J. Hydrol.|三维视角下植被返青加速黄土高原气象干旱向土壤干旱的传导

文摘   2024-12-25 11:44   荷兰  
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2024.132522

研究气象干旱向水文干旱和土壤干旱的传播过程对干旱预警预报具有重要意义。植被是影响干旱传播过程的主要因素,但植被覆盖变化如何影响干旱传播,特别是在干旱与植被耦合较强的半干旱地区,目前仍不清楚。此外,现有研究往往在较低维度上进行分析,忽略了干旱在空间和时间上的演变本质。本研究以因植被恢复计划实施和气候变暖而绿化明显的黄土高原为研究对象,从三维视角识别了三类干旱的特征及其传播方式。基于高分辨率地表模型,在静态和动态叶面积指数(LAI)驱动下,开展了两个敏感性试验,以研究2001-2021年期间植被绿化的影响。

结果表明,植被绿化显著加剧了土壤干旱,并通过直接消耗土壤水分的蒸腾作用加速了气象干旱向土壤干旱的传播。但绿化对水文干旱的影响相对较小,其中植被绿化使土壤干旱持续时间增加约5个月(38%)、受灾面积增加约84%、严重程度增加约98%,同时,绿化使气象干旱到土壤干旱的传播时间缩短了0.47个月,传播概率增加了17%,并且更多的土壤干旱事件可能向东迁移,植被绿化条件下干旱迁移距离增加了139%。本研究从三维视角研究了绿化对干旱传播的影响,并指出绿化对黄土高原土壤干旱的影响更大。

图7. No -RES和Ve-RES情景下气象(MD)、水文(HD)和土壤干旱(SD)的(a)持续时间、(b)受影响面积、(c)严重程度和(d)强度。No-RES表示无植被绿化的情景,Ve-RES表示有植被绿化的情景。三角形表示平均干旱特征值。

图8. No -RES和Ve-RES情景下土壤干旱持续时间(a,b)、严重程度(c,d)和强度(e,f)的空间分布(SD)。No-RES表示无植被绿化的情景,Ve-RES表示植被绿化的情景。
图 9. No -RES 和 Ve-RES 情景下,(a) 干旱传播概率、(b) 传播时间和 (cd) 从气象干旱到水文干旱和土壤干旱(MD->HD 和 MD->SD)的特征传播速率。(b) 中的三角形表示平均干旱传播时间。

图 10 . No-RES 和 Ve-RES 情景下几次重大气象-土壤干旱传播事件(MD->SD)的干旱迁移轨迹。Area_LP 表示黄土高原,Area_MD 和 Area_SD 分别表示经历 MD 和 SD 的区域,Area_Pro 表示 MD 和 SD 之间的重叠区域。带箭头的蓝线和红线(Trajectory_MD 和 Trajectory_SD)分别为 MD 和 SD 的迁移轨迹,多边形(Pro_Increment)表示由于植被绿化而增加的重叠区域。左下角的数字表示干旱事件的开始和结束时间。

图 11 . No-RES 和 Ve-RES 情景下气象干旱 (MD)、水文干旱 (HD) 和土壤干旱 (SD) 的 (a, c) 迁移方向和 (b, d) 迁移距离。(a, c) 中的半径表示具有指定迁移方向的干旱事件的百分比。E、NE、N、NW、W、SW、S 和 SE 分别表示向东、东北、向北、向西北、向西、向西南、向南和向东南迁移。(a, c) 中的直方图显示了 Ve-RES 和 No-RES 情景下具有指定迁移方向的干旱事件百分比的差异。(b, d) 中的三角形表示平均迁移距离。

图 12. No -RES 和 Ve-RES 情景下不同月份匹配的 (a) 气象-水文 (MD->HD) 和 (b) 气象-土壤 (MD->SD) 干旱传播事件的气象 (MD)、水文 (HD) 和土壤干旱 (SD) 严重程度。黑线表示两种情景之间的干旱严重程度差异。

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