《Ecohydrology》：Hydrological Response to Compounding Impacts of Climate Change and Forest Management in the Upper Kings River Basin, CA, USA
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本文通过SWAT+模型模拟评估美国内华达山脉金斯河流域在升温情景下（+1.5°C和+3.0°C）森林恢复措施（叶面积指数降低40%）对水文过程的调控作用。研究发现升温导致积雪减少、蒸散发（ET）格局改变及径流（Q）中心质量提前，而森林管理可部分缓解升温对径流的负面影响（最大缓解48%和36%），其效益持续时间受水-能量梯度与植被恢复动态调控。研究为地中海气候区森林生态系统适应性管理提供了重要科学依据。
1 引言
美国西部内华达山脉地区因长期火灾抑制和大树采伐导致森林结构与组成改变，增加了生态系统对干旱、水分胁迫、树木死亡率和严重野火的脆弱性。预计气候变化将使该区域面临更暖更干的状况，而通过降低森林密度和燃料积累的森林恢复措施，有望提升森林对干旱和气候变化的抵抗力，并增加水资源可利用性。本研究利用SWAT+模型量化金斯河流域森林管理措施在不同升温情景下对蒸散发和径流的单独及复合效应，重点评估森林处理能否抵消升温驱动的水文响应。
2 方法
2.1 研究区概况
研究区为上金斯河流域（面积3998 km2），属山地地中海气候，年均降水量923 mm（1981–2019），降水集中于11月至次年4月，高海拔区降雪占比75%–95%。主要土地覆盖为常绿森林（50.2%），中海拔（1000–3000 m）为密集常绿林带。
2.2 水文模型SWAT+
采用SWAT+模型构建半分布式水文模型，基于1/3角秒DEM划分水文响应单元（HRUs）和景观单元（LSUs），集成地形湿度指数（STWI）和光照时长等特征山坡参数。模型使用gridMET气象数据（1985–2019），通过多目标校准算法同步优化径流（Q）、雪水当量（SWE）和蒸散发（ET）的模拟性能。
2.3 气候情景
设置三种升温情景（+0.0°C、+1.5°C、+3.0°C），分析其对SWE、ET和Q的中心质量时序变化。升温预期通过改变积雪消融时序和生长季长度，影响能量限制区与水限制区的水文过程。
2.4 森林管理情景
模拟森林处理（叶面积指数LAI降低40%，对应生物量减少64%），适用于坡度≤50%的常绿林和灌木林区域（总面积2144 km2）。分别在2000年6月1日（干旱年）和2010年6月1日（湿润年）实施处理，评估不同水热条件下处理效果。
3 结果
3.1 升温效应
3.1.1 对SWE的影响
低海拔特征山坡（7、8号）峰值SWE在+1.5°C和+3.0°C升温下分别减少45%–62%和57%–72%，高海拔区（1–3号）减少幅度较小（2%–12%和10%–26%）。SWE中心质量在+1.5°C和+3.0°C下分别提前约1周和2周。
3.1.2 对ET的影响
能量限制区年ET在+1.5°C（+3.0°C）升温下增加9%–19%（14%–30%），水限制区则下降0.8%（3.3%）。ET中心质量在能量限制区显著提前，水限制区变化微弱。
3.1.3 对径流的影响
升温导致冬春季径流增加，夏秋季减少，年径流中心质量在+1.5°C和+3.0°C下分别提前约2周和4周。流域平均年径流减少5%（+1.5°C）和8%（+3.0°C）。
3.2 森林管理在不同升温情景下的作用
3.2.1 对ET的影响
森林处理首年，能量限制区ET减少量随升温而增加，水限制区ET减少量在干旱年处理下保持稳定，湿润年处理下则因植被快速恢复而降低。
3.2.2 对径流的影响
无升温时，森林处理首年径流增益为7.95–8.34 mm；在+1.5°C和+3.0°C升温下，增益分别升至9.57–8.40 mm和13.23–12.59 mm。森林处理可缓解升温对径流的负面影响，首年缓解幅度最大达48%（+1.5°C）和36%（+3.0°C）。能量限制区贡献随升温略增，水限制区贡献受水分可利用性强烈调控。
4 讨论
升温通过减少积雪和延长生长季加剧能量限制区ET，而水限制区ET受水分胁迫抑制。森林处理释放的水分依据水-能量梯度分配至径流增益或剩余树木蒸腾。能量限制区处理效益以径流增加为主，且受升温放大；水限制区效益主要体现在缓解植被水分胁迫。处理效果持久性受植被恢复速率影响，能量限制区恢复需8–15年，水限制区恢复受干湿年交替调控。流域尺度森林恢复可部分抵消升温的径流减少效应，但需定期维护以维持效益。
5 结论
森林恢复措施在升温情景下可通过调节ET和径流分配缓解气候变化的水文影响，其效果取决于地形水-能量格局与处理后的植被动态。研究强调了适应性森林管理在地中海气候区水资源可持续性中的关键作用。
