季节性冻土区占据中国超过一半的国土面积，冻融作用会显著改变土壤性质与包气带水、热传输过程，并且由于温度与气态水对土壤水分运移影响显著，开展水汽热耦合研究对于探究季节性冻土区土壤水循环过程十分关键。该研究综述了包气带水汽热耦合运移理论的提出与发展历程，阐明了季节性冻融作用对水汽热耦合运移研究中水力参数及水分相态转化过程的影响，探讨了水汽热耦合模型适用性，总结了温度梯度驱动下气态水运移规律及其重要性，并对该领域尚需加强研究的方向提出建议：1）聚焦“土壤-植被-大气”系统水循环过程，构建适用于季节性冻土区的包气带水汽热-植被耦合模型，探究土壤水资源生态效应，为植被恢复与生态系统稳定提供理论指导；2）在寒旱区工程建设中考虑气态水的影响，明确覆盖层下水汽运移机理，对建设过程中由水汽运移引起的工程病害提出具体防治措施。通过本研究梳理归纳以期为深化包气带水汽热耦合运移理论以及解决季节性冻土区相关实际问题提供科学依据与参考。
全球变化显著改变了降水与气温的时空分布特征，加之我国特殊的自然地理条件，使得近年来干旱事件呈广发和频发的态势，严重影响农业生产与粮食安全，造成巨大农业经济损失。本项目拟构建渭河流域分布式水文模型，模拟流域尺度农作物产量，分析农业干旱时空演变规律，剖析农业旱灾致灾机理，从而对渭河流域农业旱灾损失进行综合评估。首先，借助分布式水文模型模拟渭河流域水循环过程，并完善其相对薄弱的作物生长模块以模拟流域尺度农作物产量；其次，提出基于蓝水绿水概念的农业干旱评价指标，并优选已有干旱指标分析流域农业干旱时空演变规律；最后，深入剖析渭河流域农业旱灾致灾机理，定量分析作物产量对水分亏缺的响应关系，建立作物水分生产函数，识别农业旱灾致灾因子，探讨干旱对农作物产量的影响，从而对渭河流域农业旱灾损失进行综合评估，为减轻干旱对渭河流域农业的影响提供理论依据与技术支撑。
2014-01在气候变化的背景下，我国水资源时空分布发生了变化，国家近期对水资源变化及其适应问题研究需求十分迫切。水循环是水资源问题的理论基础，湿润-干旱过渡带水循环的时空变化对气候变化非常敏感，本项目拟开展湿润-干旱过渡带水循环过程对气候变化的响应研究，为区域水资源管理对气候变化的适应提供科学依据。主要内容：1）识别我国湿润-干旱过渡带及其摆动范围，分析过渡带水循环的时空变化特征、水热平衡的格局及变化规律；2） 从水圈和气圈相互作用出发，研发耦合水热平衡变化的分布式水文模型，模拟中国湿润-干旱过渡带主要水循环过程；3）在过渡带选取代表不同气候特征的典型流域（西辽河、黄河中游、拉萨河），结合水文模型和室内外试验，揭示主要水循环要素对气候变化的响应机理；4）在气候变化对过渡带水循环影响分析的基础上，综合人类活动对水循环过程的影响，预估过渡带未来“蓝水”与“绿水”的转化趋势。
2014-01【中文摘要】不确定性是土壤氮素行为及其面源污染过程的重要基本特征。根据课题申请书的研究计划，针对氮素在水田土壤迁移转化过程中具有高度时空变异性，本课题主要进行了免耕稻田土壤养分变异特征的分析。结果表明，免耕条件下土壤氮、磷养分含量的时空变异具有很强烈的随机和轨迹变化的组合特征，其变化方向（增或减）与土壤的粘粒含量有密切关系；由于水田土壤有机质含量普遍较高，因而有机质含量变化对供试土壤的氮素养分的变化不明显。从氮素流失和输出田间的情况分析，稻田土壤氮素的迁移转化过程，受人为的土地利用方式和农田管理措施、自然的流域水文循环等影响更大。因此，我们扩展了研究内容，对集水区域（小流域）尺度的氮素迁移转化特征进行了模拟和不确定性分析。在两个实验区用研究都表明，对土壤氮素迁移影响最大的是水循环；TN、TP的输出量和入河量均随流量的增加而增加（P<0.01）。Monte Carlo分析结果表明，河流段末流量参数的皮尔曼等级相关系数（SRCC）是模型其它输入参数的SRCC值的两倍以上。在SWAT模型中，区域水质最敏感的参数是SCS径流曲线数（CN2）。其次是段末浓度和背景浓度的影响，而流速和综合降解系数的影响很小。
2009-01【中文摘要】源于天山的河流占全疆水资源的70％以上，对全球升温和冰冻圈变化响应敏感. 通过野外考察、定点观测、资料整理并结合建立模型，研究了天山寒区的气候和水循环变化趋势，阐明了中亚天山寒区水资源与水循环对气候变化的响应机理，全面完成了原定的研究计划，达到了预期目标，并取得以下进展：1）获得了1:5000乌鲁木齐河源1号冰川地形图，1962-2008年冰川面积减小了15.6%。冰川物质平衡1985年以后有加速亏损趋势；2）气候变化使天山空中水汽水平方向净输入量减少，但垂直方向水汽循环显著加速，导致山区降水增加，天山湿岛向山麓两侧扩展，山区产流也发生相应变化；3）积雪补给的河流，水文过程对气候变化变暖的响应为最大径流月提前，夏季径流减少明显；以冰川融水补给的河流，水文过程的径流响应为夏季径流量明显增大，汛期洪水增多，年流量增加，天山地区的冰川湖突发洪水可能变得更加危险。无冰川补给河流的径流已出现减少趋势，对下游的供水安全产生明显影响，加剧了旱情发生。由于不同补给河流的水文过程变化，其相应对下游的水资源供给和洪水安全管理产生了重大影响，需要适应水文过程的调整，减缓气候变化对水资源安全的影响。
2008-01【中文摘要】研究全球气候变化下长江黄河源区特殊高寒生态系统的响应方式、途径与机制，选择典型流域利用对比试验的方法研究高寒生态系统变化的河源区水文过程效应，研究全球气候变化和人类活动共同影响下河源区生态过程与水文过程的耦合机制。研究结果表明：过去45年来，江河源区气温升高幅度高于青藏高原平均水平，降水量变化没有明显的增减趋势。在这种气候变化背景下，源区高寒草地生态系统呈现持续退化趋势，黄河源区高覆盖草甸面积减少了23.2%；以长江源区的沼泽湿地退化最为严重，退缩幅度达到29％。高寒草甸和沼泽草甸生态系统空间分布面积变化与气温变化呈现显著的相关性，高寒草地植被覆盖度和地上生产力与冻土上限变化之间具有密切的关系，认为气候持续变暖及其驱动的冻土退化并叠加人类不合理的放牧活动，是导致青藏高原河源区高寒生态系统变化的主要驱动因素。模型模拟结果表明，未来10年气温增加0.44℃，降水量不变，高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减6.3％和6.7％。高寒生态系统退化改变了源区活动层土壤的水热耦合关系和水循环过程，是导致流域降水－径流关系和径流FDC分布发生较大改变的主要原因。
2006-01