青海湖流域蒸散发对土壤水分的时空响应特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00038

摘要/Abstract

摘要：

研究蒸散发对土壤水分的时空响应特征有助于深入理解区域水文循环过程。利用2016—2020年青海湖流域蒸散量和土壤含水量遥感数据，借助ArcGIS空间分析和数理统计方法研究了青海湖流域蒸散发和土壤水分在8 d、月和年尺度的变化特点及两者的对应关系，揭示了青海湖流域蒸散发对土壤水分的时空响应特征。结果显示：（1）2016—2020年，青海湖流域平均蒸散量和土壤含水量分别为494.45 mm和0.34 m³·m^-3，8 d、月和年尺度蒸散量总体呈先增大后减小的特点，土壤含水量分别呈增大—减小—增大—减小、增大—平稳—减小和较稳定的特点。（2）空间上，各时间尺度青海湖流域平均蒸散量总体呈流域东北向西南方向减小的特点，平均土壤含水量总体由湖滨向流域四周递增、由河谷向两侧递增。（3）时间协同性上，青海湖流域蒸散量和土壤含水量在第1~185天（1—6月）和第241~365天（9—12月）强于第185~241天（7—8月），非生长季强于生长季，2016—2018年强于2018—2020年；空间协同性上，流域东北部的沙柳河和哈尔盖河流域及湖东岸强于其他地区。（4）8 d、月、非生长季和生长季尺度，青海湖流域蒸散量与土壤含水量的平均相关系数分别为0.61、0.69、0.36和0.24，两者以显著正相关关系为主，说明青海湖流域蒸散量对土壤含水量的时间响应在月尺度和8 d尺度较强，不同时间阶段流域蒸散量均随土壤含水量的增加而增大。本研究结果可为深入认识青海湖流域水文循环过程、水量平衡及水资源管理提供理论参考。

关键词: 蒸散发, 土壤水分, 时空响应特征, 青海湖流域

Abstract:

Studying the spatial and temporal response characteristics of evapotranspiration to soil water content aids in comprehending regional hydrological cycle processes. The 8-day， monthly， and annual variation characteristics and corresponding relationship between evapotranspiration and soil water content in Qinghai Lake Basin were investigated from 2016 to 2020 by remote sensing data and spatial analysis， mathematical and statistical methods of ArcGIS， which would reveal the spatial and temporal response. The results indicated that：（1） From 2016 to 2020， the average evapotranspiration and soil water content in the Qinghai Lake Basin were 494.45 mm and 0.34 m³·m^-3， respectively. The 8-day， monthly， and annual evapotranspiration showed an increasing-then-decreasing trend， while the soil water content showed the increasing-decreasing-increasing-decreasing， increase-steady-decrease and comparable stable characteristics. （2） The average evapotranspiration across all time scales generally decreased from the northeast to the southwest of Qinghai Lake Basin. Additionally， the average soil water content increased from the lakeshore to the perimeter of the watershed and from the valley to the sides. （3） There is a temporal synergism between evapotranspiration and soil water content during the 1st-185th days （January-June） and the 241st-365th days （September-December）， which is stronger than that during the 185th-241th days （July-August）. This synergism during the non-growing season is also stronger than the growing season， and stronger in 2016-2018 than in 2018-2020. Additionally， spatial synergies were found to be stronger in the northeast of Shaliu River Basin and Haergai River Basin and the eastern shore of Qinghai Lake than in other areas. （4） The correlation coefficients between evapotranspiration and soil water content were calculated at different temporal scales. The coefficients were 0.61， 0.69， 0.36 and 0.24 for the 8-day， monthly， non-growing season and growing season scales， respectively. The spatial result showed significant positive correlations， indicating that the temporal response of evapotranspiration to soil water content was stronger at the monthly and 8-day scales. In addition， the results showed that evapotranspiration increased with the increase of soil water content in different time. The results of this study can provide theoretical reference for understanding the hydrological cycle process， water balance and water resources management in Qinghai Lake Basin.

Key words: evapotranspiration, soil water content, temporal and spatial response characteristics, Qinghai Lake Basin

中图分类号:

P333.1

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图/表 12

图1 研究区概况

Fig.1 Location of the study area

图2 2016—2020年青海湖流域8 d尺度蒸散量（A）和土壤含水量（B）时间变化注：阴影部分为标准差

Fig.2 Temporal variations of 8-day evapotranspiration （A） and soil water content （B） in Qinghai Lake Basin from 2016 to 2020

图3 2016—2020年青海湖流域8 d尺度平均蒸散量（A）和平均土壤含水量（B）空间分布

Fig.3 Spatial distribution of 8-day average evapotranspiration （A） and average soil water content （B） in Qinghai Lake Basin from 2016 to 2020

图4 2016—2020年青海湖流域月尺度蒸散量（A）和土壤含水量（B）时间变化注：阴影部分为标准差

Fig.4 Temporal variations of monthly evapotranspiration （A） and soil water content （B） in Qinghai Lake Basin from 2016 to 2020

图5 2016—2020年青海湖流域非生长季（A、C）和生长季（B、D）平均蒸散量和平均土壤含水量空间分布

Fig.5 Spatial distribution of average evapotranspiration and average soil water content during the non-growing （A， C） and growing （B， D） seasons in Qinghai Lake Basin from 2016 to 2020

表1 2016—2020年青海湖流域年尺度蒸散量和土壤含水量时间变化

Table 1 Temporal variations of annual evapotranspiration and soil water content in Qinghai Lake Basin from 2016 to 2020

指标	年份
指标	2016	2017	2018	2019	2020
蒸散量/mm	471.77	522.57	498.58	497.41	481.91
土壤含水量/（m³·m^-3）	0.34	0.34	0.34	0.34	0.34

图6 青海湖流域5 a平均蒸散量（A）和平均土壤含水量（B）空间分布

Fig.6 Spatial distribution of 5-year average evapotranspiration （A） and average soil water content （B） in Qinghai Lake Basin

图7 青海湖流域8 d尺度蒸散量和土壤含水量变化特点注：阴影部分为标准差

Fig.7 Variation characteristics of 8-day evapotranspiration and soil water content in Qinghai Lake Basin

图8 青海湖流域8 d（A、E）、月（B、F）、非生长季（C、G）和生长季（D、H）尺度蒸散量和土壤含水量相关系数及显著性检验空间分布

Fig.8 Spatial distribution of correlation coefficients and significance test between evapotranspiration and soil water content at 8-day （A，E）， monthly （B，F）， non-growing season （C，G） and growing season （D，H） scale in Qinghai Lake Basin

图9 青海湖流域子流域非生长季（A、D）、生长季（B、E）和年（C、F）尺度平均蒸散量和平均土壤含水量热图

Fig.9 Heatmaps of non-growing season （A，D）， growing season （B，E） and annual （C，F） average evapotranspiration and average soil water content in sub-basins of Qinghai Lake Basin

图10 青海湖流域8 d （A）和月（B）尺度蒸散量对土壤含水量的响应

Fig.10 Responses of 8-day （A） and monthly （B） scale evapotranspiration to soil water content in Qinghai Lake Basin

图11 青海湖流域8 d（A）、非生长季（B）、生长季（C）及年（D）尺度不同海拔的蒸散量和土壤含水量注：红色趋势线代表全流域；绿色趋势线代表海拔3 169~3 600 m和4 400~5 268 m区域

Fig.11 Evapotranspiration and soil water content at different altitudes at 8-day （A）， non-growing season （B）， growing season （C） and annual scale （D） in Qinghai Lake Basin

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