降水变化对草甸草原能量和水分平衡的影响

发布时间：2020-05-21 09:43

【摘要】：随着土地利用的加剧和全球气候的变暖,我们将面临着较大强度和较高频率降水事件或是更长、更强烈和更频繁的干旱事件的发生。因此本文利用2个涡度协方差通量塔的四年数据,以及生物量和气象的观测值,初步分析了蒙古高原和中国东北部松嫩草甸草原地表水分平衡和能量收支规律,得到以下主要结果:(1)环境因子变化特征。蒙古高原草甸草原的空气温度、土壤温度、蒸汽压差、光合有效辐射、年降水量以及生长季的地上生物量和叶面积指数普遍低于松嫩草甸草原。其中蒙古草甸草原的土壤含水量(SWC)相比松嫩草甸草原在研究期内表现出较稳定的变化趋势。(2)水分平衡变化特征。在松嫩草甸草原较湿润的年份中年累计降水量(P)和蒸发散(ET)大致平衡。但在两个草甸草原的干燥年份中年累积ET大于P。不同于年尺度上的ETP,生长季期间月累计P会出现大于ET的现象。(3)能量通量变化特征。每年草甸草原以潜热(LE)占主导优势。其中松嫩草甸草原在2007年的整个春旱期间,LE持续走低,直到夏末才出现增长趋势并达到相对较高的值。相比之下,2010夏旱年的LE从生长季便开始增加。且松嫩草甸草原的SWC在大于0.3 m~3m~(-3)时,生态系统以LE为主,当土壤含水量低于0.3m~3m~(-3)时,以H为主。伴随着强降水松嫩草甸草原发生了6次短暂的水涝事件。并在生长季初期水涝使LE得到增强,但在生长季高峰期经历涝渍后LE反而降低。本文基于结构方程模型(SEM)和不同降水条件下水热平衡的变化特征对草甸草原做了进一步研究,旨在揭示降水变化对生态系统结构和功能的调控机制,进而为草甸草原生态系统应对气候变化提供理论依据。本文得出以下主要结论:(1)环境因子分析。在松嫩草甸草原中干燥和潮湿年份的能量分配差异由气温、土壤温度和土壤含水量进行调节。而蒙古高原草甸草原干燥年份中的LE主要受蒸汽压差和土壤温度的直接影响,而显热(H)受气温、土壤温度和降水的影响较大。(2)水分平衡分析。降水和蒸发散分别是整个生态系统水分平衡的主要输入和输出途径。ET和P之间的差异表明土壤水分的水平运输存在其他补水途径。而P大于ET意味着草地并没有完全消耗掉降水注入的水分,有一部分水可能发生了渗透并进入地下水进行补给和存储。(3)降水变化对水热平衡的影响。强降水对水分平衡产生了深远影响,并可以通过提高深层土壤水分来减少干旱的破坏。同时松嫩草甸草原LE会受到一天中30 mm降水引起的临时涝渍的影响。且水涝对LE的影响程度取决于发生时间。生长季初期,LE因植被较少和高地下水位而得益于蒸散作用,使之增强。在生长高峰期由于地表积水导致植物气孔关闭,叶片光合作用和根系呼吸减弱,限制了整个植物的水交换,最终导致LE下降。(4)干旱对能量平衡的影响。春季和夏季干旱导致潜热能和显热能之间的能量分配不同,春季干旱因水分的变化而显著降低了LE。相比之下,夏季干旱由于生长季初期所发生的一系列大雨事件足以补充土壤水分的亏损,使植物能够投入新的生长周期,并继续达到生物量的高峰,因此对LE的影响很小。总体而言,草甸草原一个及其脆弱的生态敏感区,易受到气候变化和人类活动干扰的影响而出现生态系统结构和功能的失衡。目前在大多数地区降水强度和频率已经或正发生着改变。并且发现单次或季节性降水动态比年总降水量对植物的影响更大,对生态系统水热平衡的意义更深远。因此,基于全球降水格局的改变,对降水事件作用的研究显得尤为重要。
【图文】：

07-2010 年观察到的短暂涝渍期之前，期间（3 天）和之后的潜热（L magnitudes of latent heat (LE) before, during (3-day) and after the transienperiods observed in 2007-2010对能量平衡和分配的影响甸草原的 H 和 LE 在年内和年际的能量分布中表现出了很大和潮湿年间形成强烈的对比。当土壤含水量高于 0.3 m3m-3时导优势，，但当土壤含水量低于 0.3m3m-3时，草甸草原转为 H 型出比重从 H 向 LE 发生转变时取决于第一次降水事件（>300246024602460.00.30.60.920072008 0.00.30.6SWC(m3-m3)0.30.6

.4 松嫩草甸草原 2007-2010 年生长季土壤热通量（G）（黑环）和土壤蓄热（S）（白的日变化. 5.4 Diurnal change soil heat flux (G) (closed circle) and soil heat storage (S) (open circle) dthe growing seasons of 2007-2010 in the Songnen meadow steppe
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S812

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