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.     

黑河流域山区植被带草地蒸散发试验研究

利用Penman-Monteith(PM)、 ASCE-Penman-Monteith(ASCE-PM)和Priestley-Taylor(PT)公式以及两个小型蒸渗仪SW10与N6的实际观测,计算了黑河流域山区试验草地2002年夏季的蒸散发. PM与PT方法验证了其中的一个小型蒸渗仪SW10的蒸散量, 也能验证小型蒸渗仪N6的蒸散量. 研究表明, 这种小型蒸渗仪在测算内陆河山区草地蒸散量的适用性比较强. 热量平衡要素计算结果表明, 山区草地的热量主要消耗于蒸散发.     

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.     

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。     

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.     

遥感结合地面观测估算陆地生态系统蒸散发研究综述

地面观测和遥感模拟作为陆地生态系统蒸散发研究的2种基本手段,有着各自的优缺点且存在互补性。因此,有效地将遥感和地面观测站点资料相结合,探讨陆地生态系统蒸散发的时空分布规律及不同尺度转换理论与方法,实现蒸散耗水地面观测结果的尺度扩展和生态需水量估算成为普遍关注的焦点。从遥感与地面观测结合确定陆地生态系统蒸散发入手,论述目...     

潜在蒸散发量计算公式在贵州省适用性分析

利用贵州省18个气象站1961~2001年逐日气象资料,采用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散发量,对以辐射和气温为基础的简化公式参数进行率定,对比分析不同计算公式推求的潜在蒸散发量之间的差异以及用于气候变化情景下预测适用程度。结果表明,各种潜在蒸散发量公式经参数率定后计算的多年平均蒸散发量相近,但变化趋势存在较大差异。与考虑综合气象因子对潜在蒸散发影响的Penman-Monteith公式计算结果相比,以辐射为基础的蒸散发公式在该地区的适用性较好,以气温为基础的蒸散发公式用于气候变化情景下潜在蒸散发量预测,结果偏大。     

流域蒸散发的气候学计算

应用武汉市日射站和东湖蒸发站的长期观测资料，对彭曼公式中的各项进行探讨和修正，研究反射率的计算方法，并采用气候学方法计算水面蒸发量和流域蒸散发能力，结果较为满意。     

基于遥感的区域蒸散量监测方法——ETWatch

ETWatch是用于区域蒸散遥感监测的业务化运行系统,集成了具有不同应用优势的遥感蒸散模型,并以Pen-man-Monteith公式为基础建立下垫面表面阻抗估算方法,利用逐日气象数据与遥感反演参数,获得逐日连续的蒸散分布图。所生成的从流域级到地块级的数据产品能动态反映区域蒸散发的时空变化规律。基于ETWatch方法,对2002-2005年海河流域和河北省馆陶县的蒸散状况进行了连续监测。利用地面观测资料对蒸散遥感监测产品的验证表明,涡度相关观测数据能量闭合率在0.9以上时,1 km级的日蒸散结果的平均偏差约10%;对于地块级(30 m)的ET,受混合像元的影响,相对于土壤水分消耗法测量的作物蒸散发,遥感监测作物蒸散发的平均误差在12.7%左右。     

三江平原典型沼泽湿地能量平衡和蒸散发研究

基于涡度相关技术对三江平原典型沼泽湿地的水热通量进行了连续观测,研究沼泽湿地能量平衡和蒸散发的季节变化,确定观测期内沼泽湿地总蒸散量,并通过逐步回归方程估算沼泽湿地水面蒸发和植被蒸腾。结果表明,沼泽湿地的能量平衡具有明显的季节变化特征,总体看来,潜热通量是湿地的主要能量支出项,占净辐射的45.5%,感热通量和存储热通量分别占净辐射的27.9%和26.7%。2006年5~10月份沼泽湿地总蒸散量为310.6mm,月均日蒸散量最高值出现在7月。观测期内沼泽湿地水面蒸发量约为221mm,占总蒸散量的71%左右,植被蒸腾量则约占总蒸散量的29%,湿地蒸散发以水面蒸发为主。     

