海南尖峰嶺熱帶山地雨林生態(tài)系統(tǒng)水文特征與演變規(guī)律.pdf

1、海南尖峰嶺熱帶山地雨林是我國保存較為完整的熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)之一，對調(diào)節(jié)區(qū)域水資源和水循環(huán)，維護(hù)陸地生態(tài)平衡有重要作用。20世紀(jì)末期周光益、陳步峰等在尖峰嶺開展了一系列的森林水文學(xué)研究，但熱帶山地雨林長期水文特征及演變規(guī)律研究尚屬空白。在全球氣候變化對水資源影響日益嚴(yán)重的今天，探討熱帶雨林水文特征及其演變規(guī)律具有十分重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文利用海南尖峰嶺國家級森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站自1989年以來的徑流資料以及自1957年以來的氣象

2、觀測資料，分析了熱帶山地雨林降雨特征、徑流特征，年降雨和徑流時(shí)間序列的演變規(guī)律，以及徑流對氣候變化的響應(yīng)。這對深入理解熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的水文功能，揭示氣候變化對森林徑流的影響都具有重要的科學(xué)意義。
　?。?）尖峰嶺熱帶山地雨林降雨特征
　　熱帶山地雨林年平均降雨量為2478.9 mm，變化范圍為1305.5～3662.3 mm（1980－2007）。從降雨的年內(nèi)分布來看，雨季（5－10月）降雨占全年降雨量的87.74％，旱季

3、（11－4月）降雨量僅占12.26%。降雨量最大的是8月份，其次是7月和9月份，這3個(gè)月的降雨量分別占年降雨量的20.1%、19.5%和16.8%。尖峰嶺降雨的一個(gè)明顯特點(diǎn)是暴雨多，主要出現(xiàn)在7－9月，其中以8月份最多，平均有2.7次/年，特大暴雨和暴雨分別占年降雨量的31.3%和17.9%。
　?。?）尖峰嶺熱帶山地雨林徑流特征
　　采用數(shù)字濾波法對尖峰嶺熱帶山地雨林徑流進(jìn)行了分割，獲得了很好的效果。熱帶山地雨林年均基流量

4、、快速徑流量分別為673.6 mm和721.3 mm，年均基流指數(shù)為0.48。1989－2007年年平均總徑流為1394.9 mm，其中雨季為1103.3 mm，旱季為291.6 mm。一年之內(nèi)，4月份總徑流量最?。?7.7 mm），9月份最大（349.4 mm）。19年中豐水年占6個(gè)，偏豐年2個(gè)，枯水年占8個(gè)，偏枯年1個(gè)，平水年只有2個(gè)。
　?。?）尖峰嶺熱帶山地雨林水量平衡特征
　　熱帶山地雨林林冠截留效應(yīng)明顯，1989

5、－1994年年平均穿透雨量、樹干徑流量和林冠截留量分別為2104.6 mm、190.4 mm和373.3 mm；年平均穿透雨率、樹干徑流率、林冠截留率分別為78.7%、7.1%和14.2%。地表徑流量很少，年平均值為17.1 mm，只占年降雨量的0.6%。1989－2007年熱帶山地雨林生態(tài)系統(tǒng)年平均降雨輸入、徑流輸出、蒸發(fā)散損失分別為2453.6 mm、1345.4 mm和1108.2 mm，年平均徑流系數(shù)為0.53。
　　（4

6、）水文時(shí)間序列演變規(guī)律
　　年降雨時(shí)間序列和年徑流量時(shí)間序列在總體上都沒有明顯的變化趨勢，但在某些局部存在著上升或者下降的趨勢；年降雨序列存在多個(gè)突變點(diǎn)，而年徑流序列以2000年的的突變最為明顯。小波分析方法顯示，年降雨量時(shí)間序列和年徑流量時(shí)間序列都存在有10年和4年左右的變化周期，前者還存在有20年左右的變化周期。10年左右的周期可能與太陽的活動周期有關(guān)，而4年左右的周期則可能與ENSO天氣系統(tǒng)有關(guān)。使用二階自回歸模型對年徑流時(shí)

7、間序列進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果與實(shí)測值相當(dāng)吻合，該模型可用于預(yù)測未來的徑流量變化。
　?。?）氣候變化特征及其對徑流的影響
　　尖峰嶺年均氣溫時(shí)間序列有明顯的變暖趨勢，并存在著2－4年、5－6以及10－12年的變化周期，其中10－12年的周期可能與太陽的活動有關(guān)。20世紀(jì)60年代、70年代屬于相對低溫期，氣溫變化緩慢；進(jìn)入80年代后，氣溫持續(xù)增加，平均增溫速率為0.15℃/10 a；21世紀(jì)的氣溫增速明顯，2001－2006年年

8、均氣溫較1990年代偏高0.4℃。氣溫突變發(fā)生在1979年，突變前的1957－1978的年均溫為24.4℃；突變后的1979－2007年氣溫呈快速上升趨勢，年均氣溫為25.0℃。
　　尖峰嶺的年蒸發(fā)量在總體上存在下降的趨勢，并存在5－6年和10年左右的變化周期。試驗(yàn)站年蒸發(fā)量下降趨勢十分明顯，特別是1987年之后呈快速下降趨勢，而天池的年蒸發(fā)量呈緩慢下降趨勢，這可能與天池的森林植被保護(hù)較好有關(guān)。尖峰嶺年蒸發(fā)量總體下降的趨勢是風(fēng)速、

9、日照時(shí)間下降趨勢與氣溫上升趨勢的綜合結(jié)果。
　　在氣候變化因子中，降雨量變化對尖峰嶺熱帶山地雨林年徑流量影響最大，氣溫變化對徑流的影響較小。但氣候變暖導(dǎo)致極端事件增多，可能對徑流產(chǎn)生嚴(yán)重影響。模擬分析表明，年均氣溫每增加0.1℃，徑流量減少6.3～6.7 mm。為了更好地反映氣候變化對徑流的影響，建立了以年徑流量為因變量，年降雨量、年均氣溫、年蒸發(fā)量為自變量的時(shí)間序列多變量自回歸模型，該模型能夠很好地模擬多個(gè)氣候因子變化對徑流的影

10、響。
　　創(chuàng)新點(diǎn)：
　　（1）采用自動化程度高、重復(fù)性好的數(shù)字濾波法對熱帶山地雨林徑流進(jìn)行了分割，得出了歷年的基流和快速徑流量，并分析了其年內(nèi)和年際變化規(guī)律。
　?。?）采用小波分析等時(shí)間序列分析方法，對水文、氣候因子時(shí)間序列的趨勢性、突變性和周期性進(jìn)行了分析，詳細(xì)闡述了水文、氣候因子的時(shí)間序列特征。
　　（3）采用多變量自回歸模型模擬了氣候變化對徑流量的影響，該模型能夠結(jié)合徑流時(shí)間序列和氣候時(shí)間序列的變化特征來