中国西南喀斯特地区遥感蒸散发变化研究
蒸散发（Evapotranspiration，ET）是水循环的关键环节和重要组分，陆地降水有60%以蒸散发的形式返回到大气，对地表可利用水资源量有重要影响。喀斯特地貌占全球陆地面积的10%，广泛发育的裂隙和管道等多孔介质导致水分快速损失，水成为了喀斯特生态系统演化的主要限制因素。为恢复重建喀斯特退化生态系统，退耕还林还草、石漠化综合治理等大量生态工程已持续深刻影响下垫面特征，同时气温和降水等的变化进一步加剧了区域水循环。因此，深入理解变化条件下中国西南喀斯特地区实际蒸散发ET变化及其影响因子，对于喀斯特地区的水循环调控和农林业用水配置等有重要意义。 论文针对西南地区长时间大面积ET观测数据匮乏，ET遥感产品是区域蒸散研究的重要科学数据源，通过比较评价5种常用ET遥感产品适用性，遴选出相对精度最好的数据源。结合区内地表形态复杂及多云雨天气条件，分别用ANUSPLIN软件TPS插值方法对气象数据进行插值，用MODIS双星数据协同构建高质量植被EVI指数。从不同地域分异、不同植被类型和不同喀斯特地貌区的角度，用Theil-SenMedian趋势分析和Mann-Kendall检验分析ET及其组分冠层截留Ei、植被蒸腾Ec和土壤蒸发Es的时空分布特征；用简单相关分析和归一化多元回归分析等揭示气温、降水、风速、相对湿度、日照时数和植被EVI对ET变化的影响。主要研究结果如下： （1）比较评价5种常用ET遥感产品适用性，结果表明PML V2在西南地区适用性最好。站点观测数据验证其相关系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.82、18.64mm和15.73mm；水量平衡数据验证其绝对误差为2.58mm，相对误差为0.34%。分析长时间序列ET遥感产品的突变年份为2003年，因此，论文后续工作用相对精度最好的PML V2产品开展2003-2017年间ET变化研究。 （2）西南地区多年平均ET为708.56mm。多年平均ET随纬度增加而减少（或自南向北减少）；随经度增加而总体减少，但受区域内部不同地貌及下垫面覆盖特征差异影响显著，呈“W”型变化趋势；随海拔增加ET呈先减后增再减的波动式减小趋势。不同植被多年平均ET排序为：林地＞草地＞栽培植被＞灌丛＞草甸＞高山植被。不同地貌多年平均ET排序为：非喀斯特区＞峰林平原区＞峰丛 蒸散发（Evapotranspiration，ET）是水循环的关键环节和重要组分，陆地降水有60%以蒸散发的形式返回到大气，对地表可利用水资源量有重要影响。喀斯特地貌占全球陆地面积的10%，广泛发育的裂隙和管道等多孔介质导致水分快速损失，水成为了喀斯特生态系统演化的主要限制因素。为恢复重建喀斯特退化生态系统，退耕还林还草、石漠化综合治理等大量生态工程已持续深刻影响下垫面特征，同时气温和降水等的变化进一步加剧了区域水循环。因此，深入理解变化条件下中国西南喀斯特地区实际蒸散发ET变化及其影响因子，对于喀斯特地区的水循环调控和农林业用水配置等有重要意义。 论文针对西南地区长时间大面积ET观测数据匮乏，ET遥感产品是区域蒸散研究的重要科学数据源，通过比较评价5种常用ET遥感产品适用性，遴选出相对精度最好的数据源。结合区内地表形态复杂及多云雨天气条件，分别用ANUSPLIN软件TPS插值方法对气象数据进行插值，用MODIS双星数据协同构建高质量植被EVI指数。从不同地域分异、不同植被类型和不同喀斯特地貌区的角度，用Theil-SenMedian趋势分析和Mann-Kendall检验分析ET及其组分冠层截留Ei、植被蒸腾Ec和土壤蒸发Es的时空分布特征；用简单相关分析和归一化多元回归分析等揭示气温、降水、风速、相对湿度、日照时数和植被EVI对ET变化的影响。