参考作物蒸散量的分布式模型

在对参考作物蒸散量计算模型的参数(气压、辐射)进行地形(坡度、坡向和高度)校正的基础上,利用GIS的空间分析功能,建立了基于数字高程模型(DEM)的区域参考作物蒸散量的分布式模型.并以内蒙古半干旱鄂尔多斯高原沙地区(面积为114km2)的考考赖沟流域为例,计算了该区参考作物蒸散量的空间分布.参数校正前后的计算结果比较表明:参考作物蒸散量在受地形影响的情况下,具有较大的空间变异性,且这种变异程度随模型空间分辨率的降低而减小.模型的建立与实现提高了区域蒸散估算的精度,对于区域水分平衡研究和分布式地理模型以及沙质荒漠化防治模式研究具有重要意义.     

基于MOD16的银川平原地表蒸散量时空特征及影响因素分析

地表蒸散发是陆地水文循环的重要组成部分,分析蒸散量时空变化特征是深入了解干旱区水文过程的基础。由于银川平原缺乏区域尺度实际蒸散量的长期观测,很难得到长时间序列蒸散量的时空变化特征。基于MOD16A3地表蒸散量数据及研究区内气象站点实测数据,采用Theil Sen Median趋势度分析、MK突变检验及CA-Markov模型等方法,从时间与空间的角度分析2004—2019年银川平原地表蒸散量的变化特征及影响因素,预测2024年地表蒸散量的发展趋势。研究结果表明:2004—2019年银川平原蒸散量年际波动总体是增加趋势,MK突变检验结果显示2010年是蒸散量时序数据的突变点;银川平原实际蒸散量与潜在蒸散量空间分布格局、变化趋势均存在明显的差异性,蒸散量在近16年呈增加趋势,潜在蒸散量呈减少趋势,符合干旱区蒸散发互补相关理论。采用CA-Markov模型对2024年银川平原地表蒸散量未来发展趋势进行预测,模拟结果显示在未来5年银川平原蒸散量仍呈增加趋势;蒸散量的时空变化受气候与人类活动的共同影响,蒸散量与气温、降水、日照时数呈正相关,与相对湿度呈负相关,土地利用结构影响年蒸散量的空间格局,呈现出水田>旱田>林地>草地>荒漠的规律。     

基于地面观测的遥感监测蒸散量验证方法研究

为了保证遥感监测蒸散量的准确性,需建立一套较完整的遥感监测蒸散量地面验证方法对其进行验证.通过由大孔径闪烁仪、涡动相关仪和自动气象站等组成的蒸散量观测系统可以获取不同卫星像元尺度蒸散量的地面观测值.自2002年以来,由海河流域的密云、馆陶、大兴及小汤山等站构建了一个不同卫星像元尺度蒸散量的观测站网,经过严格的观测数据处理与质量控制,获取了一大批卫星像元尺度蒸散量及其配套参数的地面观测值.同时,建立了一套基于地面观测的遥感监测蒸散量验证流程,重点对验证像元的选取以及评价指标的构建等进行探讨.依据上述验证流程,在海河流域的北京地区开展了遥感监测蒸散量的地面验证工作.利用2008年密云站和大兴站的大孔径闪烁仪观测数据,对基于MODIS数据估算的北京地区区域蒸散量进行验证.结果表明:这套基于大孔径闪烁仪观测数据的遥感监测蒸散量验证方法是合理、可行的.其中2008年北京地区遥感监测月、日蒸散量的均方差分别为13.75和0.91 mm,平均相对误差分别为22.79%、18.61%.     

长江源区蒸散量变化规律及其影响因素

利用空间分辨率为1 100 m的NOAA遥感数据,运用表面能量平衡系统(SEBS)模型,结合当地气象站实际观测数据,计算了1991-2001年长江源区的蒸散量,运用线性回归的方法计算了源区各像素点的蒸散量变化趋势,统计分析了蒸散量的多年变化规律。运用地理信息系统技术分析了气温、地表温度、降水量和植被指数(NDVI)等主要因素对蒸散量变化的影响。研究结果表明,源区蒸散量以6.8 mm/a的速度增加。全球变暖引起的气温、地表温度的升高是蒸散量增加的主要原因;在空间分布上,河流左岸阳坡蒸散量增加,右岸阴坡蒸散量减小;降水量、植被覆盖度分别与蒸散量有很好的正相关关系,源区东南部降水量大,植被相对旺盛,蒸腾作用强烈,蒸散量大;西北部降水量小,植被生长稀疏,蒸散量较小。     

山区太阳辐射对水热过程影响的敏感性分析

山区短波辐射的空间异质性非常强, 地形的遮蔽影响在山区能水循环模拟研究中不容忽视. 改进了SHAW模型和SHAWDHM模型的辐射模块, 使之能考虑地形的遮蔽作用对山区辐射平衡及其空间分布的影响, 并在单点和流域尺度进行数值模拟实验, 对比分析山区辐射过程对流域能水循环和径流的影响. 结果表明, 因地形的遮蔽作用, 地表接收的太阳直射辐射可减少25%左右, 模型模拟的土壤温度和蒸散发量分别降低约0.5 ℃和20%. 考虑山区辐射过程后, 模型模拟的春季融雪和夏季蒸散发均有所减缓, 导致春季融雪径流降低和夏季径流增加. 与观测径流对比发现, 考虑山区辐射过程后, 模型对径流量的模拟精度有所提高, 逐时径流量的纳什效率系数由0.677提高到0.711, 径流量的观测值与模拟值间的相关系数由0.835提高到0.851.     

