气候与LUCC对湿润区流域尺度土壤水分的综合影响及其定量区分研究

Soil moisture is high and changes significantly at humid basin, which plays a critical role in the eco-hydrology process. The combined effects and contributions isolation of climate and land use/cover change (LUCC) provide the foundation to understand the soil moisture change. However, the long-time monitoring of soil moisture is still rare at humid basin due to the limitation of traditional observation. Furthermore, the effects of climate and LUCC are still unclear for their complex interaction. These limitations leave significant uncertainty in the research of water cycle at basin scale. This project aims to investigate these scientific problems with an examination over the Poyang Lake Basin. The time series soil moisture with high accuracy and resolution are built through the combination of micro-wave remote sensing and ground measurement and the method of scale transformation. Based on the data set, this project will investigate the effects of climate and land cover change on the basin soil moisture through the methodologies of cluster analysis, experiment area, spatial analysis and statistical analysis. Specifically, it will firstly analyze the combined effect of climate and LUCC on soil moisture in general. Then, it will isolate the contributions of climate and LUCC to soil moisture variation. Results of this project would help to accurate monitoring of long-term soil moisture at humid basin scale. It would also help to illustrate the influencing factors and provide a deep insight to the hydrological process at humid area.

湿润区土壤水分蕴藏丰富，其时空变化对流域水文生态过程具有重要影响。研究气候与地表覆被变化（Land Use/Cover Change，LUCC）的综合影响及其定量区分是理解湿润区土壤水分变化的重要基础。然而，受观测手段的限制，流域土壤水分长时序精准监测还严重不足，同时由于气候与LUCC间复杂的交互作用，其对土壤水分的影响机制尚不明确，导致湿润区流域水量平衡研究存在较大的不确定性。针对以上问题，本项目拟以鄱阳湖流域为例，融合多源遥感与地面观测数据，采用尺度转换等方法，构建流域长时序高精度、高分辨率土壤水分数据集。在此基础上，利用聚类分析、实验流域法、空间分析及统计分析等基本原理与方法，探讨气候与LUCC对土壤水分变化的综合影响，定量区分两者各自的影响分量。开展本项目有助于精准监测湿润区流域土壤水分长时序变化，揭示气候与LUCC的影响方式与程度，强化对湿润区水文过程的认识与理解。

本研究以鄱阳湖流域为对象，耦合多源遥感数据，利用降尺度方法，构建流域尺度长时序高分辨率土壤水分数据集，分析土壤水分长期变化趋势。进而采用空间分析、统计分析及轨迹分析等方法，从流域整体上探讨气候与LUCC对土壤水分的综合作用，并定量区分不同因素的影响分量，最终阐明流域土壤水分的时空特征及其影响因素。研究结果表明：.(1).采用1979-2013年25 km分辨率的全球气候变化倡议项目（Climate Change Initiative，CCI）土壤水分数据，通过降尺度融合方法，获取了鄱阳湖流域1 km分辨率的长时序土壤水分数据集，RMSE为0.044 cm3/cm3，可为后续研究提供科学、准确的数据基础。.(2).鄱阳湖流域长时序多年平均土壤水分呈现湖区高、四周低的“岛式”空间分布。近10年来，鄱阳湖流域进入降水持续偏少时期。在此背景下，土壤水分呈现较强的下降趋势，其中以湖区下降速度最大。不同地表覆被类型的土壤水分年内差异较明显。空间上，土壤水分总体呈现中心低、周边高的“漏斗式”空间分布形态，但夏、秋季节的空间差异性减弱。.(3).森林具有较强的持水能力，可有效缓解气象对土壤水分的影响。在地表覆被类型上，水分亏缺与湿润主要出现在草地和森林区域；此外，当气候条件由极端湿热向极端干冷转变时，不同地表覆被类型土壤水分均呈现较强的下降趋势，但森林地区土壤水分减少量最低。.(4).采用轨迹方法定量区分LUCC对土壤水分的贡献率。结果表明，LUCC对流域、植被造林区及森林退化区土壤水分变化的贡献率分别为3.13%、6.47%和10.07%。由稀疏林、草地和其它用地向森林转化对土壤水分下降的贡献率分别为7.26%、-3.52%和9.57%；而其相反转化过程的贡献率为10.43%、7.69%和12.14%。.本研究揭示了鄱阳湖流域土壤水分的时空特征及宏观响应，表明在气象与LUCC的交互作用下，土壤水分具有较复杂的动态变化特征，气象是其主要影响因素，而地表覆被则在一定程度上加剧或缓解了土壤水分的变化趋势。研究结果强化了对鄱阳湖流域土壤水分变化内在影响机制的认识与理解，同时可为流域水资源管理提供科学的辅助依据。

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