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随着大规模退耕还林/还草生态工程的实施，中国区域土地利用/覆盖发生了显著的变化，成为区域天气气候变化的重要驱动力之一，其引起的气候水文效应目前还不甚清楚。基于此，本文首先利用MODIS (MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)和中国统计年鉴数据，对中国区域土地利用/覆盖变化(Land Use/Cover Changes，LUCC)的特征进行分析;其次，对比分析不同气候区植被覆盖变化特征及其与气候变化的关系;再次，基于陆面模式CLM (Community Land Model)模拟退耕还林以来2001-2010年中国区域植被变化对能量平衡和水分循环的影响，认识退耕还林对气候水文的影响机理。最后，基于土地利用/覆盖变化-陆面能量水分相互作用机制，利用数值试验研究黄土高原土壤湿度变干的原因，为退耕还林工程的进一步实施提供科学依据。本论文取得的主要进展如下: (1) MODIS和中国统计年鉴典型土地覆盖类型（森林、城市和农田）的变化特征具有较好一致性，均表明中国大部分区域森林覆盖率呈增加趋势。2004-2011年，年鉴和MODIS森林覆盖率的空间相关系数高达0.9以上，两种数据在中国各省（市、区）的变化一致性较好，均显示全国大部分省份（市、区）的森林覆盖率增加。年鉴中中国东部城市建成区覆盖率及其增长远高于西部地区，黄淮海地区、东南沿海地区城镇用地呈现加速扩张趋势，但MODIS数据没有表征出中国区域近十年来经历的快速城市化过程，这应该是MODIS数据的不足之处。MODIS农田面积和年鉴农作物播种面积、有效灌溉面积覆盖率的数值和空间分布均有较好的一致性，它们的共同特征是黄淮海地区覆盖率最大。 (2)干湿气候分界线与植被变化的强度存在密切的联系，不同气候区的植被覆盖变化与气候要素的相关性存在显著差异。过去对气候区的划分存在多种标准，这里通过与植被变化的对比研究发现，200 mm、500 mm和800 mm年降水量线上植被的变率最大，它们是干旱区与半干旱区、半干旱区与半湿润区、半湿润区与湿润区的理想分界线，这是气候区域划分的一种新思路。除湿润区外，年平均NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)和温度在其他气候区都呈显著正相关，而年平均NDVI与降水的相关在各区域差异显著。半干旱区、半湿润区月NDVI随温度增加呈指数增长，湿润区月NDVI随温度增加呈线性增长;四个气候区月NDVI均随降水量增加而线性增加，其中半干旱区NDVI对降水量变化最敏感。 (3)中国区域土地利用/覆盖变化对陆面能量平衡和水分循环过程具有显著的影响。相对于2001年，2010年中国整体植被覆盖增加，尤以过渡带最明显;植被变化后，感热通量增加，总潜热通量变化不大，叶面蒸发和蒸腾均增加，土壤表面蒸发减小，入渗增加，径流减小;中国西北东部、华北和东北地区土壤湿度减小，其他区域土壤湿度增加，仅干旱半干旱区过渡带的土壤湿度变化显著，且随深度增加变干越明显。2001-2010年连续LUCC使中国区域平均LAI增加，感热通量增加，潜热通量和蒸散在北方增加，南方减少，径流和土壤湿度北方减小，南方增加。在荒漠-草地过渡带，2001-2010年连续LUCC使LAI呈增加趋势，地表反照率呈减小趋势，感热通量和潜热通量没有明显变化趋势;冠层蒸发和冠层蒸腾与LAI密切相关，呈增加趋势，而土壤蒸发、总蒸散、径流和中浅层土壤湿度均和降水的波动一致，没有明显变化趋势;LUCC使土壤湿度尤其深层土壤湿度减小，连续LUCC的深层土壤湿度随时间变化呈减小趋势。黄土高原的变化与上述过渡带的情况大体相似，只是各层土壤湿度尤其深层土壤湿度的变化有差异。 (4)大规模的植被覆盖增加会导致土壤干化。黄土高原大规模推进退耕还林，适于土地利用/覆盖变化-能量水分相互作用机制在生态环境建设中的应用研究。降水减少和LUCC均影响着土壤湿度的变化，为了分离气候变化背景下退耕还林对土壤湿度的影响，进行了森林持续增加的理想试验。结果表明森林增加使各层土壤湿度不同程度减小，且随深度增加干化加剧，最浅层和最深层分别减小0.02、0.06 m3 m-3，变化量占各自均值的8％和20％。模拟与观测的土壤湿度的变化接近，表明气候变化的影响较小，植被覆盖增加是土壤变干的主要原因。 上述研究表明近年来中国区域土地利用/覆盖发生了显著的变化，并引起陆面能量平衡和水循环过程的明显改变，增加了陆面储水的蒸散损失，导致深层土壤干化加剧。土地利用/覆盖变化-陆面能量水分平衡-气候水文效应的作用机制为开展生态环境保护和建设提供了基础性的科学依据。