBAL模型模擬蒸散對具有復(fù)雜地形的岷江上游區(qū)域是可行的。模擬結(jié)果與蒸發(fā)皿測定值對比表明在天尺度上兩者差異較大，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.63(P＜0.05)，效果不很理想；但在月尺度上兩者相關(guān)性較好，復(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.87(P＜0.05)。 研究表明基于Thornthwaite公式的傳統(tǒng)方法和基于遙感數(shù)據(jù)SEBAL模

6、型都能反映研究區(qū)域蒸散的季節(jié)動態(tài)。從兩種方法的結(jié)果來看，兩者所反映的研究區(qū)域蒸散季節(jié)動態(tài)相似，即在冬春季節(jié)(¨月至次年4月)蒸散小，而夏秋季(5～10月)相對旺盛。但兩者又有區(qū)別，主要表現(xiàn)在對非生長季節(jié)蒸散模擬的差異，若只對比生長季蒸散則兩者結(jié)果非常接近。 (3)岷江上游蒸散時空格局及與環(huán)境因子關(guān)系分析：從季節(jié)動態(tài)上看，岷江上游非生長季節(jié)蒸散量相對較小，而生長季節(jié)蒸散量相對較大。就日蒸散量而言，非生長季日蒸散在1mm/day左右

7、；而生長季日蒸散在2mm/day～3mm/day之間；7月份區(qū)域日蒸散達(dá)到最大3.56mm/day，然后開始下降。區(qū)域蒸散峰值出現(xiàn)在7月份而同是生長旺季的8月份蒸散卻相對較低，主要是由于研究時間段內(nèi)8月份陰雨天氣較多，日照時數(shù)少，凈輻射低所致。 從空間分布上看，岷江上游及不同子流域蒸散空間差異較大。不同子流域中，以岷江上游下段(其他)蒸散量最大(498.9mm/年)，鎮(zhèn)江關(guān)子流域蒸散量最小(396.1mm/年)，其余子流域介于兩

8、者之間。就坡向而言，蒸散一般規(guī)律為陽坡＞半陽坡＞半陰坡＞陰坡，但在不同季節(jié)不同海拔又有所不同。從海拔分布上看，蒸散表現(xiàn)為隨海拔上升而下降的規(guī)律，并且以2500m～3000m作為一個轉(zhuǎn)折點，即在2500m～3000m以下區(qū)域變化相對不明顯，在2500m～3000m以上變化顯著。這一規(guī)律也隨季節(jié)變化而有所不同，一般在非生長季蒸散隨海拔變化規(guī)律明顯；而在生長季植被是影響蒸散的主導(dǎo)因子，蒸散隨海拔變化的趨勢減弱。 蒸散近30年變化呈現(xiàn)先

9、上升后下降的趨勢。從1970～1985年區(qū)域蒸散呈逐年上升的趨勢，與70年代相比80年代中期區(qū)域年蒸散上升了7.38mm；80年代中期后區(qū)域蒸散開始逐漸下降，到90年代末年蒸散量下降6.4mm。蒸散的年際變化與降水、氣溫年際變化顯著相關(guān)，但環(huán)境因子對蒸散年際變化的作用是非常復(fù)雜的，是多個因子相互作用，共同影響的結(jié)果，并且由于模擬時間序列相對較短，還很難將結(jié)果與全球變化相聯(lián)系。 (4)岷江上游植被蒸散時空格局及其與NDVI關(guān)系分析

10、：岷江上游不同植被蒸散有明顯的季節(jié)動態(tài)，在生長季節(jié)，植被蒸散旺盛，而非生長季節(jié)蒸散相對較低。各種植被一般在7、8月份達(dá)到蒸散峰值。7月份針葉林、灌木、草地日均蒸散分別為3.76mm/day、3.52mm/day和3.53mm/day；三者年總蒸散量分別為519.3mm、451.8mm和368.4mm，其中生長季蒸散量占年蒸散量的大部分，其比例分別為65.62％、67.63％和74.89％。 植被蒸散與坡向、海拔、NDVI等因子關(guān)

11、系的綜合分析表明蒸散與這些因子相互關(guān)系復(fù)雜。就坡向而言也同樣以3000m左右為分界點，此海拔以下針葉林蒸散呈陽坡＞半陽坡＞半陰坡＞陰坡的趨勢；3000m以下由于人為干擾強烈灌木、草地蒸散各坡向間沒有明顯規(guī)律；3000m以上植被蒸散大致呈陽坡＜半陽坡＜半陰坡＜陰坡的趨勢。 蒸散與NDVI關(guān)系分析表明各類植被蒸散與NDVI相關(guān)性顯著，但NDVI與蒸散之間存在飽和現(xiàn)象。在NDVI0.7～0.8值域范圍以下蒸散隨NDVI增加而上升，兩者