基于Budyko模型的山西水热平衡对植被变化响应特征研究

作     者：景泓元 

作者单位：北京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩海荣

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：植被变化 Budyko模型 水热平衡 实际蒸散发 下垫面 

摘      要：植被对陆面水热平衡有着重要的影响。随着我国一系列生态保护及修复工程的进行,生态脆弱区植被覆盖得到显著提高。然而,在水资源短缺的生态脆弱区域发生大规模植被覆盖改变,诱发了水资源承载力不足,水热调节能力下降等生态问题。目前点尺度以及流域尺度上对植被变化和水热平衡关系已有大量研究,但难以阐明区域内水热调节状况的具体空间分布和时空变化细节。因此,需要基于遥感及栅格气象数据,进行植被变化及下垫面水热平衡能力的定量评估,阐明区域内植被变化下陆面水热调节能力的变化时空规律,以合理规划生态脆弱区植被恢复可持续进行。藉此,本研究利用山西省地区MODIS NDVI数据及TERRACLIMATE地表气象数据,计算并分析了2000年-2018年山西省植被覆盖时空变化特征及水热状况变化特征。基于Budyko理论框架计算山西省陆面水热特性的演变特征及主要影响因素、水热平衡状态对植被变化的响应特征。结果表明:(1)2000至2018年山西省NDVI呈现明显增加的趋势,人类活动是导致山西植被状况发生明显改变的主要影响来源,以促进NDVI上升为主导,整体上呈现了负面影响逐渐减少,正面影响显著增加的特征,部分地区人类活动对NDVI正影响比例可达50%,显著促进了研究区植被水平的提升。(2)山西省气候变化呈现微弱的暖湿化趋势,与此同时研究区实际蒸散上升趋势较明显。研究区湿润度指数广泛呈现微弱上升趋势,水量输入水平得到一定提升。研究区水热平衡系数变化呈现北高南低的分布格局,晋北和晋中区域剩余水量状况得到轻微改善,晋南晋东南区域剩余水量极轻微减少。(3)采用基于Budyko边界条件的傅抱璞模型分析山西省下垫面水热调节能力,研究区下垫面水热调节能力较差,水热平衡控制参数最高达6.3,研究区陆面普遍呈现水热调节能力下降趋势。植被对研究区下垫面水热调节影响广泛,以促进下垫面蒸散能力提升,加剧剩余水量流失为主。仅在吕梁盆地北部及太行山脉中部部分地区表现为下垫面水热调节状况改善。(4)对比分析模拟植被自然变化情景,人类活动促进植被增加,轻微增加了山西省实际蒸散发水平,研究区19年累计增加比例最高达1.4%。自然情景下水热平衡系数年际波动水平高于实际观测情况,空间趋势分布呈现普遍增加的趋势。植被增加轻微降低了区域水热状况对气象要素年际波动的敏感性,但在气候暖湿化背景下,对地表水热条件改善造成不利影响。