森林火災(zāi)對(duì)流域蒸散發(fā)和徑流的影響研究.pdf

1、全球氣候變暖導(dǎo)致森林火險(xiǎn)天氣增加，森林火災(zāi)的發(fā)生機(jī)率呈上升的趨勢(shì)。森林火災(zāi)通過影響植被、地表枯落物、土壤及生態(tài)環(huán)境等影響降雨截留、土壤蓄水量、蒸散發(fā)及徑流量等流域水循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在氣候變化的背景下，森林火災(zāi)水文響應(yīng)的研究有助于揭示森林流域的水循環(huán)機(jī)制，為流域范圍內(nèi)森林資源和流域水資源的合理規(guī)劃管理提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)陸地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。目前，森林火災(zāi)的水文響應(yīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以發(fā)生在澳大利亞維多利亞州的1983和20

2、03年的兩場(chǎng)森林大火為例，采用統(tǒng)計(jì)分析與水文模型模擬相結(jié)合的方法，開展森林火災(zāi)對(duì)流域蒸散發(fā)和徑流影響的研究，并嘗試在降雨-徑流模型中考慮土壤含水量和植被動(dòng)態(tài)信息提高受火災(zāi)干擾流域的徑流模擬精度。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)研究流域的氣候向有利于林火發(fā)生的方向演變。選取與林火發(fā)生條件密切相關(guān)的四個(gè)氣象指標(biāo)（氣溫（最高溫、最低溫及平均氣溫）、降水量、相對(duì)濕度及潛在蒸散發(fā)），采用5年滑動(dòng)平均及距平分析相結(jié)合的方法，分析各氣象指標(biāo)

3、在研究時(shí)段內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)果表明，研究流域的氣候有變暖變干的趨勢(shì)，有利于林火的發(fā)生，要做好林火的預(yù)防工作。
　　(2)森林火災(zāi)燒毀地表植被，影響流域蒸散發(fā)的時(shí)空分布。森林火災(zāi)導(dǎo)致火災(zāi)當(dāng)年流域平均葉面積指數(shù)和地表反照率驟減，而后，伴隨植被的恢復(fù)逐漸恢復(fù)。地表反照率的變化反映了地表輻射平衡的變化，從而影響流域的蒸散發(fā)水平。對(duì)比火災(zāi)前后流域蒸散發(fā)時(shí)空分布的變化，發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)對(duì)流域蒸散發(fā)的影響與火燒的嚴(yán)重程度有關(guān)。火燒嚴(yán)重的區(qū)域，蒸散發(fā)的

4、減少幅度較大，反之，較小。伴隨植被的恢復(fù)流域的蒸散發(fā)有增加的趨勢(shì)。
　　(3)利用水文模型模擬并量化了森林火災(zāi)對(duì)流域徑流量的影響。利用澳大利亞的AWRA-L、我國(guó)的新安江和法國(guó)的GR4J三個(gè)水文模型分別模擬火災(zāi)前后各流域的基準(zhǔn)徑流過程，進(jìn)而估算森林火災(zāi)對(duì)流域徑流量的影響。首先，考慮到火災(zāi)后氣候有變暖變干的趨勢(shì)，為了確保模型在火災(zāi)前率定的參數(shù)可以有效的應(yīng)用到火災(zāi)后的研究時(shí)段，選擇屬性相似距離相近的未受火災(zāi)影響的四個(gè)流域進(jìn)行參數(shù)移用的

5、有效性驗(yàn)證;其次，將三個(gè)研究流域火災(zāi)前率定的參數(shù)應(yīng)用于火災(zāi)后模擬森林火災(zāi)對(duì)流域徑流過程的影響。分析發(fā)現(xiàn)，在火災(zāi)前后氣候條件穩(wěn)定的條件下，森林火災(zāi)是災(zāi)后短期內(nèi)徑流增加的主要原因，伴隨植被的恢復(fù)森林火災(zāi)引起流域產(chǎn)水量增量的減小。
　　(4)考慮火災(zāi)引起植被及土壤水動(dòng)態(tài)的變化，模擬了森林火災(zāi)的徑流響應(yīng)過程。針對(duì)集總式降雨徑流模型中很少考慮植被動(dòng)態(tài)信息的不足，將土壤含水量與遙感植被動(dòng)態(tài)信息與Penman-Monteith模型相結(jié)合，改進(jìn)新

6、安江模型，進(jìn)而提高受火災(zāi)干擾流域的徑流模擬精度。本文以新安江模型為例，采用考慮土壤含水量動(dòng)態(tài)及植被動(dòng)態(tài)信息的Penman-Monteith模型對(duì)新安江模型中的三層土壤蒸發(fā)模型進(jìn)行改進(jìn)。將改進(jìn)的新安江模型在受2003年森林火災(zāi)影響的4個(gè)研究流域應(yīng)用，改進(jìn)新安江模型的率定期和驗(yàn)證期的模擬精度均有一定提高。為了進(jìn)一步說明植被動(dòng)態(tài)信息對(duì)徑流過程的影響，本文設(shè)計(jì)了3個(gè)反映不同植被信息的實(shí)驗(yàn)方案在驗(yàn)證期對(duì)改進(jìn)模型進(jìn)行測(cè)試。對(duì)比3個(gè)實(shí)驗(yàn)方案發(fā)現(xiàn)，利用