贡嘎山暗针叶林区森林蒸散发特征与模拟

通过对贡嘎山森林区的蒸发实验观测,利用修正的Penman-Monteith公式对地面和冷杉林蒸散进行模拟,并与水面实际观测资料进行对比。结果显示:控制该区蒸散的主导因子是太阳有效辐射、大气温度以及植被类型;对裸地、灌草、森林模拟的年内变化过程与水面蒸发的实际观测值趋势一致,分别在4月和9月出现两个明显的蒸发高峰。原始Penman公式可以用于裸露地面和短草地面的蒸发计算,然而对森林蒸散发应采用Penman-Monteith公式模拟,其模拟结果显示,在非生长季节森林蒸散发低于非森林地面,而在森林生长季节的蒸散发比非林地要高,其变化差异在±25%之间。因此修正的Penman-Monteith公式是森林地区水量平衡计算的有效工具。     

黑河流域山前绿洲灌溉农田蒸散发模拟研究

基于Penman-Monteith蒸散公式, 应用土壤-植被-大气系统水分和能量传输理论对Shuttleworth-Wallace蒸散模型的参数进行改进, 得出解析计算农田作物蒸腾和土壤蒸发的双源模型. 对黑河流域山前绿洲农田春小麦生长期土壤蒸发、作物蒸腾以及总蒸散过程进行了模拟研究. 对模型的计算结果以田间观测和水量平衡方法进行验证, 误差目标NSE=0.98, 说明该模型用于农田蒸发和蒸腾的计算是合理的. 对影响蒸发和蒸腾的主导因子净辐射、叶面积指数、土壤含水量进行了相关性分析, 得出三者的变化对土壤蒸发、作物蒸腾的影响. 通过不同时期日蒸散发量变化特征的分析, 表明土壤、冠层两个界面对能量和水汽传输的交互影响效应显著.     

青藏高原中部高寒草甸蒸散发特征及其影响因素

蒸散发作为水量平衡和能量平衡的重要组成部分,其变化对于农业、生态和水文具有重要的影响。全球变暖导致青藏高原上冻土活动层加厚,改变大气和土壤的水热交换过程,为明确唐古拉多年冻土区的蒸散发在全球变暖大背景下的变化趋势,依托中国科学院冰冻圈国家重点实验室唐古拉站,利用小型称重式蒸渗仪的观测数据分析了2007-2013年蒸散发的变化特征及其影响因素。结果表明：2007-2013年草地生长季实际蒸散发总量呈现递增的趋势;在草地生长季内,草地生长中期的总蒸散量最大,生长初期的总蒸散量最小,但是日蒸散量则是在生长初期最大,生长后期最小;无降水日,草地的蒸散发主要受到净辐射和气温的影响,降雨日的蒸散发则主要受到净辐射和风速的影响。     

新疆阿克苏河上游高寒草甸蒸散发观测与估算

蒸散发是水循环的关键环节, 是水量平衡的重要组成部分. 由于在高寒山区进行长期野外观测的难度较大, 导致对区域实际蒸散发的认识不清, 从而无法明确区域水资源分配与不同植被的生态水文功能. 在天山山区, 高寒草甸占其总面积近15%, 其对降水的调节作用巨大, 但目前高寒草甸的实际蒸散发量多用潜在蒸散发进行推算, 缺少实际观测数据. 2012年10月-2013年9月, 利用3个小型蒸渗仪观测了阿克苏河上游科其喀尔冰川综合考察站附近山区的高寒草甸的实际蒸散量, 并尝试利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)估算实际蒸散发. 结果表明:研究区高寒草甸全年内实测蒸散量511.3 mm, 日均蒸散量为1.4 mm·d^-1; 在不同时期, 蒸散量变化剧烈, 冻结期、生长前期、生长期和生长后期的蒸散量分别为53.9、41.0、363.8和52.6 mm, 分别占全年蒸散量的10.5%、8.0%、71.2%和10.3%. 最小二乘支持向量机对实际蒸散发的估算精度较高, 对观测资料相对缺乏的高寒山区来说, 不失为一种较好的估算蒸散发方法.     

