文摘

青藏高原(QTP)持有大量的淡水资源,是世界上最活跃的地区之一的水文循环。土壤水分(SM)中扮演着一个关键的角色在水文过程和对植物生长和生态系统稳定很重要。调查气候因素之间的关系(空气温度和降水)和SM在作物生长季节QTP各气候区,三个观测站点的数据进行了分析。结果表明,每日平均(T大街),最低气温(T最小值)水平显著影响SM深度分析(即。、10、20、30、40、50厘米深)三个站,和T最小值对SM比T的影响更强大街。然而,每日最大的空气温度(T马克斯对SM)通常几乎没有影响,尽管它已经显示一些影响SM在中间和深层特征。降水是一个重要因素,极大地影响了SM深度三个站,但中间的影响SM和深度层滞后直接影响近地表SM 5 - 7天。这些结果表明,环境的特点是更低的温度和更高的降水可促进SM保护在生长季节和QTP反过来支持生态系统稳定。

1。介绍

青藏高原(QTP)是世界上最高的高原1),平均海拔超过4000米,面积2.5×106公里2。低温支持许多冰川,一层厚厚的永久冻土。QTP是许多亚洲最大的河流的源头地区2- - - - - -4),如长江、黄、江东段河流。因此,QTP被称为“亚洲的水塔”的水文循环的重要作用[5],其丰富的水资源产生重大影响全球和区域气候系统,包括亚洲季风以及在生态系统和居民3,6]。然而,QTP是世界上最弱的地区之一在全球变暖和气候变化;其生态系统安全、养分循环、生物和社会功能都面临严峻的挑战和高风险1- - - - - -3]。例如,风扇等。7)报道,1961年至2016年,QTP一年一度的最大和最小温度显示明显增加的趋势,这可能加剧QTP影响生态系统的挑战。其他的研究表明,全球变暖可能不仅加速冰融化和地表径流增加近几十年来也增加蒸发率,增加或减少土壤水分,并导致一个大的不确定性这一问题,进一步影响敏感的生态系统QTP [2,8,9]。

土壤水分(SM)的一个重要的部分在生态系统水循环和气候系统和直接影响植被的生长和生态系统稳定10,11]。Seneviratne et al。11)指出,一个重要的影响在近地表土壤水分与空气温度有关,特别是SM-temperature的影响这两个变量之间的耦合和反馈。尽管SM-precipitation耦合研究至少几十年,人们却很少关注给SM QTP(上12,13]。杨et al。3)报道,4月和5月SM水平高是由于解冻由上升的气温和降水造成SM增加QTP 6月和9月之间。SM的变化引起的气温和降水可能导致不同的温室气体通量从高山草甸,这是一个重要的碳(C)和氮(N)池QTP [14]。增加的SM QTP也可能导致中国东部降水的增加和减少在华南地区(6]。

此外,QTP的大面积和高程的变化意味着它经历许多不同的气候区,因此自然植被的物种多样性,森林,高山草原、草原、湿地、沙漠,谷农业高原上的所有被发现(9]。此外,严重的环境和寒冷、干旱气候导致土壤冻结在10月中旬到11月,这冻结持续近六个月,直到4月或5月后,地面又开始解冻时(3]。因此,生长季节QTP太短,大约六个月在每年5月至10月。然而,SM和气候之间的关系因素(空气温度和降水)在网站规模与不同气候模式对QTP仍不清楚在生长季节,尤其是每日最低,平均和最大的空气温度,这个问题更重要的植物生长和生态系统的稳定性。

因此,探讨如何影响SM在生长季节气温和降水的变化在网站QTP不同海拔,气候条件,和植被模式,获得的数据从三个代表站在中央西藏自治区(沥青)、焦油首都附近的拉萨。这三个网站都有不同的气候模式,SM之间的关系在不同深度和空气温度和降水在一个生长季节(2015年五月-十月)进行了分析。调查SM在不同深度如何回应通过生长季节气温和降水的变化将有助于我们更好地理解SM对于生态系统的关键作用和气候QTP。

2。数据和方法

2.1。研究地点

这里使用的三个气候观测站,在那曲,Zedang,和特征,在海拔4507米,3560米,4488米,分别(图1)。那曲位于阿尔卑斯山subfrigid和半干旱气候区,年均气温的−2.1°C和范围的年降水量247 - 514毫米。主要的生态系统是高山草原和高山草甸,在西藏,这是一个重要的放牧区域(15]。Zedang属于高山温带半干旱季风气候区,年平均气温为7.5°C和范围的年降水量302 - 446毫米,是一个主要农业地区在西藏16]。秦文君属于高山subfrigid semihumid季风气候区,是最潮湿的地区QTP,与韩国亚洲季风带来大量的水分和降雨量每年夏天。年平均气温−0.4°C,和年降水量522至958毫米,年平均719毫米(17,18]。


