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寒區(qū)生態(tài)水文過(guò)程、機(jī)理與動(dòng)態(tài)模擬研究
批準(zhǔn)登記號(hào)： 9512014J2196一、任務(wù)來(lái)源1 國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）：（1）江河源區(qū)積雪凍土變化對(duì)高寒生態(tài)系統(tǒng)的影響研究 2007CB4115
2017-03-08 14:44:26 來(lái)源：四川省科技檔案公共服務(wù)平臺(tái)
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批準(zhǔn)登記號(hào)： 9512014J2196
一、任務(wù)來(lái)源1.國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）：（1）江河源區(qū)積雪凍土變化對(duì)高寒生態(tài)系統(tǒng)的影響研究 2007CB411504；（2）典型流域冰凍圈水文過(guò)程模擬及水資源變化預(yù)測(cè)2007CB4115022.中國(guó)科學(xué)院重大方向項(xiàng)目：（1）江河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)變化及其生態(tài)水文響應(yīng)2005B0188；（2）青藏高原中部?jī)鐾粱顒?dòng)層和高寒草甸變化的水文效應(yīng)研究（K2CX2-YW -BR-22） 3.國(guó)家自然科學(xué)基金：（1）氣候變化對(duì)藏北多年凍土活動(dòng)層水分循環(huán)的影響（41071042）；（2）江河源區(qū)高寒生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)及其環(huán)境效應(yīng) 90511003；（3）典型山地水文生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)多尺度耦合的對(duì)比試驗(yàn)研究（基金重點(diǎn)）40730634；（4）青藏高原北部多年凍土活動(dòng)層水循環(huán)對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理研究（41175139）本項(xiàng)成果是上述項(xiàng)目支持下，針對(duì)有關(guān)寒區(qū)生態(tài)水文過(guò)程、機(jī)制與動(dòng)態(tài)模擬方面創(chuàng)新進(jìn)展的集成，上述項(xiàng)目均在2012年12月以前結(jié)題驗(yàn)收。
二、主要技術(shù)原理大面積分布積雪和凍土是寒區(qū)的主要陸面特性。無(wú)論點(diǎn)、坡面和流域尺度，能量傳輸與交換過(guò)程與水循環(huán)和水文過(guò)程總是具有非常密切的耦合關(guān)系，這是因?yàn)閮鐾了倪^(guò)程是主導(dǎo)寒區(qū)水文過(guò)程的因素之一，而凍土水文過(guò)程的核心是能量傳輸與交換過(guò)程（水分相變與水分運(yùn)移）。在這個(gè)過(guò)程中，生態(tài)系統(tǒng)除了自身的水循環(huán)作用外，通過(guò)對(duì)能量傳輸與交換過(guò)程的影響而參與到凍土水循環(huán)中，形成了凍土水循環(huán)通過(guò)能量過(guò)程與生態(tài)水循環(huán)的耦合。通過(guò)不同生態(tài)類(lèi)型區(qū)和凍土類(lèi)型區(qū)能水耦合傳輸與交換過(guò)程的觀測(cè)試驗(yàn)與模擬，在樣地（點(diǎn)）尺度上，獲取一維方向（垂直方向）大氣-植被-積雪-凍土的水熱耦合傳輸過(guò)程、時(shí)空變異規(guī)律及其形成機(jī)制；在坡面尺度上，獲取寒區(qū)坡面產(chǎn)流過(guò)程及其形成機(jī)制，并構(gòu)建寒區(qū)坡面能量平衡與水量平衡的耦合動(dòng)態(tài)模式；在流域尺度，將水熱耦合關(guān)系對(duì)匯流過(guò)程的影響與產(chǎn)流的水熱耦合關(guān)系相結(jié)合，將積雪產(chǎn)流、凍土融化產(chǎn)流與降水產(chǎn)流的數(shù)值方法相結(jié)合，探索可識(shí)別寒區(qū)特殊生態(tài)水文過(guò)程的流域水文模型。通過(guò)上述多種尺度 觀測(cè)試驗(yàn)、分析與數(shù)值模式研發(fā)，系統(tǒng)認(rèn)知對(duì)寒區(qū)生態(tài)水文過(guò)程與機(jī)理，實(shí)現(xiàn)在寒區(qū)特殊環(huán)境下生態(tài)水文學(xué)理論體系與方法的豐富與發(fā)展。