地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量影响试验研究

研究地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量的影响,对浅埋区农业水管理具有重要意义。基于2017—2020年五道沟水文水资源实验站大型称重式蒸渗仪群,模拟不同地下水埋深下冬小麦蒸散发变化过程,以蒸散量表征小麦耗水的变化,识别影响小麦耗水的关键环境因子,探索不同情景小麦耗水特征。全生育期内各地下水埋深0.5,1.0,2.0,3.0 m下小麦蒸散量依次为510.50,499.33,567.88,727.88 mm,各埋深下表层10 cm处土壤含水率与蒸散量相关系数依次为?0.42,?0.69,?0.53,?0.43;依据太阳辐射量划分3类典型日,典型日内蒸散强度为:强辐射日约0.30 mm/h、弱辐射日约0.07 mm/h、微弱辐射日约0.03 mm/h;蒸散峰历时依次为:5:00—20:00、7:00—17:00和9:00—17:00;太阳辐射强时,地下水埋深对蒸散强度峰值出现的时间影响较小,而太阳辐射过弱时,地下水埋深大会阻滞能量传输,蒸散强度峰值滞后;表层土壤水是蒸散发的主要来源,尤其在1.0,2.0 m埋深下表层土壤水对蒸散发贡献率更高;太阳辐射、净辐射和土壤热通量正向驱动小麦耗水,表层土壤水分、平均气温和空气湿度反向驱动。     

基于MOD16产品的淮河流域实际蒸散发时空分布

蒸散发是陆面过程中的重要环节,联系着陆面水循环和地表能量平衡.淮河流域地处中国南北气候过渡带,对淮河流域实际蒸散量时空变化的研究,有助于深入理解中国气候过渡带水循环对全球气候变化的响应.应用遥感技术对淮河流域MOD16_ET数据进行精度验证,并分析2000-2014年淮河流域蒸散发时空分布特征.结果表明:MOD16_ET产品在淮河流域内的精度总体上符合要求;淮河流域多年平均蒸散发的空间分布整体上呈南高北低,季节蒸散量的空间分布与年蒸散量的空间分布大体一致;近15 a淮河流域平均的实际蒸散量变化范围为531.7~634.0 mm,且存在不显著的下降趋势,实际蒸散量的季节变化大致呈单峰型分布,且季节变化较为明显,夏季(257.2 mm) >春季(143.7 mm) >秋季(120.7 mm) >冬季(66.6 mm);淮河流域西北部,夏、秋、冬三季的季节蒸散量变化速率对年蒸散量变化速率的贡献较大;淮河流域东部,春季的蒸散量变化速率占年蒸散量变化速率的比重较大.研究结果对于淮河流域内水资源短缺问题的解决、有限水资源的合理利用以及旱涝灾害的监测和预警有着重要的意义.     

长江源区高寒退化湿地地表蒸散特征研究

青藏高原作为“亚洲水塔”,对东亚乃至全球大气水分循环都有非常显著的影响.高寒退化湿地是高原上生态多样性的保证,也是水汽循环和地表径流的重要源地,其地气之间水分交换不但可以反映气候变化,而且也对生态环境保护具有重要意义.以长江源区隆宝滩湿地连续一年、每10分钟一次的观测资料为基础,利用FAO Penman-Monteith方法分析了长江源区高寒退化湿地蒸散量的变化特征及其与环境因子之间的关系.结果表明：1）牧草生长期,潜在蒸散量日、月变化特征显著;实际蒸散量整体表现为冬小、夏大,夏季蒸散贡献最大.2）观测期间,蒸散量远大于降水量,水分亏损严重,局地蒸散对降水的贡献较高.3）土壤温度对蒸散发过程影响显著,尤其是表层5 cm地温与蒸散发相关性较好,土壤湿度变化表明其为蒸散发过程提供了充足的水分.4）全年变化中,气温是影响蒸散的主要因素.晴天中,高寒退化湿地实际蒸散量与辐射具有几乎相同的变化趋势,气温对蒸散量影响较小,蒸散量与相对湿度呈现显著的反相关.     

