蒸散发测定方法研究进展

蒸散发过程是水文循环的重要环节, 也是全球能量交换的重要组成部分, 决定了土壤－植被－大气系统中水、热传输过程, 对其进行定量估算是评价陆地生态系统生产力、水源涵养能力、区域耗水及土壤水分运移的基础, 是全球气候变化研究的重要内容。本文根据蒸散发测定思路和方法的不同, 将蒸散发测定按照实测法和模型法两类方法进行总结, 系统回顾了实测法和模型法的不同算法, 评述不同方法的原理和优劣, 并总结和分析了目前蒸散发测定工作中应重点研究的内容, 指出未来蒸散发估算的发展方向, 以期为相关研究的开展提供参考。     

区域尺度蒸散发遥感估算——反演与数据同化研究进展

遥感技术近年来在估算区域尺度蒸散发中应用广泛。不同方法在驱动数据、模型机理和适用范围往往存在很大差别。鉴于此,阐述了基于传统方法空间尺度扩展的遥感模型,经验统计公式,特征空间法,单源、双源垂向能量平衡余项法等几类的遥感蒸散发反演方法,简要介绍了三温模型、非参数化模型、半经验模型、集成模型等常用模型。同时,分析了遥感数据同化实现连续估算区域蒸散发的主要思路,综述了基于能量平衡和基于复杂过程模型的数据同化的原理、方法演进及常用同化算法等。最后,探讨了各类区域蒸散发遥感方法的优劣、展望了模型机理完善、不确定性研究、结果验证等与蒸散发直接反演和数据同化相关的研究方向。     

基于水文模型的蒸散发数据同化研究进展

本文系统综述了基于水文模型的蒸散发数据同化研究,阐述了蒸散发作为非状态变量构建数据同化演算关系的难点和瓶颈,并系统分析了利用当前各种通用水文模型进行蒸散发同化的可行性.基于此,尝试提出了一种易于操作且具有水循环物理机制的蒸散发同化新方案,该方案利用具有蒸散发—土壤湿度非线性时间响应关系的分布式时变增益模型(DTVGM),并进一步完善DTVGM蒸散发机理,构建基于DTVGM水文模型的蒸散发数据同化系统.该新方案将为区域蒸散发精确模拟提供新的思路和借鉴.     

分布式水文模型结合遥感研究地表蒸散发

地表蒸散发是研究土壤-植被-大气系统水热平衡的关键因子。用改进的DHSVM分布式水文模型对汉江上游子午河流域蒸散发进行模拟。根据流域特点,主要进行TM遥感数据的大气校正和几何校正,在此基础上得到叶面积指数和土地覆盖等地表参数;再利用GIS技术基于DEM求出坡度、坡向和地形指数等因子。分析了蒸散发时空分布特征,表明日尺度蒸散发空间分布差异较大。初步验证了结果,表明模型在中国典型湿润区小流域取得较好效果。     

宁夏引黄灌区蒸散发量的计算模拟

为了解宁夏引用耗排黄河水量的问题,针对水域、裸地-植被域和不透水域等不同土地利用类型,采用了Penman公式、Noilhan-Planton模型和Penman-Monteith公式等对相应土地利用类型的蒸散发量进行计算模拟,从而确定了区域蒸散发量的计算模拟方法。依据计算模拟结果和试验观测数据对区域蒸散发量的计算模拟方法进行了验证。基于以上研究,以宁夏引黄灌区为例,对宁夏引黄灌区2000年的蒸散发量和1991-2000年间蒸散发量的变化趋势进行了计算模拟,并就降雨量对区域蒸散发量的影响关系进行了分析。模拟结果表明,2000年宁夏引黄灌区(不计黄河干流河道本身的蒸发)的总蒸散发量为4.59×109m3,计入黄河干流河道本身的蒸发则总蒸散发量为4.97×109m3;1991-2000年10年间区域总蒸散发量和区域农田蒸散发量呈增加趋势,天然林草灌木地和荒地蒸散发量呈下降趋势;区域总蒸散发量、农田蒸散发量、林草灌木地蒸散发量等与降雨量有着较好的相关关系,并随着降雨量的增加呈递增趋势。     

