典型草原不同时期干旱成灾机理及其对关键气象要素的响应

Drought disaster is a natural disaster with the highest frequency, the longest duration and the most extensive influence.Currently, the majorityresearchesabout disastermechanism arefocus onpest,diseases,geology and flood. However the mechanism about grasslanddrought is rarely reported.The main reason of drought is that the spatiotemporal combination is inharmonious amongwater, heat and soil.In the northern Chinagrassland,anyextremeassociations of environmental factors(precipitation, temperature, soil, soil moisture and groundwater level, etc.) can lead to drought disasterat different phasesof grassland plant(dormancy and growing season).Therefore, the research ongrassland drought disastershould baseon the mechanism of drought disaster and identification of disaster factors.In this project typical meadow ofInner Mongolia will be chosen and field test, monitoring and indoor simulation will be used to figure outthe relationship among vegetationdynamics with soil moisture, temperature and effective precipitation in dormancy and growing season. Identifying the mechanism of drought disasterand the key factors causing drought disaster. Confirming the key meteorological threshold curve which triggertypical grasslanddrought disaster.Two scientific problems supposed to be solved. Firstly,the evolution principles of drought disaster on typical meadowin different stages. Secondly,the Coupling relationship between droughtwith influencing factors. The expected results of this project can provide theoretical basis for grassland drought prediction and early warning, livestock farming management andsafety-production.

干旱灾害是发生频率最高、持续时间最长、影响面最广的自然灾害。任何灾害发生都有其孕灾条件、环境要素发展变化的成灾机理。关于成灾机理的研究大多集中在洪涝、地质及病虫害等方面，有关草原干旱成灾机理方面的研究成果较少。水分-热量-土壤时空组合的不协调，是造成草原干旱成灾的主要原因。不同阶段（休眠期、生育期）环境因子（有效降水、气温、土壤温湿度、地下水位）的极端组合都可能导致干旱灾害发生。干旱是北方草原区损失最大的自然灾害。本项目以典型草原为研究对象，通过野外试验、监测和室内模拟，结合陆面模式、遥感和历史灾情资料，研究各阶段典型草原植被动态与气象要素、土壤温湿度、地下水位的关系，对干旱成灾机理与致灾因子进行辨识，确定诱发典型草原旱灾的关键气象阈值曲线。揭示不同阶段典型草原旱灾演变规律；确定典型草原旱灾与影响因子间的耦合关系。项目预期成果可为草原干旱预测预警、畜牧业安全生产及管理决策等提供依据。

在气候变化的大背景下，区域干旱灾害频发，畜牧业、草原生态环境和社会经济发展均受到严重影响。为揭示典型草原不同阶段干旱成灾机理，并对致灾因子进行辨识，确定典型草原旱灾与影响因子间的耦合关系，研究旱灾演变规律，为干旱预测预警、畜牧业安全生产及管理决策等提供依据，开展了本项目专项研究。主要研究内容有三个方面：1.典型草原不同阶段植被动态及其与环境要素的对应关系；2.典型草原不同阶段干旱成灾机理与致灾因子辨识；3诱发典型草原干旱灾害关键气象要素阈值曲线确定。利用内蒙古中东部草原区国家气象站1982~2018年的系列资料，评估了降水资料的适用性。利用陆面水文模式和土壤质地资料，在内蒙古中东部草原区进行陆面积分试验，建立了近42年的长时间序列高时空分辨率陆面变量参考数据集，利用ERA5Land陆面再分析资料，驱动了陆面水文模式WRF-Hydro，验证发现WRF-Hydro陆面水文模式能够较好的模拟土壤湿度和土壤温度的空间分布特征，与观测值之间的时间统计指标配合较好。通过分析历史气象资料和社会经济统计资料，在本项目设置的实验验证下，建立了多因素定量评价不同类型草地及时间阶段关键影响因子诱发下的各个季节、各种干旱及骤旱的方法，定量预判骤旱演变为季节干旱的方法。气温、降水、水汽压和日照是季节干旱的关键影响因子。降水和气温的短期和长期变化对季节干旱均有较强影响，水汽压的短期变化对季节干旱影响显著。研究发现，干旱对极端气候响应十分敏感，相同气候条件下，关键影响因子更易在荒漠草原诱发季节干旱，而易在草甸草原及典型草原诱发骤旱。春季对骤旱响应最敏感。通过监测与分析发现，锡林郭勒草原未来生态系统将保持恢复趋势，NPP的重心呈逐年自草甸草原向典型草原扩张趋势。锡林郭勒各类型草地旱湿波动明显，干旱化趋势显著。发生中旱的概率＞轻旱＞重旱＞特旱。骤旱下草甸草原生产力几乎在所有的阶段都会遭受严重损失。在本项目资助下，培养博士生2名，硕士生6名，发表论文13篇（其中SCI 2篇，中文核心期刊 11篇）。