Modeling the effects of vegetation‐erosion coupling on landscape evolution

Abstract

From rainfall interception at the canopy to added soil cohesion within the roots, plants play a significant role in directing local geomorphic dynamics, and vice versa. The consequences at the regional scale, however, are less well known despite being the subject of conjecture spanning three centuries. In light of this, the numerical model CHILD is equipped with coupled vegetation-erosion dynamics, allowing for sensitivity analysis on the various aspects of vegetation behavior. The processes considered are plant growth, plant death, and the additional resistance imparted by plants against erosion. With each process is associated a single parameter, whose effects on the spatio-temporal nature of a fluvially-dominated 1.8 by 1.8 km landscape is studied.While each parameter possessed its own geomorphic signature, some common effects were shared by all, and thus were essentially a result of the vegetation itself. Through their inhibition of erosion, plants steepened the topography and made erosive events more extreme, yet became established more widely throughout the area. As a result, erosion rates varied spatially, leading to periodic stream capture and oscillating mean elevation, erosion rates, and vegetation density, and a meta-stable biophysiography. Despite having stationary, yet stochastic, climatic forcing, and steady uplift, this oscillatory behavior arises out of the meta-stability of the vegetation-erosion coupling itself. This has implications for the nature of cut-fill cycles, and the stability and diversity of vegetation-mantled landscapes. Thanks also to the other group members Frederic Chagnon, Jean Fitzmaurice, Valeri Ivanov, Scott Rybarczyk and Enrique Vivoni-Gallart. Cross-campus, and crosscontinent, helpful discussions and suggestions were provided by

Eco-geomorphology of banded vegetation patterns in arid and semi-arid regions

“…Recent research has incorporated the effect of dynamic vegetation on erosion and landform evolution for humid areas in which soil moisture does not limit vegetation growth (Collins et al, 2004;Istanbulluoglu and Bras, 2005). The results provide important insight into the effects of vegetation dynamics on geomorphic processes for humid areas.…”

“…Moreover, studies in banded vegetation areas experiencing erosion and degradation have reported the disappearance of the banded system as soon as rills and channel incision begins (Tongway and Ludwig, 2001). In this paper we focus our analysis on banded systems driven by surface runoff (see d 'Herbes et al, 2001, and references therein for a description of wind-driven banded systems). The coupled model described in this paper has been also used for a similar analysis on systems with stippled and spotted patterns and these results will be reported in a follow up paper (Saco andWillgoose, 2006, 2007 1 ).…”

Synthèse des développements récents en analyse régionale des extrêmes hydrologiques

“…Dans le cas des étiages, certaines caractéristiques telles que le volume et la durée pourraient aussi être modélisées avec une autre variables caractérisant la qualité de l'habitat aquatique telle que la température maximale de l'eau; Développement accru des modèles régionaux basés sur les dépassements ; Utilisation accrue des approches floues et autres méthodes statistiques pour la modélisation de l'incertitude d'estimation régionale; Modélisation explicite de la corrélation spatiale entre les données des différents sites d'une région; Développement d'approches objectives de quantification de l'homogénéité qui soient basées sur les données disponibles; Développement des approches régionales non stationnaires qui intègrent directement l'information sur la non-stationnarité régionale dans toutes les étapes du processus d'estimation; Utilisation accrue des approches Bayésiennes (empiriques ou paramétriques) de combinaison de l'information locale et régionale; Développement de l'approche QdF régionale (stationnaire et non stationnaire) pour les processus d'étiages; Utilisation des approches non paramétriques (réseaux de neurones artificiels, ANFIS, ACC-ANN, ensemble-ANN, etc.) pour la modélisation régionale des étiages; Exploitation de la puissance de calcul en constante augmentation pour intégrer des approches exigeantes en temps de calcul, telles que les approches MCMC (Monte Carlo par Chaines de Markov); Considération de la parcimonie dans la modélisation régionale afin d'éviter d'avoir des modèles régionaux avec un nombre de paramètres disproportionné par rapport à la quantité de données disponibles; Extension de l'approche locale adoptant tous les dépassements (RIBATET et al, 2008) (COLLINS et al, 2004;EBEL et LOAGUE, 2006;McDONNELL et wOODS, 2004;McGUIRE et al, 2005).…”

Linking vegetation and mass movements on the high bluff at Paks-Dunakömlőd

“…Упродовж пізнього плейстоцену й голоцену, внаслідок латеральної бічної ерозії Дунаю утворилася берегова стінка приблизно 20-60 м висотою, що складається, в основному, серією лесових палеогрунтів [1,14]. На те-риторії Карпатського басейну добре відомі сформовані річками високі надзаплавні береги, складені пухкими відкладами [18,20,23].На основі проведених раніше спостережень за су-часними геологічними процесами можна стверджувати, що крім літологічних, тектонічних, геоморфологічних і гідрологічних факторів на поверхневі рухи також значно впливає покриття території рослинністю [4,17,[21][22]. Наприклад, рослинність мозаїчного типу, спрямовуючи стік води, визначає місце лінійної ерозії, а з цим і роз-членування крутої стінки берега.…”

“…На основі проведених раніше спостережень за су-часними геологічними процесами можна стверджувати, що крім літологічних, тектонічних, геоморфологічних і гідрологічних факторів на поверхневі рухи також значно впливає покриття території рослинністю [4,17,[21][22]. Наприклад, рослинність мозаїчного типу, спрямовуючи стік води, визначає місце лінійної ерозії, а з цим і роз-членування крутої стінки берега.…”