基于地下水位与土壤含水量的地下水蒸散发估算北大核心CSCD

地下水蒸散发(Groundwater evapotranspiration,ET_(g))是地下水浅埋环境中垂向水文循环的重要组分,是干旱区地下水主要的自然排泄方式(>70%)。准确估算ET_(g)对科学管理干旱区农业与水资源、合理保护和修复地下水依赖型植被意义重大。本文基于地下水位和土壤水分波动方法估算了甘肃临泽县锁龙潭湿地附近的沙枣(Elaeagnus angustifolia)林2017—2018年生长季(4月15日至10月15日)的ET_(g)。结果表明:(1)2017、2018年生长季ET_(g)分别为275、511 mm,在实际蒸散发(ETa)中分别占73%、87%;其中7—8月约占整个生长季ET_(g)的48.2%、48.4%,大致与地下水位变化及植被生长过程同期。(2)ET_(g)及其占总蒸散发的比例与潜在蒸散发、土壤储水量、地下水位正相关(P<0.05),这3个要素对ET_(g)的方差解释率均较高(2017年48%、21%、31%,2018年24%、24%、52%)。(3)数据驱动方法在荒漠绿洲过渡带地下水浅埋环境ET_(g)量化评估中虽然可行,但时间分辨率较低,融合机制模型的数据驱动方法是未来提高ET_(g)估算精度的重要思路。     

基于SWH模型的青藏高原高寒草甸蒸散发及其组分变化分析

基于Shuttleworth-Wallace Hu（SWH）双源蒸散模型对青藏高原那曲、纳木错、藏东南站蒸散发进行估算,在结果验证良好基础上,对青藏高原蒸散发变化特征及各站主要影响因素进行了分析。结果表明：SWH模型在青藏高原3个草甸站适用性良好;年蒸散发介于388~732 mm之间,年内分布呈先增大后减小特征;3站蒸散发组分差异较大,那曲站和纳木错站土壤蒸发对蒸散总量的贡献分别为53%和56%,藏东南站蒸散发则几乎全部由植被蒸腾贡献,占比高达95%;植被叶面积指数为3站蒸散发最主要的影响因素,饱和水汽压差对藏东南站蒸散发影响也较大。研究结果可对青藏高原蒸散发及其组分时空格局与水循环过程研究提供科学依据。     

以地下水位估算的荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)林生态系统地下水蒸散发北大核心CSCD

基于2014年和2020年地下水位监测数据,估算了黑河下游额济纳绿洲七道桥胡杨(Populus euphratica)林生态系统生长季旺盛期的地下水蒸散发(ET_(g)),并与从涡度观测系统测定的蒸散发(ET)作比较,同时分析了不同模型的估算结果及其主要影响因素。结果表明:(1)基于昼夜水位波动法(White、Hays和Soylu方法)估算的ET_(g)均与生态系统ET变化趋势一致且显著相关,经过对比分析得出,Hays方法精度最高,推荐使用该方法计算ET_(g)。(2)地下水位、太阳辐射、气温和饱和水汽压差是影响ET_(g)的主要因子,风速对ET_(g)无显著影响。(3)生长季,ET_(g)占生态系统ET的比例随干旱时间的增大而增大。     

区域土壤植被系统蒸散发二源遥感估算

针对干旱半干旱复杂地形区地表起伏、覆被不均一、植被稀疏的特征,论文对N'95二源遥感模型中地表净辐射计算方案以及地表反照率、零平面位移、动量粗糙长度、热量粗糙长度、动量和热量的稳定度校正项、土壤表面的空气动力学阻抗等算法有针对性地进行了修改.利用修改后的N'95模型,选择位于黄土高原的地表起伏大,植被稀疏的陕甘宁交界区为研究区,计算了研究区的土壤蒸发、植被蒸腾和土壤一植被总蒸散发;并利用附加阻抗法计算实际蒸散发的方法对N'95二源模型法遥感估算结果进行了间接精度评价,比较验证表明N'95二源模型法估算的蒸散发结果合理,精高较高.     