大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响

近几十年来,人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO2浓度的显著增长,带来了一系列生态和环境问题,其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面.地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分,直接影响着陆气相互作用和水循环系统.由于大气CO2浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾,为量化这一影响,基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO2浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO2浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验.通过对比2组结果分析了2001-2014年大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响.研究结果显示,在季节上,夏季大气CO2浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小,冬季最大;在数量级上,2001-2014年大气CO2浓度引起植被蒸腾变化在0～5％;不同生态系统比较而言,森林、耕地和灌丛生态系统受CO2浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15～20mm/a,而草地下降最小,约5 mm/a;在空间上,我国中东部受影响最大;CO2浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区.     

黑河下游绿洲地表辐射平衡及小气候特征分析

利用额济纳绿洲2004年5~10月微气象站观测资料,分析了该地区地表能量平衡及小气候特征.结果表明:在绿洲内太阳总辐射、光合有效辐射、净辐射有明显的季节变化及日变化,日峰值及月总量在7月份达到最高.地表能量平衡季节变化显著,5、8、9、10月份,地面能量交换基本以感热通量为主,Bowen比值在日间>4;6、7月份,潜热蒸发是能量平衡的主要部分,Bowen比基本<1.5~10月土壤热通量值始终较小,约占净辐射的15%~20%.绿洲内近地层风速基本在0~5 m·s^-1之间,夜间风速变化很小,日间风速较大.随着土壤深度的增加,土壤温度变化趋势越来越缓慢,地表温度波动变化最大,而在40 cm深处土壤温度日变化很小.     

草原化荒漠带人工固沙植丛区土壤水分动态

研究土壤水分动态有助于在水文过程与生态格局之间建立定量的联系。以大型自动称重式蒸渗仪为试验设施,对草原化荒漠带固沙植丛区与无植被沙区土壤水分动态及蒸散发进行对比研究。结果表明,观测期内植丛区及无植被沙区土壤水分变化均与降水过程高度相关,油蒿与柠条植丛区总蒸散量大体相当,平均蒸散速率分别为1.31mm/d,1.22mm/d。受固沙植物种生育期差异与降水年内分配变化的综合影响,当经历连续30多天无雨期时,柠条植丛区土壤水分骤降,根系密集区土壤体积含水率降低至0.5%以下,平均蒸散速率由前期的2.2mm/d降至0.6mm/d。油蒿植丛区土壤体积含水率在1%左右变化,平均蒸散速率由1.8mm/d降为0.9mm/d,仍高于柠条植丛区达50%。无植被沙区土壤体积含水率保持在大于2%的水平,平均蒸发速率由1.1mm/d减小至0.4mm/d,平均为0.78mm/d,约为植丛区平均蒸散速率的60%。土壤深层渗漏量达113.4mm,占降水量的40.5%,渗漏速率平均为0.63mm/d。人工固沙植被有效地利用了这部分降水资源,使得植丛区土壤水分无深层渗漏。     

辽河口芦苇湿地蒸散试验研究

在研究区用带有地下水补给的芦苇培养箱测量蒸散量,同时,采用PM-5型稳态气孔计测量了不同水深条件下芦苇的蒸腾速率,并与同一实验条件下的水面蒸发和裸地蒸发进行对照,分析了辽河口芦苇湿地区的蒸散耗水规律。研究结果表明:当控制水位在地表以上10 cm时,芦苇蒸腾速率曲线呈"单峰"型,而且芦苇的蒸腾作用在这种地表积水情况下随着栽培时间的延长受到抑制;当控制水位在-5 cm、-20 cm、-40 cm和-60 cm时,芦苇蒸腾速率变化曲线呈"双峰"型,并且出现明显的"午休"现象。芦苇群落的蒸散发比值有一个极小值埋深,在-20～-40 cm。地表积水时芦苇群落的蒸散量是自由水面蒸发量的2倍左右,水位在地表以下时芦苇群落蒸散量是裸地蒸发量的3.0～3.5倍。芦苇蒸散影响量与日均光合有效辐射、日均大气温度和日均相对湿度有很好的相关性。在以后的研究中,当无实测芦苇蒸散量数据时,可以通过建立芦苇蒸散影响量与气象因素的相关关系式,根据裸地蒸发量得到芦苇的蒸散量值。     

