黑河流域表层土壤水分干化特征研究

作     者：董世玉 朱忠礼 徐自为 刘绍民 柴琳娜 DONG Shiyu;ZHU Zhongli;XU Ziwei;LIU Shaomin;CHAI Linna

作者机构：北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 

出 版 物：《高原气象》 (Plateau Meteorology)

年 卷 期：2023年第42卷第3期

页      面：771-784页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA20100101) 

主　　题：土壤水分 干化 土壤蒸发 原位观测 黑河流域 

摘      要：土壤水分干化是指降水发生后土壤逐渐变干的过程,此过程一般包括重力排水、大气需求限制的蒸发以及水分限制的蒸发三个阶段,此三阶段在表层土壤中表现最为明显。黑河流域发源于祁连山中段,上中下游具有十分明显的景观地带性,探讨该地区表层土壤水分干化特征将为理解流域内不同环境下土壤蒸发的规律和影响因素提供理论支撑。本文基于2016-2020年黑河流域上中下游10个气象观测站点表层土壤水分、土壤温度、气温等资料,利用降水后的土壤干化事件分析了各区域土壤水分、潜在蒸散、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和土壤质地等因素与表层土壤干化速率的关系,并使用指数模型拟合干化事件,总结了各站点干化速率的季节间变化规律。2016-2020年黑河流域10个站点共识别出362个有效干化事件,分析结果表明:(1)土壤进入干化期后,干化速率随土壤含水率降低而逐渐减缓,约12天后,上游、中下游站点土壤干化速率皆趋于稳定,上游站点稳定在约0.04 cm^(3)·cm^(-3)·day^(-1),中下游则趋于0。(2)上中下游表层土壤90%的蒸发效率分别低于0.25、0.15和0.12,无法满足大气需求,但若考虑土壤剖面5 cm以下的蒸散,其蒸发效率将接近1。(3)黑河上游表层土壤水分较高,土壤干化过程主要为大气需求限制阶段,中下游表层土壤水分较低,土壤干化过程为水分限制阶段。而就表层土壤蒸发速率而言,上游主要受大气水分需求影响,土壤蒸发速率随潜在蒸散的增加而增大,但当土壤水分超过0.4 cm^(3)·cm^(-3)时,潜在蒸散和土壤水分的变化对干化速率无显著影响;中下游主要受水分供应影响,土壤蒸发速率随土壤水分的增加而逐渐增大,潜在蒸散对土壤蒸发速率的影响不显著。(4)植被对表层土壤水分干化速率的影响与下垫面植被类型及土壤干湿状态有关,而土壤质地对干化速率影响较小。(5)指数模型拟合的干化事件具有明显的季节性特征。夏季各站点的干化速率(τ)及干化幅度(A)最大,土壤水分下限(θ_(w))最低,而对于下垫面为荒漠的地区,θ_(w)易受降水的影响,其在夏季达到最大值;就流域整体而言,表层土壤水分的干化速率表现为夏季春季秋季,上中下游干化速率的季节间变异性随下垫面类型的变化(草甸、农田、灌木)逐渐增大。