基于地面观测和遥感反演的黄土高原实际蒸散发研究
周志鹏
Subtype硕士
Thesis Advisor孙文义
2020-05
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心
Degree Name工程硕士
Degree Discipline环境工程
Keyword黄土丘陵沟壑区 实际蒸散发 土壤墒情仪 根系吸水特性 Modis-et
Abstract

黄土高原退耕还林还草政策实施后,植被的大规模恢复引起的实际蒸散发量变化对区域水文循环过程产生了重大影响。为全面合理评估退耕还林还草的生态效应、水资源承载能力和区域水文循环过程影响提供科学依据, 本研究在点位尺度上选择了黄土丘陵沟壑区不同典型植被类型(绥德桥沟小流域草地和安塞腰鼓山灌木)为研究对象, 利用土壤墒情仪对不同层次根系下土壤水分变化过程进行连续长时间尺度上的动态监测, 研究蒸散拆分与根系吸水特性的耦合关系,并对比研究了遥感反演产品的实际蒸散发与点位尺度上观测的实际蒸散发,探讨了点位尺度与区域尺度上实际蒸散发的定量关系。 基于 MODIS 蒸散发产品,定量分析了区域尺度上黄土高原实际蒸散发的变化规律。主要结果如下:
(1) 黄土丘陵沟壑区两种典型植被类型草地和灌木根系吸水表现出白天土壤水分下降,晚上土壤水分基本保持不变的阶梯型下降规律; 不同季节晴天和阴天日实际蒸散发量有显著差异, 均表现出早晚低、 中午高的“单峰型”曲线特征。
(2) 黄土丘陵沟壑区草地、 灌木实际蒸散发量与土壤含水量和气温均显著相关, 生长季草地和灌木每日实际蒸散发量的变化规律与日均温度的变化规律基本一致; 受日照强度影响, 四季中, 晴天的日实际蒸散发量均明显高于阴天的日
实际蒸散发量。
(3)点位尺度上观测的 ET 量普遍略高于 MODIS 反演的 ET 值, 但MODIS-ET 产品与土壤墒情仪 ET 值存在显著的强相关关系,相关系数 R2 为0.75-0.82, RMSE 值小于 9.3 mm, MRE 值低于 0.2mm, RPD 接近 2, P 值均小于 0.01,表明该回归关系在一定程度上可作为点位尺度和区域尺度实际蒸散发的转换函数。
(4) 黄土高原 2001-2017 年年均实际蒸散发量空间分布总体表现为从西北向东南递增趋势特征, 年均实际蒸散发量以 8.23 mm/a 的速率显著增加。黄土高原 2001-2017年多年季节平均实际蒸散量空间分布特征与年均蒸散量格局基本一致,季节蒸散发量由大到小顺序为夏季>秋季>春季>冬季; 不同土地利用类型年均实际蒸散发量表现为林(418.30 mm) >农田(320.26 mm)>草地(279.15 mm)>建设绿地(221.30 mm); 不同流域实际蒸散发量表现为渭河干流(388.26 mm) >北洛河(367.99 mm)>泾河(326.16 mm)>延河(275.51 mm)>无定河(197.45 mm)>窟野河(164.73 mm) >皇甫川(153.71 mm)。
(5) 黄土高原实际蒸散发量与 NDVI、降雨量、气温以及日照时数均呈显著线性关系,黄土高原 2000 年以来 NDVI 和降雨量的增加, 促使实际蒸散发也显著增加。
 

Subject Area环境科学技术
MOST Discipline Catalogue工学
Table of Contents

目 录
第一章 绪论.......................................................1
1.1 选题背景及意义 ..................................................1
1.2 国内外研究进展 ..................................................2
1.2.1 蒸散发研究 .................................................2
1.2.2 蒸散发时空变化及其影响因素研究 .............................5
1.2.3 植被对蒸散发影响的研究 .....................................6
1.2.4 植被蒸腾耗水研究 ...........................................7
第二章 研究内容与研究方法 ......................................9
2.1 研究目标及研究内容 ..............................................9
2.1.1 研究目标 ...................................................9
2.1.2 研究内容 ...................................................9
2.2 材料与方法 .....................................................10
2.2.1 研究区概况 ................................................10
2.2.2 数据来源 ..................................................12
2.2.2.1 气象水文数据 .........................................12
2.2.2.2 空间影像数据 .........................................12
2.2.3 研究方法 ..................................................12
2.2.3.1 土壤墒情仪 ...........................................12
2.2.3.2 土壤含水量 ...........................................14
2.2.3.3 植被吸水规律 .........................................14
2.2.3.4 植被日耗水量 .........................................15
2.2.3.5 统计方法 .............................................16
2.3 技术路线 .......................................................18
第三章 植被根系吸水规律与实际蒸散发拆分 .....................19
3.1 不同季节植被多深度土壤水分变化规律与实际蒸散发 .................19
3.2 植被实际蒸散发对日照强度的响应 .................................23
3.3 植被实际蒸散发对土壤含水量和气温的响应 .........................253.4 植被生长季实际蒸散发动态变化 ...................................27
3.5 小结 ...........................................................29
第四章 MODIS ET 与点位尺度上的蒸散发对比研究 ..............31
4.1 MODIS 遥感反演的植被生长季实际蒸散发的动态特征.................31
4.2 MODIS-ET 与点位尺度实际蒸散发定量关系 .........................32
4.3 小结 ...........................................................35
第五章 区域尺度黄土高原实际蒸散发时空分布特征 ..............37
5.1 黄土高原实际蒸散发量的空间分布特征 .............................37
5.2 黄土高原实际蒸散发量时间变化特征 ...............................38
5.3 黄土高原不同土地利用类型及典型流域实际蒸散发量变化特征 .........40
5.4 黄土高原植被恢复和气候变化对实际蒸散发的影响 ...................42
5.5 小结 ...........................................................45
第六章 讨论与结论...............................................47
6.1 讨论 ...........................................................47
6.1.1 植被根系吸水与实际蒸散发 ..................................47
6.1.2 土壤墒情仪的优缺点 ........................................47
6.1.3 区域尺度黄土高原实际蒸散发 ................................48
6.2 结论 ...........................................................49
6.3 不足与展望 .....................................................50
参考文献 .........................................................51
致谢 ..............................................................59
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 .............61
 


 

Pages71
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.iswc.ac.cn/handle/361005/9172
Collection水保所2018--2020届毕业生论文(学位论文、期刊论文)
Recommended Citation
GB/T 7714
周志鹏. 基于地面观测和遥感反演的黄土高原实际蒸散发研究[D]. 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心. 中国科学院大学,2020.
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