图1
研究地点的位置。黑色固体点三个站,红色圆圈焦油首都拉萨;数字表示高度(m)在每个位置。
2.2。数据

每日空气温度(°C),每日降水(毫米),和每小时的土壤水分(%)数据从三个站2015年5月至10月期间由中国气象局提供的。每日平均气温数据组成(T大街),最大(T马克斯),最低(T最小值)温度。每小时的土壤水分(SM)数据记录在10到20厘米深处(浅层),(中间层),30 - 40厘米,50厘米(深层)。这些小时SM数据转换成日常数据与平均每日SM被用作的SM值每一天。

3所示。结果

3.1。空气温度对土壤水分的影响

T之间的关系大街T马克斯T最小值,SM在所有三个站的不同深度进行了分析。在那曲,T的平均值大街T马克斯,T最小值从5月1日到2015年10月31日是7.1°C, 14.6°C,分别和0.8°C。两个T大街(数据2(一)-2(e))和T最小值(数据2(k) -2(o))是重要的SM在不同深度有关,与强度的关系(如评估相关系数)减少从浅到深。然而,T马克斯(数据2(f) -2(j)对SM)没有显著影响。此外,T之间的相关系数最小值和SM T之间的比大街和SM深处。这些结果表明,气温升高可能没有或很少影响SM,但低温可能在那曲SM密切相关。


图2
在那曲空气温度和土壤湿度之间的相关性。

在数据2- - - - - -4,固体绿点表示的平均空气温度、固体红点表示最大的空气温度,和固体蓝点显示最低空气温度。


图3
在Zedang空气温度和土壤湿度之间的相关性。

图4
空气温度和土壤水分特征之间的相关性。

在Zedang, T的平均值大街T马克斯,T最小值在作物生长季节2015年13.9°C, 22.2°C,分别和7.8°C。作为Zedang最低海拔(3560米)的三个网站使用在这项研究中,它显示了三个站的最高气温。图3显示T之间的相关系数大街(数据3(一)-3(e)), T马克斯(数据3(f) -3(j)), T最小值(数据3(k) -3(o)),并通过土壤剖面从Zedang SM。与那曲,T大街和T最小值对SM显示显著的影响,和T之间的相关系数最小值和SM T之间的比大街和SM深处。也类似于那曲,除了10厘米深度(图3(f)), T马克斯对SM没有显著影响。这些结果表明,最高气温只有近地表影响SM水平;然而,相比之下,最低气温有强烈影响SM在Zedang深处。

秦文君的平均T大街T马克斯,T最小值值为2015年的生长季节6.5°C, 13.9°C,和1.1°C,分别,类似于在那曲记录值。图4展示了SM和T之间的相关系数大街(数据4(一)-4(e)), T马克斯(数据4(f) -4(j)), T最小值(数据4(k) -4(o))在不同深度特征。至于和Zedang那曲,T大街和T最小值在对SM特征都有显著的影响,和T之间的相关系数最小值和SM高于T大街和SM深处。然而,在Zedang相比,T马克斯显示对SM在浅水层(数据没有影响4(f),4(g)),但明显影响SM的中层和深层土壤(数字4(h) -4(j))。这些结果表明,浅SM水平只能反应降低空气温度特征,但中间SM和深层空气温度变化不敏感,虽然反应的程度与不同的气温不同。

3.2。降水对土壤水分的影响

在那曲,272.3毫米的降水下降在2015年5月至10月间。降雨主要有两期:6月10日10 7月和8月5日到9月20日,在此期间有116毫米降雨量在每一个时期。SM的波动水平的土壤剖面遵循这种模式降水(图5),SM在浅层土壤(10到20厘米的深度)沉淀密切相关(表1)。虽然降水没有直接影响中间SM和深度层,显示与降雨的滞后关系,最强的反应出现后5到7天降水下降(表2)。


图5
那曲降水在土壤剖面和SM水平从2015年5月到10月。
表1
降水之间的相关性,通过土壤剖面在那曲SM。
表2
中层和深层之间的滞后相关系数的SM和降水。

在数据5- - - - - -7空心条指示降水,黑色,红色,绿色,蓝色,紫色线表示SM深度的20、30、40、50厘米,分别。


图6
降水在土壤剖面和SM水平Zedang从5月到2015年10月。

图7
降水和SM水平在土壤剖面特征从5月到2015年10月。

降水的总量在2015年的生长季节Zedang 256 mm,这类似于在那曲的数量下降。在那曲,也有两个主要的降雨时期,即20 6月到7月20日,8月5日到5 9月,与降水71毫米和138毫米,分别(图6)。降水有显著的直接影响在SM 5深度(表3)。然而,10厘米SM的相关系数大于另深处,这表明近地表土壤受到降雨影响立即,但在那曲,SM在中间和深度层(30、40和50厘米)显示最强滞后的降水(表5 - 7天2)。

表3
降水之间的相关性,通过土壤剖面在Zedang SM。

在特征,2015年总降水在作物生长季节是582毫米,这是最记录在本研究的三个站。特征也显示两个主要时期的降雨,5月10日7月14日和8月6日,9月20日分别与大量的300和250毫米(图7)。对SM降水有重要影响(除了在50厘米),特别是对于10和20厘米深处(表4)。中间层(30厘米和40厘米)显示,降雨的滞后反应的1天,50厘米SM显示(表5天的延迟2)。

