東北地理所在三江平原濕地墾殖對(duì)地表水熱過(guò)程影響方面取得新進(jìn)展
三江平原是近50年來(lái)我國(guó)人類(lèi)農(nóng)業(yè)活動(dòng)和氣候變暖雙重影響下地表水熱過(guò)程變化最為劇烈的地區(qū)之一，從自然沼澤濕地主要分布區(qū)向水田集中種植區(qū)的快速轉(zhuǎn)變，顯著改變了地表-大氣間的水熱傳輸模式和區(qū)域水資源消耗-更新速率，如何量化評(píng)估沼澤濕地墾殖對(duì)地表水熱通量傳輸機(jī)制和水資源消耗強(qiáng)度的影響，是關(guān)系到三江平原地區(qū)濕地生態(tài)保育與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)平衡、持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問(wèn)題，其中關(guān)于自然沼澤濕地和人工濕地（水田）的地表熱量平衡和蒸散發(fā)過(guò)程、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及水資源效應(yīng)的差異是最引人關(guān)注的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。但是，由于缺乏系統(tǒng)的、高精度的野外定位觀(guān)測(cè)研究，上述問(wèn)題仍不能明確回答，限制了對(duì)區(qū)域水文過(guò)程深入研究和水資源管理戰(zhàn)略措施的實(shí)施。
為此，東北地理所濕地與全球變化學(xué)科組科研人員，主要利用渦度相關(guān)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)三江平原自然沼澤濕地和墾殖后水田開(kāi)展了為期2年（2017-2018）的野外定位對(duì)比觀(guān)測(cè)，闡明了濕地墾殖為水田對(duì)地表水熱傳輸過(guò)程的影響機(jī)制，定量評(píng)估了對(duì)地表水資源消耗的影響趨勢(shì)和強(qiáng)度。結(jié)果表明，沼澤濕地墾殖為水田并未顯著改變生長(zhǎng)季地表所獲得的凈輻射能量（Rn），但卻顯著改變了潛熱通量（LE）和感熱通量（H）間的相對(duì)比例，墾殖后潛熱通量所占比重（LE/Rn）由0.49攀升至0.81，這意味著濕地墾殖為水田后，蒸散發(fā)（ET）成為了地表能量的唯一主要消耗者，生長(zhǎng)季平均蒸散發(fā)量由2.3mmd-1增加到3.6mmd-1。同時(shí)，地表水位的下降顯著降低了地表水體對(duì)熱量存儲(chǔ)-釋放的調(diào)節(jié)能力，證實(shí)了三江平原濕地墾殖將導(dǎo)致區(qū)域小氣候調(diào)節(jié)能力的喪失。水田系統(tǒng)中生長(zhǎng)季持續(xù)高水平的Priestley-Taylor系數(shù)（αeq，1.21±0.20）和解耦系數(shù)表明了整個(gè)水田水熱傳輸過(guò)程是由能量因素持續(xù)主導(dǎo)的，而自然沼澤濕地存在著春季由飽和蒸氣壓差（VPD）主導(dǎo)、夏秋季由能量主導(dǎo)的季節(jié)轉(zhuǎn)變過(guò)程。自然沼澤濕地與水田在植被生長(zhǎng)節(jié)律、冠層結(jié)構(gòu)及光合生理方面的差異是導(dǎo)致蒸散發(fā)和能量平衡過(guò)程顯著改變的重要原因，ET的增加和水熱傳輸機(jī)制季節(jié)模式的改變將顯著改變?nèi)皆貧忾g能量平衡和區(qū)域水資源循環(huán)過(guò)程，未來(lái)時(shí)期存在巨大的水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)值得高度重視。
圖1 沼澤濕地墾殖為水田后地表熱通量變化特征
該研究由東北地理所郭躍東研究員、宋長(zhǎng)春研究員、孫麗副研究員、張加雙工程師等共同完成。研究成果于近期發(fā)表在期刊Agricultural and Forest Meteorology上。該研究得到了自然基金委重點(diǎn)基金項(xiàng)目（41730643）等的資助。
論文信息如下：
Yuedong Guo, Changchun Song, Jiashuang Zhang et. Influence of wetland reclamation on land-surface energy exchange and evapotranspiration in the Sanjiang plain, Northeast China. Agricultural and Forest Meteorology, 2021, 296, 108214.
論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2020.108214
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