中国干旱半干旱地区植被与水循环相互作用机理研究

本项目拟针对目前流域内土壤-植被-大气复杂系统相互作用机制整体研究不足的现状，以Budyko水热耦合平衡原理和Eagleson生态水文理论为基础，探讨干旱半干旱地区植被与水循环相互作用机理，并完成基于气候-植被-水循环耦合模型预测未来生态水文响应的研究。项目将分析植被在流域水热耦合平衡过程中的功能和数学物理表达，以及植被和流域水循环（土壤水分、蒸散发、径流等）之间的动态平衡关系；对Budyko水热耦合原理和Eagleson生态水文模型进行联合研究，并建立气候-植被-水循环耦合预测模型。该模型可以用于预测设定的气候变化情景模式下流域的生态水文变化过程；并可以分析流域水文过程对植被变化响应的敏感程度。项目的研究能为探析缺测资料地区的生态水文宏观规律提供新的方法，并为预测气候变化条件下我国干旱半干旱地区流域的生态水文响应提供理论参考，同时也为我国北方地区的水土资源可持续利用提供科技支撑。

本项目通过基础分析、理论探索、机理分析、模型方法、方法应用等手段探讨了中国干旱半干旱地区植被与水循环的相互作用机理。首先对中国北方黄淮海地区水资源概况、水生态问题进行了基础分析，并对Budyko水热耦合平衡原理、Eagleson生态水文理论和二元水循环理论进行了理论探索；其次对黄河流域、海河流域和内陆河流域植被特征（NDVI、植被覆盖度）与水循环要素（降水量、蒸发量、径流量、土壤水分等）之间的关系，以及水热耦合平衡原理与蒸发互补原理之间的关系进行机理分析。在此基础上，提出Budyko水热耦合平衡模型中植被特征的数学表达，并基于Eagleson 生态水文理论分析植被与流域水文要素的动态平衡关系。在水热耦合平衡理论与生态水文模型的耦合研究的基础上，提出气候-植被-水循环预测模型，并探讨了未来气候变化条件下，特定气候变化情景下流域的生态水文响应。项目通过对所研究的耦合模型与分布式水文模型结果的对比，分析了流域水文模型中不同的土壤植被参数化方法对模拟结果带来的影响，同时基于覆被状况探讨了我国北方森林与草地植被系统的减碳效应。