主要研究结果如下： （1）比较评价5种常用ET遥感产品适用性，结果表明PML V2在西南地区适用性最好。站点观测数据验证其相关系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.82、18.64mm和15.73mm；水量平衡数据验证其绝对误差为2.58mm，相对误差为0.34%。分析长时间序列ET遥感产品的突变年份为2003年，因此，论文后续工作用相对精度最好的PML V2产品开展2003-2017年间ET变化研究。 （2）西南地区多年平均ET为708.56mm。多年平均ET随纬度增加而减少（或自南向北减少）；随经度增加而总体减少，但受区域内部不同地貌及下垫面覆盖特征差异影响显著，呈“W”型变化趋势；随海拔增加ET呈先减后增再减的波动式减小趋势。不同植被多年平均ET排序为：林地＞草地＞栽培植被＞灌丛＞草甸＞高山植被。不同地貌多年平均ET排序为：非喀斯特区＞峰林平原区＞峰丛洼地区＞断陷盆地区＞岩溶峡谷区＞岩溶中高山区＞岩溶高原区＞岩溶槽谷区。与栽培植被相比，喀斯特区林灌草的蒸腾占比平均增加3.72%，无效耗水减少，生态工程能适当促进蒸散的有效消耗。 （3）西南地区2003-2017年间逐年ET呈增加趋势，平均增加速率为5.08mm/a，主要由Ec和Ei的增加造成，相应贡献率分别为84.25%和57.87%。不同植被逐年ET变化速率排序为：草甸＞草丛＞林地＞灌丛＞高山植被＞栽培植被＞0，除高山植被的ET增加主要由Es的增加造成（贡献率为55.39%）之外，其余植被类型的逐年ET增加由Ec和Ei的增加造成且Es的贡献率均为负。不同地貌逐年ET变化速率排序为：岩溶峡谷区＞非喀斯特区＞岩溶中高山区＞断陷盆地区＞峰林平原区＞峰丛洼地区＞岩溶高原区＞岩溶槽谷区＞0，各地貌区逐年ET增加主要由Ec和Ei的增加造成。与栽培植被相比，喀斯特区林灌草的蒸腾变化速率平均加快了0.47mm/a，有效耗水增加，退耕还林还草等生态工程已发挥较好物质生产与固碳释氧效益。 （4）西南地区1960-2017年间气温显著升高，相对湿度、日照时数和风速显著下降，降水变化不显著，各自变化速率分别为0.19℃/10a、-0.54%/10a、-2.99h/10a、-0.04m/s/10a和3.29mm/10a。多气象要素的突变均发生在2003-2017年时段之前，发生突变后的近期时段（2003-2017年）与1960-2017年间相比，除风速变化放缓外，气温、降水、相对湿度和日照时数的变化幅度均明显提升。近期在气候变化和生态工程建设背景下，研究区下垫面植被长势明显转好，有91.30%的区域植被得到恢复。与非喀斯特区相比，喀斯特峰丛洼地区和峰林平原区植被恢复速率更快，即使在生境较差的岩溶高原区与岩溶槽谷区人工干预后植被恢复形势也较乐观。 （5）西南地区ET变化的主导因子有很强的区域差异。全区域范围内，简单相关分析表明气温、降水、相对湿度、日照时数和植被EVI整体上都与ET呈正相关，且有面积81.63%的植被EVI与ET呈正相关，但归一化回归分析表明气温才是全区域的ET变化主导因子。全部喀斯特区作为一个整体与非喀斯特区比较，植被EVI是喀斯特区作为一个整体的ET变化主导因子，气温是非喀斯特区的ET变化主导因子。喀斯特区分出不同地貌亚区后归一化回归分析表明气温是岩溶中高山区和断陷盆地区的ET变化主导因子，风速和日照时数分别是岩溶峡谷区和岩溶高原区的ET变化主导因子，植被EVI是峰丛洼地区和峰林平原区的ET变化主导因子。
喀斯特地区;蒸散发观测;遥感技术;时空分布
贵州师范大学
硕士
地理学;地图学与地理信息系统
周旭
2020
中文
P332.2
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）