不同林草系统对集水区水量平衡的影响研究

应用SWAT99.2模型(Soil and Water Assessment Tool),系统地研究了红壤丘岗集水区4种林草系统(自然草被、阔叶林、混交林和针叶林)的地表径流、根层渗漏、蒸发蒸腾、土壤蓄水量的时空特点,并用实测的地表径流对模型进行校正和验证,月地表径流的Nash-Sutcliffe模拟效率系数达到0.74,模拟值和观测值的决定系数达0.90。结果表明,降水的年内分配不均造成了径流、渗漏、土壤蓄水量月份之间的差异,年际间气象条件(特别是降水)的差异性导致了水量平衡支出项的年际差异,其中径流量和渗漏量受降水的影响最大,蒸发蒸腾量次之,土壤蓄水量的年变化量受降水的影响最小;林地能有效地减少区域的地表径流量,其中以阔叶林和混交林的效果最好;林地入渗性能大于草地;蒸发蒸腾量是林地水量平衡支出中最大的一项,且3种林地的蒸发蒸腾量均大于草地。水量平衡的预测结果显示,土地利用方式是区域短期水量平衡的主要影响因子。     

黄土丘陵沟壑区山地苹果林蒸散特征

以黄土丘陵沟壑区的典型代表米脂为研究区,选取苹果林地生态系统为研究对象,揭示苹果林地的蒸腾蒸发耗散规律及其影响机制,为指导有限水资源条件下苹果产业发展科学布局、优化管理措施及充分挖掘苹果林地的生产潜力提供科学依据.运用热扩散茎流计（TDP）、小型蒸发皿测定了组成苹果林地蒸散的果树蒸腾量和土壤蒸发量,运用水量平衡公式计算了冠层截留量,分析了各气象因子与蒸腾速率的关系,并评估了苹果林地的蒸散量,以期正确认识和评价苹果林地生态水文效应.不同生育期的日均蒸腾速率大小依次为果实膨大期>果实着色期>新梢生长及幼果发育期>萌芽开花期,小时尺度下,不同生育期蒸腾速率到达峰值的时间不同.不同天气条件下,晴天状况下树干蒸腾量明显大于阴天,影响苹果林地蒸腾速率的主要气象因子为太阳辐射和空气温度.果实膨大期及果实着色期为果树耗水的主要时期.降水对蒸腾的影响表现出滞后效应.植被蒸腾量、土壤蒸发量、冠层截留量对蒸散的贡献率由大到小依次为58.9%、26.8%、14.3%.试验期间,降水量大于蒸散量,果园水分收支略有盈余,不同月份土壤水分收支情况不同,应加强萌芽开花期、新梢生长及幼果发育期果园的水分管理.      

黄河流域蒸散量分布式模拟

针对传统区域蒸散计算模型中净辐射及其各组成要素的计算直接采用国外经验公式或点上观测资料空间内插的不足,利用基于中国气象站观测资料建立的净辐射及其各组成要素的计算公式和遥感反演的地表反照率,以黄河流域作为研究区域,在考虑地形起伏和下垫面多样性等地表非均匀性因素的基础上,实现了黄河流域净辐射及其各组成要素的分布式模拟;在印证流域尺度存在蒸散互补相关关系的基础上,将净辐射、气温、水汽压等系列要素分布式拟合结果与基于区域蒸散互补理论的AA（Advection-Aridity model）模型耦合,实现了黄河流域蒸散量的分布式模拟。与基于水量平衡的黄河流域多年平均蒸散量空间分布图对照表明,二者趋势分布吻合很好,分区验证的最小相对偏差为1.14%,最大为26.80%,全流域平均相对偏差为1.50%,且分布式蒸散拟合结果更加细致地体现了蒸散量的空间变化情况。集成的区域蒸散分布式模型,以蒸散互补理论为基础,考虑了区域蒸散对近地层大气的反馈作用,仅以数字高程模型和常规气象站观测数据为输入项,应用方便。     

