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寒區生態水文過程、機理與動態模擬研究
批準登記號： 9512014J2196一、任務來源1 國家重大基礎研究計劃（973）：（1）江河源區積雪凍土變化對高寒生態系統的影響研究 2007CB4115
2017-03-08 14:44:26 來源：四川省科技檔案公共服務平臺
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批準登記號： 9512014J2196
一、任務來源1.國家重大基礎研究計劃（973）：（1）江河源區積雪凍土變化對高寒生態系統的影響研究 2007CB411504；（2）典型流域冰凍圈水文過程模擬及水資源變化預測2007CB4115022.中國科學院重大方向項目：（1）江河源區高寒草地生態系統變化及其生態水文響應2005B0188；（2）青藏高原中部凍土活動層和高寒草甸變化的水文效應研究（K2CX2-YW -BR-22） 3.國家自然科學基金：（1）氣候變化對藏北多年凍土活動層水分循環的影響（41071042）；（2）江河源區高寒生態系統對全球氣候變化的響應及其環境效應 90511003；（3）典型山地水文生態系統水循環多尺度耦合的對比試驗研究（基金重點）40730634；（4）青藏高原北部多年凍土活動層水循環對氣候變化的響應機理研究（41175139）本項成果是上述項目支持下，針對有關寒區生態水文過程、機制與動態模擬方面創新進展的集成，上述項目均在2012年12月以前結題驗收。
二、主要技術原理大面積分布積雪和凍土是寒區的主要陸面特性。無論點、坡面和流域尺度，能量傳輸與交換過程與水循環和水文過程總是具有非常密切的耦合關系，這是因為凍土水文過程是主導寒區水文過程的因素之一，而凍土水文過程的核心是能量傳輸與交換過程（水分相變與水分運移）。在這個過程中，生態系統除了自身的水循環作用外，通過對能量傳輸與交換過程的影響而參與到凍土水循環中，形成了凍土水循環通過能量過程與生態水循環的耦合。通過不同生態類型區和凍土類型區能水耦合傳輸與交換過程的觀測試驗與模擬，在樣地（點）尺度上，獲取一維方向（垂直方向）大氣-植被-積雪-凍土的水熱耦合傳輸過程、時空變異規律及其形成機制；在坡面尺度上，獲取寒區坡面產流過程及其形成機制，并構建寒區坡面能量平衡與水量平衡的耦合動態模式；在流域尺度，將水熱耦合關系對匯流過程的影響與產流的水熱耦合關系相結合，將積雪產流、凍土融化產流與降水產流的數值方法相結合，探索可識別寒區特殊生態水文過程的流域水文模型。通過上述多種尺度 觀測試驗、分析與數值模式研發，系統認知對寒區生態水文過程與機理，實現在寒區特殊環境下生態水文學理論體系與方法的豐富與發展。在全球氣候變化背景下，寒區陸地生態系統的過程與格局將發生顯著改變，同時地表能量平衡也發生變化，這些因素的變化將共同驅動地表水循環過程變化。因此，在系統辨識大氣-植被-凍土間能量傳輸與交換變化的基礎上，揭示其水分循環的響應過程；探索寒區凍土（積雪）-生態-水文三者間復雜而密切的相互作用關系與機制，從而在不同尺度認識寒區大氣-植被-積雪-凍土水熱耦合過程與機理，并明確不同尺度間的聯系，系統辨析寒區凍土水文與生態水文間的耦合規律、動力機制與時空變異性。
三、主要成果及其先進性 1.明確了凍土環境變化對不同高寒生態系統的影響程度與作用機制，提出了青藏高原植被-凍土間以土壤水分和養分變化為鏈接要素的負反饋循環過程；通過建立凍土變化驅動高寒草地生態系統演變的關聯模式，研發了凍土變化驅動的高寒草地生產力空間格局響應模型 2.提出了刻畫生態系統變化下活動層土壤水分運動過程的參數體系，系統揭示了寒區植被覆蓋與土壤有機質含量變化對陸面能水平衡及其動態、土壤水熱分布格局與耦合傳輸過程等的影響與作用機制；構建了寒區大氣-植被-土壤水熱耦合模式以及土壤凍融過程的新算法，提高了寒區陸面過程模型對生態系統-凍土間水熱互饋關系的識別能力及其定量模擬精度。 3. 發現凍融過程和植被覆蓋及土壤有機質含量等因素的協同作用控制著坡面蒸散發、水分入滲以及水分再凝結等水循環過程；系統闡明了坡面尺度上凍土凍融循環與高寒植被覆蓋變化協同的水循環與產流過程的影響及其作用機理，提出了寒區多種產流模式并存且季節間交互的產流機制，發展了寒區坡面尺度水循環理論體系。 4. 在流域尺度上，提出了可描述寒區流域徑流空間與季節變化的溫度指數模式，界定了顯著影響徑流過程的土壤凍融深度閾值，明確了土壤凍融過程控制寒區流域徑流過程的途徑與作用機制；通過對積雪融水和凍土水文過程模型的改進，結合構建的植被和土壤有機質的水熱作用模式和參數化方案的發展，顯著提高了寒區流域生態水文過程的模擬精度。 5. 構建了可定量刻畫寒區上游水資源形成區土地利用變化對流域地表徑流、地下水動態和中下游水資源時空分布格局等影響的指標體系和響應模式，揭示了內陸流域寒區土地利用變化與流域水資源空間分布格局和中下游生態格局穩定性間的內在水文關聯機制和定量耦合關系。
四、成果應用前景項目研究成果屬于基礎性和應用基礎性較強的類型，其在學科領域的較大創新突破進展，在多個領域具有廣闊的應用前景，主要歸納如下： 1．寒區水文學學科發展和陸面過程研究中的應用2.寒區流域應對氣候變化的水管理與水資源規劃中的應用3.寒區自然生態系統保護與區域可持續發展方面的應用