【摘 要】
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作为地球表面过程中陆地-海洋-大气质量迁移、交换及循环的主要载体,陆地水储量（Terrestrial Water Storage,TWS）对气候变化与人类活动都起到至关重要的作用。水资源的开发利用日益增加,研究水资源的时空变化情况及影响因素对水资源管理及可持续利用具有十分重要的意义。黄土高原地处半干旱气候带,是我国的典型生态脆弱区。1999年以来,黄土高原地区实施了大规模的退耕还林（草）工程,其水
【基金项目】
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国家重大科技基础设施项目《精密重力测量国家重大科技基础设施》；
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作为地球表面过程中陆地-海洋-大气质量迁移、交换及循环的主要载体,陆地水储量（Terrestrial Water Storage,TWS）对气候变化与人类活动都起到至关重要的作用。水资源的开发利用日益增加,研究水资源的时空变化情况及影响因素对水资源管理及可持续利用具有十分重要的意义。黄土高原地处半干旱气候带,是我国的典型生态脆弱区。1999年以来,黄土高原地区实施了大规模的退耕还林（草）工程,其水土流失得到了明显的改善。但大规模的植被增长影响了该地区的水循环过程,黄土高原的水储量变化成为了研究热点。现有研究大多基于点尺度分析退耕还林（草）实施以来的TWS变化,缺乏对于区域尺度TWS变化及影响因素的研究,为深入了解黄土高原区域TWS时空变化,本研究基于卫星重力（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）和多源数据提取黄土高原TWS和水文分量。研究内容包括以下三个方面:（1）基于6种GRACE数据产品估算黄土高原地区TWS时空变化;（2）结合水文模型（Global Land Data Assimilation System,GLDAS）、植被数据（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）、煤炭开采数据、地下水位监测数据等,分析区域尺度土壤湿度、地下水和其他水文分量的时空变化情况;（3）分析影响TWS变化的气候和人文因素,给出较为详细的黄土高原水资源变化影响因素解释。主要研究结果如下:（1）黄土高原TWS在2002～2017年总体呈下降趋势,平均下降速率为-8.6 mm/yr。空间分布差异显著,TWS从东南到西北下降趋势逐渐减小;其中,西部TWS变化率为-6.0 mm/yr,东部为-11.5 mm/yr;（2）水文模型GLDAS/NOAH输出的浅层水文分量在2002～2009年以-6.6 mm/yr的趋势减少,而在2010～2017年以1.5 mm/yr的趋势缓慢增加,年蒸散发以4 mm/yr的速率增加;（3）黄土高原实测地下水储量在2002～2011年变化速率为-2.8 mm/yr,而在2012～2017年为0.67 mm/yr,其中,东部在2002～2011年为-11.5 mm/yr,在2012～2017年为2.4 mm/yr,变化趋势具有两段性,西部省份地下水无明显变化趋势。因煤炭开采造成黄土高原平均质量变化趋势为-2.47 mm/yr,占TWS大约为29%,水土流失的质量变化趋势为-0.26 mm/yr,占TWS大约为3%,植被增长造成的质量增加约0.024 mm/yr,占TWS不足1%;煤炭开采对GRACE反演的TWS的影响不可忽略;（4）对于东部的内蒙古、青海、甘肃和宁夏地区,深层土壤水损耗是该地区TWS下降的主要原因;对于西部的山西和陕西地区,灌溉用水、煤炭开采和工业耗水等人为因素导致的地下水流失是是TWS下降的主要原因。本研究基于GRACE和多源数据提取黄土高原TWS总量和各水文分量的变化,分析TWS和各水文分量在时间和空间尺度上的变化规律,并且分析了影响陆地水变化的一系列因素,考虑了人类活动背景的主要贡献,给出了较为详细的黄土高原水储量变化影响因素解释,研究结果可以为水资源管理及可持续利用提供科学参考。
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