基于热红外遥感的农田蒸散估算方法研究综述

农田蒸散是农田土壤蒸发和作物蒸腾的总称,基于热红外遥感的农田蒸散估算方法研究是农业遥感领域重要前沿课题之一。经过30多年的发展,基于热红外遥感的遥感蒸散算法逐渐成熟并广泛应用于农业、气象以及水文等多个领域。简要回顾基于热红外遥感地表温度与空气温度温差的经验方法、地表能量平衡的单层和双层模型、基于热红外遥感数据源的彭曼公式以及遥感参数化的Priestley-Taylor模型等多种遥感蒸散模型的基本原理、核心算法以及存在问题等研究。针对这些方法的优缺点,指出了基于热红外遥感的农田蒸散估算方法在农业遥感中尚需解决的关键问题,并提出可能的解决途径。     

不同土地利用型态下潜在蒸散发量比较——以二次林生态系统与茶园生态系统为例

于栖兰山庄二次林与宜兰县大同乡之玉兰茶园内,以蒸发皿法量测与估算此二试验区之日潜在蒸散发量,了解在不同土地利用型态下,其日潜在蒸散发量的表现差异情况。研究结果发现,茶园生态系统之日潜在蒸散发量明显高于二次林生态系统之日潜在蒸散发量。究其原因为,茶园生态系统的经营型态属开放式经营型态,故整体茶园生态系统均匀曝晒于阳光下,因此接收足量之太阳辐射能,导致其日潜在蒸散发量较高。而栖兰山庄二次林生态系之表现情形则不尽相同,由于二次林生态系统内,其高、矮茎植物丛生,此差异性结构将产生互相遮阴现象,使得土壤之蒸发量与矮茎植物之蒸散量减少。此外,二次林生态系统的组成中亦多含深根性植物,其水土保持特性相对于茶园生态系统也有较佳的表现。研究中亦发现,在冬季时期,若将二次林生态系统开辟为茶园生态系统时,二次林生态系统每公顷土地之水分逸失量将增加100~150 t。     

近35a来黑河干流中游平原区陆面蒸散发的变化研究

利用FAO Penman-Monteith公式计算了黑河流域中游地区农田、草地和荒漠3种不同下垫面条件下的实际蒸散量,分析了1967-2000年近35 a蒸散量的变化规律及季节变化特性,并结合黑河中游甘州(张掖)、临泽、高台和民乐这4个地区的3期遥感影像资料分析了1967、1986、2000年的土地利用变化,最后根据计算的实际蒸散量计算这3种不同下垫面条件下的总蒸散量.结果表明:黑河流域中游平原区陆面蒸散量总体呈现减小的趋势,农田、草地和荒漠3种下垫面条件下的多年平均蒸散量分别为762 mm、285 mm和229 mm;蒸散量的季节变化差异较大,其季节变化在这3种下垫面条件下都表现为夏季实际蒸散量>春季>秋季>冬季,实际蒸散量受季节变化的影响较为明显;同时这4个地区的土地退化较为严重,其中,草地退化较为明显,荒漠面积明显增加,农田面积也有所增加;在1967年4个地区的3种下垫面条件下的总蒸散量为37×10⁸m³,而1986年的总蒸散量为38×10⁸m³,2000年的总蒸散量为39×10⁸m³.     