森林流域蒸散发的控制要素与区域差异探讨

森林蒸散发是影响河川径流的重要因素,但是森林影响蒸散发的机理和综合效应评价一直存在很大的分歧。本文从植物的光谱反射特征出发,分析了影响森林流域蒸散发的能量收支特征和水分的蒸发耗散关系,指出流域蒸散发的数值是由蒸发潜力和供水能力这两个因素的最小值决定的,并在此基础上提出了流域蒸散发计算的分布式模型。按照该模型,可以统一解释在湿润地区(南方)、干旱地区(北方)和半湿润地区森林变化前后的蒸散发差异,为森林蒸散发计算中长期存在的分歧提供了统一的理论解释和分析模式。     

水文循环模拟中蒸散发估算方法综述(英文)

Actual evapotranspiration is a key process of hydrological cycle and a sole term that links land surface water balance and land surface energy balance.Evapotranspiration plays a key role in simulating hydrological effect of climate change,and a review of evapotranspiration estimation methods in hydrological models is of vital importance.This paper firstly summarizes the evapotranspiration estimation methods applied in hydrological models and then classifies them into the integrated converting methods and the classification gathering methods by their mechanism.Integrated converting methods are usually used in hydrological models and two differences exist among them:one is in the potential evaporation estimation methods,while the other in the function for defining relationship between potential evaporation and actual evapotranspiration.Due to the higher information requirements of the Penman-Monteith method and the existing data uncertainty,simplified empirical methods for calculating potential and actual evapotranspiration are widely used in hydrological models.Different evapotranspiration calculation methods are used depending on the complexity of the hydrological model,and importance and difficulty in the selection of the most suitable evapotranspiration methods is discussed.Finally,this paper points out the prospective development trends of the evapotranspiration estimating methods in hydrological modeling.     

A general model for estimating actual evaporation from non-saturated surfaces

Based on energy balance equation and mass transfer equation, a general model to estimate actual evaporation from non-saturated surfaces was derived. Making use of two concepts, "relative evaporation" and "relative drying power", a relationship was established to account for the departure from saturated conditions. Using this model, the actual evaporation (evapotranspiration) can be calculated without the need of potential evaporation estimation. Furthermore, the model requires only a few meteorological parameters that are readily and routinely obtainable at standard weather stations. Based on nearly 30 years data of 432 meteorological stations and 512 hydrological stations in China, in combined with GIS, nine typical river basins were selected. Using the data of the selected river basins, the model was tested. The results show that the actual evaporation rate can be estimated with an error of less than 10% in most areas of China, except few years in the Yellow River Basin.     

A general model for estimating actual evaporation from non-saturated surfaces

Based on energy balance equation and mass transfer equation, a general model to estimate actual evaporation from non-saturated surfaces was derived. Making use of two concepts, “relative evaporation” and “relative drying power”, a relationship was established to account for the departure from saturated conditions. Using this model, the actual evaporation (evapotranspiration) can be calculated without the need of potential evaporation estimation. Furthermore, the model requires only a few meteorological parameters that are readily and routinely obtainable at standard weather stations. Based on nearly 30 years data of 432 meteorological stations and 512 hydrological stations in China, in combined with GIS, nine typical river basins were selected. Using the data of the selected river basins, the model was tested. The results show that the actual evaporation rate can be estimated with an error of less than 10% in most areas of China, except few years in the Yellow River Basin.     