表4
降水之间的相关性和SM土壤剖面特征。

4所示。讨论和结论

对于大多数自然生态系统,空气温度的变化可能会影响蒸发和土壤温度和导致土壤呼吸增加或减少和植物光合作用,进而导致SM水平发生变化(11,19,20.]。一般来说,当SM增加,蒸发率也增加,这进一步导致潜热通量从蒸散净辐射增加。因此,显热通量降低,表面空气温度降低(9]。此外,空气温度降低随着SM增加(21,星期几等。22)发现消极的SM和夏季极端最高温度之间的关系在欧洲。然而,Zhang et al。5]表明,气温时空变化的重要驱动力在SM控制融雪QTP,进而增加径流和SM的水平。在目前的研究中,两个T大街和T最小值显示显著的积极的人际关系与SM在所有深度三个站,和T之间的相关系数最小值和SM高于T之间大街和SM。这表明温度,尤其是低温,能够更好地促进SM在不同气候区和生态系统的保护QTP。然而,T之间没有明显的关系马克斯和SM在本研究被发现;只有Zedang, 30到50厘米的表层层特征弱正相关,这可能是由于不同土壤属性之间的三个网站。我们都知道,对于大多数生态系统、蒸发或呼吸与空气温度有显著的正相关,这意味着更高的空气温度有利于蒸发或呼吸,和消极与土壤水分之间的关系。然而,由于T马克斯是有限的寒冷气候和高海拔QTP,在这项研究中,均值T马克斯三个站点的生育期为14.6°C, 22.2°C,和13.9°C,分别不太热。因此,我们推断,蒸发或呼吸预期下T明显增加马克斯没有明显高。此外,T马克斯每天时间也是有限的,只有很短的一段在日常QTP,所以蒸发或呼吸保持较低水平,这意味着SM研究地点是相对较高的。此外,在这项研究中,均值T最小值三个站点的生育期为0.8°C, 7.8°C,分别和1.1°C。这意味着T最小值通常低于冰点,土壤水分在土壤冻结,因此植物和微生物的呼吸作用是有限的,他们很难有效地利用土壤水分,水分利用效率,促进)是减少,这有助于保持SM在QTP[高水平3,15]。此外,T最小值不仅可以显著影响表层而且对中层和深层的SM;然而,T马克斯只有一个弱影响表面层次的SM。也许,这就是为什么T最小值有更强的影响比T SM吗马克斯QTP。

降水产生的一个重要控制SM (23),与SM水平与高降水QTP [5]。直接降水渗入到土壤,所以增加SM的水平。此外,降水可能导致减少空气和土壤温度,减缓了蒸发和呼吸这将减少土壤水分的消耗24]。但是在这项研究中,我们没有发现一个交互式的降水和气温的影响(包括T最小值T大街,T马克斯在SM(表)5),这表明降水和气温可以独立对SM的影响在这项研究中,并与其他研究(这是一个不同的点11,23]。三站在这个研究中,降水呈显著正相关与SM浅层土壤层次三个观测站点,这表明降水之间的紧密关系和SM不会受到不同条件描述QTP气候区域。然而,中产和深的层,上有一个时滞的影响降水SM,最强信号发生降雨(表后5 - 7天2)。SM的滞后反应只在中层和深层降水只是,这表明降水过程很短,降水强度很弱,可能只影响SM在地面层,它没有对中层和深层的SM滞后的影响。相反,如果降水可以保持一个长期的过程,降水强度更强,它不仅可以直接影响表面层但也有时滞对中层和深层的影响。因此,土壤含水量的滞后降水在不同降雨条件下是不同的。

表5
之间的相关性三个站的降水和气温。

总之,我们调查了SM和空气温度和SM和降水之间的关系,在一个生长季节在青藏高原三个不同的气候区域。我们发现T的影响马克斯在SM不显著和那曲Zedang(只有微弱影响表层),它只影响SM在中间和深层土壤特征。然而,T大街和T最小值有明确的影响在SM三站,与T最小值对SM产生较强的影响比T大街。降水SM在研究网站上有明确的影响,尤其是在近地表层,直接这两个变量之间存在显著正相关。有一个时滞降水和SM在中间和深度之间的关系层,响应达到最高级别5到7天后在所有三个站。虽然我们有一些有趣的和新成果,仍有很多不确定的因素在这个研究中,例如,我们只选择了三个学习网站和一个生长季节QTP和没有考虑植被的影响,土壤温度,和全球变暖。因此,所有这些都是在我们未来的工作需要小心处理。

数据可用性

气象观测数据和土壤水分数据来自http://data.cma.cn/data/cdcindex/cid/6d1b5efbdcbf9a58.html。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

Qingyan谢和赵Yufei收集数据。李Qingyan谢,Yufei赵,建平分析数据,导致写作和回顾了文章。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金项目(国家自然科学基金委)(41790474),国家自然科学基金(国家自然科学基金委)(开发青藏高原数据共享平台的多源Land-Atmosphere系统信息)(91637313),山东省自然科学基金项目(ZR2019ZD12)和基础研究基金为中央大学(201962009)。