Science正刊!水文连通性限制了全球陆地水通量的划分

科技   2024-11-04 00:00   贵州  

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摘要


    大陆降水不会在径流返回大气时流入海洋。利用传统的水文方法将蒸散通量划分为拦截、蒸腾、土壤蒸发和地表水蒸发是困难的,但这对于理解水循环和相关的生态过程至关重要。我们结合了两种大规模的通量分配方法来量化蒸散子成分和具有更多可移动地表水的束缚的、植物可利用的土壤水的水文连通性。在全球范围内,蒸腾量为64±13%(平均±1 s.d.)。65±26%的蒸发来自土壤而不是地表水。我们估计有38±28%的地表水来自于植物进入的土壤水池。土壤和地表水之间的有限连通性从根本上构成了水通过集水区过境的物理和生物地球化学相互作用。

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相关图表


Fig.1 受全球D/H比值限制的大陆水文划分:(A)估计全球降水、蒸散量和径流δD值与200条最大河流中的23条进行了比较(23)。箱线图描述了模拟的中位数、第25和第75百分位数,而黄色方框描述了仅基于海洋和大气质量平衡的范围。同位素值用δ表示,其中,δD=R/RVSMOW-1,R为D/H同位素比值。(B)径流δD与蒸散量、T/ET(蓝色)、土壤蒸发量、EB/EB+M(红色)和a之间的关系。全球径流分布的核密度估计值,δD的PDF(黑色)。红色和蓝色阴影区域表示平均值,用5‰的移动窗口平滑,±表示两个标准误差,虚线表示所有模拟的中位数百分比。(C)本研究的T/ET的箱线图,现场研究的T/ET,以及本研究的EB/EB+M。(D)大陆蒸散量δD值与(B)相同。

 

Fig.2 水文连通性和水文分配之间的关系:大陆水循环中D/H比值的蒙特卡罗模拟结果的双变量核密度图分布阴影,颜色较暗的区域更有可能。(A)总蒸散量、T/ET和(B)为土壤和地表水蒸发量,EB/EB+M。

Fig.3 分区大陆水文通量:未被植被混合成土壤或流入地表水的陆地降水(年平均±1标准差)。土壤水分被植物根系通过蒸腾作用吸收,经过蒸发,然后泄漏到地表水中。在进入地表水的通量中,38%来自土壤,其余与降水直接通过优先流路径一致。不蒸发的地表水会以径流的形式返回海洋。

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结论


     我们的估计表明,束缚水域和流动水域之间的部分水文脱节在全球范围内是实质性的和普遍的,这对预测和监测河流和河流内的水量和质量具有影响。地表水系统的水文和水文化学性质受到近地表内物理流动路径的强烈影响,这里发现的低连通性表明,例如,河流生物地球化学可能对土壤带过程比水文连通性更高时更不敏感。虽然我们确定了一个单一的平均连通性值,但连通性随着地理位置和时间的变化而变化,因为优先流路径在全年中被激活和停止激活。事实上,连通性度量和土壤-水传输时间分布之间的关系可能是复杂的。鉴于影响世界各地流域的水量和水质问题的普遍存在性,进一步了解各种时空尺度上的水文连通性是至关重要的。

END

论文引用:

Good, S. P., Noone, D., & Bowen, G. (2015). Hydrologic connectivity constrains partitioning of global terrestrial water fluxes. Science, 349(6244), 175-177. doi:10.1126/science.aaa5931

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