在全球氣候變化背景下，寒區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程與格局將發(fā)生顯著改變，同時(shí)地表能量平衡也發(fā)生變化，這些因素的變化將共同驅(qū)動(dòng)地表水循環(huán)過(guò)程變化。因此，在系統(tǒng)辨識(shí)大氣-植被-凍土間能量傳輸與交換變化的基礎(chǔ)上，揭示其水分循環(huán)的響應(yīng)過(guò)程；探索寒區(qū)凍土（積雪）-生態(tài)-水文三者間復(fù)雜而密切的相互作用關(guān)系與機(jī)制，從而在不同尺度認(rèn)識(shí)寒區(qū)大氣-植被-積雪-凍土水熱耦合過(guò)程與機(jī)理，并明確不同尺度間的聯(lián)系，系統(tǒng)辨析寒區(qū)凍土水文與生態(tài)水文間的耦合規(guī)律、動(dòng)力機(jī)制與時(shí)空變異性。
三、主要成果及其先進(jìn)性 1.明確了凍土環(huán)境變化對(duì)不同高寒生態(tài)系統(tǒng)的影響程度與作用機(jī)制，提出了青藏高原植被-凍土間以土壤水分和養(yǎng)分變化為鏈接要素的負(fù)反饋循環(huán)過(guò)程；通過(guò)建立凍土變化驅(qū)動(dòng)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)演變的關(guān)聯(lián)模式，研發(fā)了凍土變化驅(qū)動(dòng)的高寒草地生產(chǎn)力空間格局響應(yīng)模型 2.提出了刻畫(huà)生態(tài)系統(tǒng)變化下活動(dòng)層土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程的參數(shù)體系，系統(tǒng)揭示了寒區(qū)植被覆蓋與土壤有機(jī)質(zhì)含量變化對(duì)陸面能水平衡及其動(dòng)態(tài)、土壤水熱分布格局與耦合傳輸過(guò)程等的影響與作用機(jī)制；構(gòu)建了寒區(qū)大氣-植被-土壤水熱耦合模式以及土壤凍融過(guò)程的新算法，提高了寒區(qū)陸面過(guò)程模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)-凍土間水熱互饋關(guān)系的識(shí)別能力及其定量模擬精度。 3. 發(fā)現(xiàn)凍融過(guò)程和植被覆蓋及土壤有機(jī)質(zhì)含量等因素的協(xié)同作用控制著坡面蒸散發(fā)、水分入滲以及水分再凝結(jié)等水循環(huán)過(guò)程；系統(tǒng)闡明了坡面尺度上凍土凍融循環(huán)與高寒植被覆蓋變化協(xié)同的水循環(huán)與產(chǎn)流過(guò)程的影響及其作用機(jī)理，提出了寒區(qū)多種產(chǎn)流模式并存且季節(jié)間交互的產(chǎn)流機(jī)制，發(fā)展了寒區(qū)坡面尺度水循環(huán)理論體系。 4. 在流域尺度上，提出了可描述寒區(qū)流域徑流空間與季節(jié)變化的溫度指數(shù)模式，界定了顯著影響徑流過(guò)程的土壤凍融深度閾值，明確了土壤凍融過(guò)程控制寒區(qū)流域徑流過(guò)程的途徑與作用機(jī)制；通過(guò)對(duì)積雪融水和凍土水文過(guò)程模型的改進(jìn)，結(jié)合構(gòu)建的植被和土壤有機(jī)質(zhì)的水熱作用模式和參數(shù)化方案的發(fā)展，顯著提高了寒區(qū)流域生態(tài)水文過(guò)程的模擬精度。 5. 構(gòu)建了可定量刻畫(huà)寒區(qū)上游水資源形成區(qū)土地利用變化對(duì)流域地表徑流、地下水動(dòng)態(tài)和中下游水資源時(shí)空分布格局等影響的指標(biāo)體系和響應(yīng)模式，揭示了內(nèi)陸流域寒區(qū)土地利用變化與流域水資源空間分布格局和中下游生態(tài)格局穩(wěn)定性間的內(nèi)在水文關(guān)聯(lián)機(jī)制和定量耦合關(guān)系。
四、成果應(yīng)用前景項(xiàng)目研究成果屬于基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性較強(qiáng)的類(lèi)型，其在學(xué)科領(lǐng)域的較大創(chuàng)新突破進(jìn)展，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，主要?dú)w納如下： 1．寒區(qū)水文學(xué)學(xué)科發(fā)展和陸面過(guò)程研究中的應(yīng)用2.寒區(qū)流域應(yīng)對(duì)氣候變化的水管理與水資源規(guī)劃中的應(yīng)用3.寒區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面的應(yīng)用