Characterizing the Climate-Driven Collapses and Expansions of Wetland Habitats with a Fully Integrated Surface–Subsurface Hydrologic Model
Characterizing the Climate-Driven Collapses and Expansions of Wetland Habitats with a Fully Integrated Surface–Subsurface Hydrologic Model
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利用完全集成的地表-地下水文模型来表征气候驱动的湿地栖息地的崩溃和扩张
DOI：
10.1007/s13157-016-0817-9
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发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
2
通讯作者：
McIntyre, Nancy E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu, Ganming;Schwartz, Franklin W.;Wright, Christopher K.;McIntyre, Nancy E.
气候强迫和湿地栖息地之间的联系可以使用图理论方法概念化，该方法将湿地视为绘制栖息地连通性的节点，并定义用于生态分析的栖息地网络。然而，创建网络模型的第一步也是最关键的一步是表征节点的动态行为，即具有池塘水或水体的湿地的发生。本研究首次应用了一个三维的、完全集成的地表和地下流动模型——水文地球圈（HGS），模拟了草原坑穴区（PPR）湿地的水文动力学，并将由此产生的栖息地网络作为气候变率的函数进行了表征。结果表明，HGS能够模拟表层和亚表层的水运动，并捕捉湿地对干湿气候条件的“填充-溢出”和聚结/分解行为。我们对PPR一个小的代表性子区域的模拟表明，当气候变得更干燥时，PPR中的湿地网络很容易缩小、退化甚至崩溃。该研究显示了应用复杂的水文模型解决关键生态问题的潜力，以及对PPR水资源管理、保护规划和决策的实际意义。
Links between climatic forcing and wetland habitats can be conceptualized using a graph-theoretical approach, which treats wetlands as nodes to map habitat connectivity and to define habitat networks for ecological analysis. The first and most crucial step in creating a network model, however, is to characterize the dynamic behaviors of the nodes, i.e., the occurrence of wetlands with ponded water, or water bodies. For the first time, this study applies a 3-D, fully integrated surface and subsurface flow model, HydroGeoSphere (HGS), to simulate the hydrologic dynamics of wetlands in the Prairie Pothole Region (PPR) and to characterize the resulting habitat networks as a function of climate variability. Results show HGS is able to simulate water movement in both surface and subsurface domains and capture “fill-spill” and coalescence/disaggregation behaviors of wetlands as they respond to wet and dry climatic conditions. Our simulations for a small representative subarea of the PPR show wetland networks in the PPR could easily shrink, degrade, or even collapse when the climate becomes drier. This study demonstrates the potential in applying sophisticated hydrologic models to solve critical ecological problems and the practical implications for water-resources management, conservation planning and decision-making in the PPR.
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