科奇喀尔冰川夏季表碛区热量平衡参数的估算分析

利用能量平衡原理、热传导理论和通量传输理论建立了一个热量平衡参数的估算模型,对西天山的科奇喀尔冰川夏季消融区中部表碛区的热量平衡参数进行估算与分析.结果表明:净辐射是表碛面热量收支的主要热源,吸收的热量主要以潜热和感热的形式向大气输送水汽和热量,剩余部分用于表碛增温耗热.与消融区上部的冰面和表碛面相比,在消融区中部表碛面热量收入中感热输送减小,同时向上的地热输送增加.热平衡支出项中,感热交换、蒸发耗热和地热通量的比例分别为39.1%、39.9%和21%,其中感热通量与蒸发耗热的比例比消融区上部有所提高,蒸发耗热的增加比较显著.在总的热量支出中,平均只有7.8%的热量可以用于表碛下部的增温和向深层传导.     

On the measurement of the surface energy budget over a land surface during the summer monsoon

The measurement of surface energy balance over a land surface in an open area in Bangalore is reported. Measurements of all variables needed to calculate the surface energy balance on time scales longer than a week are made. Components of radiative fluxes are measured while sensible and latent heat fluxes are based on the bulk method using measurements made at two levels on a micrometeorological tower of 10m height. The bulk flux formulation is verified by comparing its fluxes with direct fluxes using sonic anemometer data sampled at 10Hz. Soil temperature is measured at 4 depths. Data have been continuously collected for over 6 months covering pre-monsoon and monsoon periods during the year 2006. The study first addresses the issue of getting the fluxes accurately. It is shown that water vapour measurements are the most crucial. A bias of 0.25% in relative humidity, which is well above the normal accuracy assumed by the manufacturers but achievable in the field using a combination of laboratory calibration and field intercomparisons, results in about 20W m⁻² change in the latent heat flux on the seasonal time scale. When seen on the seasonal time scale, the net longwave radiation is the largest energy loss term at the experimental site. The seasonal variation in the energy sink term is small compared to that in the energy source term.     

2009/2010年黄河源区高寒草甸下垫面能量平衡特征分析

以青藏高原黄河源玛多为实验区, 基于TRM-ZS1气象生态环境监测仪2009年11月1日至2010年10月31日辐射及能量通量观测数据, 采用波文比能量平衡法, 进行了该区域潜热和感热通量的估算, 分析了黄河源区高寒草甸下垫面辐射收支, 潜热、 感热和土壤热通量在不同季节的分配, 对该区域冬季地面加热场强度的变化进行了研究.结果表明: 该区域总辐射、 净辐射较强, 总辐射平均日积分值为18.06 MJ·m^-2·d^-1, 净辐射平均日积分值5.95 MJ·m^-2·d^-1, 曾观测到高达979.5 W·m^-2的净辐射通量.全年地表平均反射率为0.30, 接近于荒漠和半荒漠下垫面的反射率.植物生长季土壤湿度和冬、 春季地面积雪是影响该区域地表反射率的两个最主要因素.该区域感热通量年积分值为742.68 MJ·m^-2·a^-1, 潜热通量年积分值为1 388.58 MJ·m²·a^-1, 全年中地表以潜热方式传递热量为主.分季节分析, 冬季感热潜热强度相当, 春季以感热为主, 夏秋季则以潜热为主.土壤热通量年积分值为38.06 MJ·m^-2·a^-1, 全年热通量在热量平衡中约占1.8%, 但季节分配不平衡, 在冬季, 有|G|>H+LE, 土壤热通量是热平衡最大的分量.该区域地表全年向大气释放热量, 地表对大气而言是热源.     

基于区域气候模式的流域农业干旱成因分析

以湄公河流域为研究区,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,以根系层土壤含水量为代表性指标,对A1B情景下未来研究区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡原理,系统分析了降水、蒸发、地表温度和根系层土壤含水量等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了识别。预估结果表明:从年内各月地表净通量和地表温度变化来看,未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加明显,且土壤含水量减少也较为明显;同时,这两个时段蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致流域局部地区(尤其是非灌溉农业区)农业干旱的发生。     

Assessment of large aperture scintillometry for large-area surface energy fluxes over an irrigated cropland in north India