近27a来典型白云岩流域岩溶碳汇变化及其调控机制——以贵州施秉黄洲河流域为例

以贵州省施秉县黄洲河典型白云岩岩溶小流域为例,基于白云石化学平衡热力学方法分别定量估算出1990-1992年、2001-2003年及2016-2018年白云岩流域的年均岩溶碳汇强度,并分析其对气候变化、土地利用调控的响应,结果表明:（1）流域内第二个时段年均有效降雨最大,其次是第一个时段,第三个时段的最小;（2）流域内主要以有林地为主,旱地、建设用地持续增加但增长速率减缓,总体上流域植被覆盖度呈现上升趋势;（3）流域整体的岩溶碳汇强度由大到小依次为2002年、1990年、2016年,水田与旱地对岩溶碳汇贡献较大;（4）气候变化与土地利用共同控制岩溶碳汇,碳汇强度可能不随地类正向演替而增大。      

Assessment of LULC and climate change on the hydrology of Ashti Catchment,India using VIC model

The assessment of land use land cover (LULC) and climate change over the hydrology of a catchment has become inevitable and is an essential aspect to understand the water resources-related problems within the catchment. For large catchments, mesoscale models such as variable infiltration capacity (VIC) model are required for appropriate hydrological assessment. In this study, Ashti Catchment (sub-catchment of Godavari Basin in India) is considered as a case study to evaluate the impacts of LULC changes and rainfall trends on the hydrological variables using VIC model. The land cover data and rainfall trends for 40 years (1971–2010) were used as driving input parameters to simulate the hydrological changes over the Ashti Catchment and the results are compared with observed runoff. The good agreement between observed and simulated streamflows emphasises that the VIC model is able to evaluate the hydrological changes within the major catchment, satisfactorily. Further, the study shows that evapotranspiration is predominantly governed by the vegetation classes. Evapotranspiration is higher for the forest cover as compared to the evapotranspiration for shrubland/grassland, as the trees with deeper roots draws the soil moisture from the deeper soil layers. The results show that the spatial extent of change in rainfall trends is small as compared to the total catchment. The hydrological response of the catchment shows that small changes in monsoon rainfall predominantly contribute to runoff, which results in higher changes in runoff as the potential evapotranspiration within the catchments is achieved. The study also emphasises that the hydrological implications of climate change are not very significant on the Ashti Catchment, during the last 40 years (1971–2010).     

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

采用集合卡尔曼滤波算法,以遥感反演的蒸散发作为观测数据,构建一种基于新安江模型的蒸散发同化系统;根据同化后的蒸散发,采用粒子群算法估计新安江模型的土壤张力水蓄量,进而改进模型的径流模拟效果。选取地表能量平衡系统模型进行汉江流域蒸散发（ET_SEBS）反演,采用基于GRACE水储量距平数据的水量平衡蒸散发（ET_GRACE）进行验证,结果显示ET_SEBS总体表现好于蒸散发产品ET_GLDAS、ET_Zhang、ET_MODIS,且相关系数（R）、均方根误差（E_RMS）、偏差（B）为0.93、11.93 mm/月、-3.47 mm/月,表明SEBS模型能够较好地估算蒸散发。将同化方案在旬河流域进行应用,结果显示同化后径流的纳什效率系数（E_NS）为0.85,较同化前0.81明显提高,且模型对枯水期径流的低估问题有一定改善,对径流峰值模拟效果提高明显。     

祁连山区森林景观格局对水文生态效应的影响

在地理信息系统ArcGIS环境下,结合1987-2001年的水文资料,用Spatial Analyst、Hydrologic Modeling等扩展模块,对祁连山中段北坡大野口河流域和海潮坝河流域的景观格局与水文特征进行比较分析,结果表明:大野口河流域的景观组分以低海拔的草地和乔木林占优势,草地所占面积最大,整个景观较为破碎;海潮坝河流域的景观组分以高海拔的裸地和灌丛占优势,裸地所占面积最大,景观破碎化程度相对较低。大野口河流域的蒸散发占降水量的61%,流域径流系数为0.39;而海潮坝河流域的蒸散发占降水量的41%,流域径流系数为0.59。研究表明,导致两流域生态水文效应相差较大的主要原因是两流域不同的景观格局。