基于水热耦合的鄱阳湖流域植被恢复对水文过程的调节机制

As a major implementation area of the “Mountain- River-Lake” project in China, the forest coverage rate in the Poyang Lake Basin increases from 31.5% in the early 1980s to 63% in 2012. The water-energy balance is changed inevitably by vegetation recovery. However, the influence of vegetation recovery on water-energy balance is still unclear, especially under the energy-limited condition. The study chooses the Poyang Lake Basin as the study area. The content includes: the vegetation recovery by remote sensing inversion and its relationship to water and energy factors, response of redistribution of water and energy in the vegetation-soil system to vegetation recovery by field experiments, hydrological model construction and simulation based on water-energy coupled method considering the effect of vegetation recovery, and the prediction of runoff flowing into the Poyang Lake under different vegetation recovery scenarios. This study focuses on the inter-annual changes in the evapotranspiration components and soil water caused by vegetation recovery, which lead to changes in base flow and surface runoff. The results are important to ecological environment construction and comprehensive management of the Poyang Lake Basin.

作为国家正在实施的“山江湖”综合开发战略重点区域，鄱阳湖流域森林覆盖率从1980年代初的31.5%上升到了2012年的63%。植被的显著恢复必然改变流域的水热平衡过程。针对以往关于能量限制区植被恢复对水热平衡的影响机制研究不足这一现状，本研究以鄱阳湖流域为研究对象，系统分析近30年来鄱阳湖流域植被恢复格局与水热因子的变化特征，研究能量和水分在植被-土壤间的重新分配关系对植被恢复的响应方式和程度，重点探索植被恢复通过改变蒸散发组分和土壤水的年内分配进而导致基流和地表径流发生变化，构建基于水热耦合的流域分布式水文模型，阐明降水-土壤水-蒸散发及组分-径流动态转化过程对植被恢复的响应，进一步基于未来植被恢复情景，预估流域水热过程改变对季节性入湖径流的影响。研究结果对科学评价植被恢复对区域水文水资源的影响具有重要意义，同时为鄱阳湖流域生态环境建设提供参考。

作为国家正在实施的“山江湖”综合开发战略重点区域，鄱阳湖流域森林覆盖率从1980年代初的31.5%上升到了2012年的63%。植被的显著恢复必然改变流域的水热过程。针对以往关于能量限制区植被恢复对水热过程的影响机制研究不足这一现状，本项目从水热平衡过程分析、水文模型构建、不同情景水文过程模拟、水平衡要素模拟的影响因素、水文干旱对环境变化的响应五个方面来开展工作，主要进展如下：（1）分析了近30年来能量限制区植被恢复与水热因子的变化特征，发现植被恢复对蒸散发变化的影响有限（8-9％），但对T/ET变化的贡献达59.0-62.0%；（2）基于GLEAM产品、站点观测和基流分割等，研究了鄱阳湖流域土壤水、径流和基流的变化特征，在此基础上构建了HIMS-PML分布式水文模型；（3）基于水文模拟和情景分析，模拟了降水-土壤水-蒸散发及组分-径流动态转化过程，发现鄱阳湖流域植被恢复主要引起蒸散发组分发生改变，对径流的影响有限。1980s和2000s是流域径流和土壤水较少的时期，这主要是由于降水较少引起的；（4）评估了5种遥感降水产品对鄱阳湖流域水平衡要素模拟的影响，发现径流模拟的空间格局由降水分布控制，而蒸散发和土壤水分布则由水文模型参数控制；（5）识别了环境变化对长江中游水文干旱的作用分量，发现相比较于环境变化对径流的“初级”影响，其对水文干旱的影响表现为一种显著的“累积”效应。本项目按计划完成了既定工作并进行了相应的拓展，研究结果为科学评价植被恢复的生态水文效应、水文模型改进和极端水文事件应对提供参考，相关成果发表在Journal of Geophysical Research-Atmospheres、Journal of Hydrology、Science of the Total Environment等期刊上。