陆面实际蒸散研究

从能量平衡方程和热传导方程出发,引进"相对蒸散"和"相对干燥力",建立了用常规气象资料估算实际蒸散的理论模式。该模式避免了计算实际蒸散需首先计算可能蒸散这一过程,从而解决了由于采用不同的"可能蒸散"估算方法带来的误差。利用近30年的水文、气象等资料,在全国选择了九个有代表性的流域。对流域年实际蒸散量的模拟结果显示,除黄河流域部分年份外,可以将陆面年实际蒸散量的估算误差控制在10%以内。     

基于辐射的潜在蒸散量估算方法适用性分析

根据不同气候区4个站的历史数据,选取8种基于辐射的PET估算方法,以FAO56-PM法计算的PET作为参考值进行比较分析,最后用20 cm蒸发皿蒸发量对所有方法在不同气候区的适用性进行评价.其结果表明,采用初始参数时,Hargreaves法在不同气候区估算的逐月以及多年月平均PET误差均较小,其它方法则产生较大误差.校...     

洛河流域蒸散发遥感反演及其与各参数的相关性分析

利用ETM数据和地表热量平衡模型估算洛河流域的蒸散发量,并结合地面实测资料进行检验,然后综合分析蒸散发量与土地利用/覆被、地表参数、地形参数的关系。研究发现,不同下垫面的蒸散发能力有一定的差别,其中水体和林地的日蒸散发量最大;蒸散发量与NDVI、植被覆盖度以及高程等参数呈线性相关,而与地表温度呈指数相关,与叶面积指数呈对数相关。     

东江流域实际蒸发量与蒸发皿蒸发量的对比分析

利用东江流域1956-2003年的水文、气象资料,用趋势线分析、集对分析和方差分析方法对年实际蒸发量和年蒸发皿蒸发量的变化特征及其与气象因子的关系进行对比分析,揭示其相同与相异之处.结果表明:实际蒸发量与蒸发皿蒸发量都有减少的趋势,但蒸发皿蒸发量减少的趋势显著,实际蒸发量减少的趋势不显著;两者都在20世纪90年代出现最小值;实际蒸发量与蒸发皿蒸发量存在不确定相关关系和弱的负相关关系.温度与实际蒸发量、蒸发皿蒸发量都为不确定相关关系;风速与蒸发皿蒸发量为正相关,与实际蒸发量为不确定相关关系;随降水量的变化,两种蒸发量的变化相反,即一个增加而另一个减小:随日照时数的变化,趋势线分析与集对分析都反映出两者有相反的变化,通过年景分析,随日照时数的增加,蒸发皿蒸发量增加,实际蒸发量先增加后减小.年日照时数偏多、降水量偏少时,蒸发皿蒸发量显著偏多;年日照时数为中等、降水量偏多时,实际蒸发量最大,但没有达到显著水平.     

塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量估算模型

以水面蒸发量为基础,利用多年的白杨农田防护林试验资料,建立了塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量的两种估算模型,并利用白杨林实际蒸散量的测量值,分别对两种模型进行了验证。结果表明,从总体上来说,模型(Ⅰ)计算精度较高,但两种模型的相对误差都不是很大,都可以作为计算塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量的方法而使用,但要根据具体情况加以应用。     

互补相关蒸散发理论与应用研究

本文提出和建立了一个计算蒸散发能力和饱和湿润表面蒸散发量的经验公式,并把互补相关模型应用到湖北省十六个流域,江汉平原水网区和东湖的蒸散发估计。模型的计算值同水量估计值以及蒸发的研究和计算提供了另一条简便易行的途径。     

一种基于植被指数-地表温度特征空间的蒸散指数

利用遥感获取的植被指数和地表温度信息,进行地表能量和水分平衡过程研究是目前陆表过程研究的前沿。根据地表能量和水分平衡原理,对地表温度(Ts)、植被指数(VI),地表蒸散发(ET)之间的空间关系进行了分析,并基于假设条件,构建了温度植被蒸散指数(TVETI)。为验证TVETI表征地表蒸散的能力,利用环境卫星数据和SEBAL模型,对SEBAL模型中各能量通量构建的蒸散指数与TVETI进行线性回归分析,从2012年4~9月6个不同日期的确定性系数分别为:0.838、0.935、0.912、0.921、0.926、0.825, TVETI能很好的表征地表蒸散能力。通过对SEBAL模型估算的ET和TVETI估算的ET进行交叉验证发现,两者大小一致性显著, TVETI可以实现区域尺度地表蒸散发的快速估算。