宁夏沙坡头沙漠生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告
沙坡头站灌木穿透雨时空格局研究取得新进展
作者: 沙坡头站 更新时间: 2018-08-24

环境科学Top期刊Science of the Total EnvironmentIF: 4.61)在2018619-620卷出版了中国科学院沙坡头沙漠研究试验站研究人员关于灌木穿透雨时空格局的最新研究成果,论文题为“Meteorological influences on process-based spatial-temporal pattern of throughfall of a xerophytic shrub in arid lands of northern China”。

穿透雨是指降水发生后直接通过植物冠层空隙滴落或间接从树叶、树枝和主干滴落至地面的雨水。作为植物冠层对降水再分配的主要组分(约占降水的四分之三),穿透雨影响着土壤水分和养分的空间分布、土壤侵蚀、根系生长和分布、土壤微生物群落结构等一系列关键的生态、水文及生物地球化学过程。目前关于穿透雨时空格局的研究主要基于单次或更长降水时间尺度(日、周、月)。然而,单次降水过程本身是一个随时间变化的不连续过程,导致穿透雨产量在降水过程中也呈现出不连续状态,这意味着穿透雨在非均一植物冠层下方不同方位上既表现出时间异质性又表现出空间异质性,因而对降水过程中更加精细时间尺度上穿透雨的观测研究有助于更好地认识穿透雨这一重要水文过程的发生、发展及其时间和空间异质性。本研究通过对腾格里沙漠东南缘固沙灌木柠条(Caragana korshinskii)穿透雨在降雨过程中的时间(间隔10 min)和空间(冠层下方西北、东北、东南、西南4个方位)动态变化进行连续自动观测,量化了降雨过程中穿透雨在灌木冠层下方的时间和空间异质性,并基于主成分分析和多元线性方程模型分析了气象因子对其异质性的影响。

研究结果显示:在单次降雨过程中,降雨和穿透雨在其起止时间上存在着时间差,总体而言二者的时间异质性表现出很好的同步性;穿透雨在灌木冠层下方不同方位上表现出高度的空间异质性,该异质性与降雨过程中主风向紧密相关;对气象因子(降雨量、降雨强度、10 min最大降雨强度、降雨历时、间雨期、风速、空气温度、空气湿度、蒸气压差)进行了主成分分析,显示3个主成分可以解释84.2 %的总变异;将3个主成分引入多元线性方程模型后发现,第2个主成分(在降雨量和10 min最大降雨强度两个参数上有较大载荷)是影响穿透雨产量及其空间异质性的主要成分。本研究强调了高分辨率降水和穿透雨观测数据对穿透雨时空格局研究的重要性,结果有助于改进降水再分配模型中干旱荒漠区灌木穿透雨的刻画及模拟。

该研究获国家重点研发计划(2016YFE0203400)、国家自然科学基金项目(41501108, 41530750)和中科院西部之光项目的资助。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717332655

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