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寒区生态水文过程、机理与动态模拟研究
批准登记号： 9512014J2196一、任务来源1 国家重大基础研究计划（973）：（1）江河源区积雪冻土变化对高寒生态系统的影响研究 2007CB4115
2017-03-08 14:44:26 来源：四川省科技档案公共服务平台
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批准登记号： 9512014J2196
一、任务来源1.国家重大基础研究计划（973）：（1）江河源区积雪冻土变化对高寒生态系统的影响研究 2007CB411504；（2）典型流域冰冻圈水文过程模拟及水资源变化预测2007CB4115022.中国科学院重大方向项目：（1）江河源区高寒草地生态系统变化及其生态水文响应2005B0188；（2）青藏高原中部冻土活动层和高寒草甸变化的水文效应研究（K2CX2-YW -BR-22） 3.国家自然科学基金：（1）气候变化对藏北多年冻土活动层水分循环的影响（41071042）；（2）江河源区高寒生态系统对全球气候变化的响应及其环境效应 90511003；（3）典型山地水文生态系统水循环多尺度耦合的对比试验研究（基金重点）40730634；（4）青藏高原北部多年冻土活动层水循环对气候变化的响应机理研究（41175139）本项成果是上述项目支持下，针对有关寒区生态水文过程、机制与动态模拟方面创新进展的集成，上述项目均在2012年12月以前结题验收。
二、主要技术原理大面积分布积雪和冻土是寒区的主要陆面特性。无论点、坡面和流域尺度，能量传输与交换过程与水循环和水文过程总是具有非常密切的耦合关系，这是因为冻土水文过程是主导寒区水文过程的因素之一，而冻土水文过程的核心是能量传输与交换过程（水分相变与水分运移）。在这个过程中，生态系统除了自身的水循环作用外，通过对能量传输与交换过程的影响而参与到冻土水循环中，形成了冻土水循环通过能量过程与生态水循环的耦合。通过不同生态类型区和冻土类型区能水耦合传输与交换过程的观测试验与模拟，在样地（点）尺度上，获取一维方向（垂直方向）大气-植被-积雪-冻土的水热耦合传输过程、时空变异规律及其形成机制；在坡面尺度上，获取寒区坡面产流过程及其形成机制，并构建寒区坡面能量平衡与水量平衡的耦合动态模式；在流域尺度，将水热耦合关系对汇流过程的影响与产流的水热耦合关系相结合，将积雪产流、冻土融化产流与降水产流的数值方法相结合，探索可识别寒区特殊生态水文过程的流域水文模型。通过上述多种尺度 观测试验、分析与数值模式研发，系统认知对寒区生态水文过程与机理，实现在寒区特殊环境下生态水文学理论体系与方法的丰富与发展。在全球气候变化背景下，寒区陆地生态系统的过程与格局将发生显著改变，同时地表能量平衡也发生变化，这些因素的变化将共同驱动地表水循环过程变化。因此，在系统辨识大气-植被-冻土间能量传输与交换变化的基础上，揭示其水分循环的响应过程；探索寒区冻土（积雪）-生态-水文三者间复杂而密切的相互作用关系与机制，从而在不同尺度认识寒区大气-植被-积雪-冻土水热耦合过程与机理，并明确不同尺度间的联系，系统辨析寒区冻土水文与生态水文间的耦合规律、动力机制与时空变异性。
三、主要成果及其先进性 1.明确了冻土环境变化对不同高寒生态系统的影响程度与作用机制，提出了青藏高原植被-冻土间以土壤水分和养分变化为链接要素的负反馈循环过程；通过建立冻土变化驱动高寒草地生态系统演变的关联模式，研发了冻土变化驱动的高寒草地生产力空间格局响应模型 2.提出了刻画生态系统变化下活动层土壤水分运动过程的参数体系，系统揭示了寒区植被覆盖与土壤有机质含量变化对陆面能水平衡及其动态、土壤水热分布格局与耦合传输过程等的影响与作用机制；构建了寒区大气-植被-土壤水热耦合模式以及土壤冻融过程的新算法，提高了寒区陆面过程模型对生态系统-冻土间水热互馈关系的识别能力及其定量模拟精度。 3. 发现冻融过程和植被覆盖及土壤有机质含量等因素的协同作用控制着坡面蒸散发、水分入渗以及水分再凝结等水循环过程；系统阐明了坡面尺度上冻土冻融循环与高寒植被覆盖变化协同的水循环与产流过程的影响及其作用机理，提出了寒区多种产流模式并存且季节间交互的产流机制，发展了寒区坡面尺度水循环理论体系。 4. 在流域尺度上，提出了可描述寒区流域径流空间与季节变化的温度指数模式，界定了显著影响径流过程的土壤冻融深度阈值，明确了土壤冻融过程控制寒区流域径流过程的途径与作用机制；通过对积雪融水和冻土水文过程模型的改进，结合构建的植被和土壤有机质的水热作用模式和参数化方案的发展，显著提高了寒区流域生态水文过程的模拟精度。 5. 构建了可定量刻画寒区上游水资源形成区土地利用变化对流域地表径流、地下水动态和中下游水资源时空分布格局等影响的指标体系和响应模式，揭示了内陆流域寒区土地利用变化与流域水资源空间分布格局和中下游生态格局稳定性间的内在水文关联机制和定量耦合关系。
四、成果应用前景项目研究成果属于基础性和应用基础性较强的类型，其在学科领域的较大创新突破进展，在多个领域具有广阔的应用前景，主要归纳如下： 1．寒区水文学学科发展和陆面过程研究中的应用2.寒区流域应对气候变化的水管理与水资源规划中的应用3.寒区自然生态系统保护与区域可持续发展方面的应用