Amount of available net energy and its partitioning into sensible, latent and soil heat fluxes over an agricultural landscape are critical to improve estimation of evapotranspiration and modelling parse (ecosystem modelling, hydrological and meteorological modelling). Scintillometry is a peculiar and robust methodology to provide structure parameter of refractive index and energy balance. Scintillometer has proven for assessment of sensible and latent heat flux, which is based on the principle of Monin–Obukhov similarity theory. Scintillometer has been installed in the agricultural experimental farm of ICAR-Indian Agricultural Research Institute, New Delhi, with a spatial covering path length of 990 m of irrigated and cultivable agricultural landscape. This paper discusses the patterns of energy flux as diurnal and seasonal basis at scintillometer path which was mainly covered by maize in Kharif and wheat in Rabi season during a crop growing seasons of 2014–2015. The biophysical parameters (leaf area, soil moisture, crop height) were recorded at a temporal resolution of fortnight basis along the path length at usual sampling distance. The Bowen ratio value for both Kharif and Rabi season was 0.76 and 0.88, respectively by scintillometer. Leaf area index had a significantly positive correlation with latent heat flux (\(R^{2} =0.80\)) while a significantly negative correlation with sensible heat flux (\(R^{2}{=}-0.79\)). Soil moisture had a significant negative correlation with sensible heat flux (\(R^{2}{=}-0.68\)). The average evapotranspiration from crop land was \(1.58 ~\hbox {mm d}^{-1}\) and total evapotranspiration was 543 mm over the 12 months study period. This study defines that large aperture scintillometer is robust instrument which can evaluate energy flux over a large area with a long term series time domain. Moreover, further studied should be conducted to use in crop simulation modelling, developing of new model with calibration and validation of remote sensing energy balance algorithm, etc.     

Soil heat flux and day time surface energy balance closure at astronomical observatory,Thiruvananthapuram, south Kerala

Soil heat flux is an important input component of surface energy balance. Estimates of soil heat flux were made in the year 2008 using soil temperature data at Astronomical Observatory, Thiruvananthapuram, south Kerala. Hourly values of soil heat flux from 00 to 24 LST are presented for selected days typical of the winter, pre-monsoon, SW monsoon and NE monsoon seasons. The diurnal variation is characterized by a cross-over from negative to positive values at 0700 h, occurrence of maximum around noon and return to negative values in the late evening. The energy storage term for the soil layer 0–0.05 m is calculated and the ground heat flux G ^? is estimated in all seasons. Daytime surface energy balance at the surface on wet and dry seasons is investigated. The average Bowen’s ratio during the wet and dry seasons were 0.541 and 0.515, respectively indicating that considerable evaporation takes place at the surface. The separate energy balance components were examined and the mean surface energy balance closure was found to be 0.742 and 0.795 for wet and dry seasons, respectively. When a new method that accounts for both soil thermal conduction and soil thermal convection was adopted to calculate the surface heat flux, the energy balance closure was found to be improved. Thus on the land surface under study, the soil vertical water movement is significant.     

不同土壤热通量测算方法的比较及其对地表能量平衡闭合影响的研究

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,对其测算方法的研究对理解能量平衡过程具有十分重要的意义.利用2010年馆陶站土壤热通量等相关观测数据对多种测算土壤热通量的方法:实测土壤热通量和热储存量的结合方法(PlateCal)、热传导方程校正法(TDEC)、谐波分析法(HM)、平均土壤热电偶法(TCAV)、耦合热传导—对流法(ITCC)获取的地表土壤热通量进行了对比分析,并且采用最优方法计算馆陶站2008-2010年的地表土壤热通量,分析了该站土壤热通量日、季节变化特征.主要结论如下:①PlateCal和TDEC法分别为获取土壤热通量的最优观测与计算方法,而HM,TCAV和ITCC法计算结果均不理想;②PlateCal与TDEC法对地表土壤温度均不敏感,而HM法对地表土壤温度则比较敏感,各种地表土壤热通量的观测与计算方法均对土壤湿度敏感;③馆陶站冬小麦、玉米覆盖地表及地表裸露时期的地表土壤热通量均呈现典型的日、季节变化特征,与净辐射变化趋势一致;④考虑热储存后,可将馆陶站2010年各月地表能量闭合率提高4％～11％,对2008-2010年的年能量平衡闭合率提高3％～5％.