基于回归克里格的生态水文无线传感器网络布局优化

在黑河上游八宝河流域建立自动化、时空协同、智能观测的生态水文无线传感器网络,实现分布式的地面观测,对于定量刻画流域尺度时空异质性较强的生态水文要素的动态特征及其不确定性具有重要意义。在观测网设计过程中,节点的空间布局将直接影响到无线传感器网络的观测水平。为准确捕捉流域内关键生态水文要素的时空变异性和场分布,探讨了一种基于回归克里格模型的空间采样布局优化方法,并以地表温度观测网优化为例,应用到八宝河流域生态水文无线传感器网络布局方案设计中。研究结果表明,该优化方法同时考虑了目标变量与环境变量之间的相关关系以及残差在空间上的自相关特征,可以同时优化目标变量的地理空间和属性空间。优化后的无线传感器网络可以较好地捕捉流域内生态水文要素的时空动态特征。     

地形对黄河流域太阳辐射影响的分析研究

起伏地形中太阳总辐射由直接辐射、散射辐射、周围地形反射辐射三部分组成,依据各部分太阳辐射产生机理的不同,分别设计模型以综合考虑天文因素、大气因素、宏观地理因素、局地地形因素（坡向、坡度、地形相互遮蔽）是必须的。基于数字高程模型（DEM）数据和遥感影像,在全面考虑各种因素的基础上,建立了依托常规气象站观测资料的起伏地形下太阳总辐射计算模型,完成了黄河流域1km×1km分辨率太阳总辐射分布式模拟。结果表明：受坡地自身遮蔽和周围山地相互遮蔽的影响,总体平均而言,山地接收的太阳总辐射较平地少;局地地形对太阳辐射的影响程度随季节而变,在太阳高度角较低的季节,局地地形的影响较为显著。     

基于遥感的黄河三角洲农作物需水时空分析

以黄河三角洲为研究区域,系统地提出了用多种分辨率遥感影像进行区域蒸散反演,结合气象数据,进行不同时空条件下农作物需水的分析.通过反演地表反照率、地表温度、地表比辐射系数等参数,进一步计算出地表净辐射通量、土壤热通量、显热通量,根据地表能量平衡方程进行了蒸散的遥感反演;利用5个时相的NOAAAVHRR数据和一个时相的TM数据反演了1999年7～9月的蒸散,并利用TM影像反演的蒸散结果,提高了NOAA气象卫星蒸散反演结果的空间分辨率,大大增加了遥感蒸散反演的实用性.利用6个时相的遥感数据反演的蒸散结果及计算的日潜在蒸散数据对1999年7～9月黄河三角洲各灌区农作物的需水总量进行了时空分析.     

基于恒定蒸发比的区域蒸散量计算研究

蒸散量是水资源评价中的一项重要内容。多年来,区域蒸散量计算一直是水文地质研究领域的热点研究问题。随着卫星遥感技术的不断发展,区域蒸散量计算研究得到了长足的发展。根据前人的研究,日净辐射通量与蒸散量之间的比值恒定。将该研究成果应用于我国西北黑河流域。通过计算蒸发比,进而得到日内的蒸散量。同时,利用传统蒸散量计算公式——penman-monteith公式和张掖地区高台气象的监测数据,进行了蒸散量计算。对比分析了基于恒定蒸发比和基于penman-monteith公式的蒸散量计算结果,并通过插值技术计算年度区域蒸散量。根据实际应用研究,该方法可为区域蒸散量计算提供方法借鉴。     

中国东北三省1960—2005年地表干燥度变化趋势

为研究气候变化对东北三省地表干湿状况的影响,利用该区1960—2005年72个气象站的观测资料,采用Penman Monteith模型计算了各站的潜在蒸散量,由潜在蒸散量和降水量之比构建干燥度指数,并采用Kriging法进行空间插值以分析其区域特征。结果表明,该区地表干湿状况具有明显的时空变化特征。1960—1979年间,由于降水减少和潜在蒸散增加,地表干燥度指数呈增加趋势,水汽压差增大是潜在蒸散增加的主要原因;1980—2005年间,大部分地区地表干旱状况有所减缓,其中以黑龙江省和吉林东部尤为明显。降水增加和潜在蒸散减少是地表干旱状况趋缓的主要原因,风速降低和净辐射减小导致潜在蒸散减少。总体而言,气候变化并未加剧东北三省的干旱化。     

基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅱ模型的校检与应用

GIS/RS是流域水文过程分布式模拟的重要技术支撑。结合泾河流域的实例研究,探讨了GIS支持下,基于栅格DEM流域水文特征的获取,降水、气温等资料的空间插值,以及土壤、植被等下垫面信息在水文模拟单元上的耦合。在此基础上,应用分布式水文模型对泾河流域的水文过程进行模拟。结果表明:所建模型结构上是合理的,在产流计算中泾河25个子流域在水量平衡方面误差均小于5%。潜在蒸发的模拟在趋势上与实测过程基本一致。径流模拟在4个检验站点上与实测过程的相关系数达到0.84～0.93。模型基本能够满足水资源规划与管理的需要。     

黑河上中游潜在蒸散发模拟及变化特征分析

基于多源遥感数据产品,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型估算了黑河上中游流域2000—2010年潜在蒸散发(potential evapotranspiration,ET_P),并考虑不同土地覆被类型,分析了ET_P的时空变化特征及影响要素,分别利用ET_P和ET₀驱动水文模型,比较径流模拟精度.结果表明:① 基于高精度遥感数据,S-W模型可模拟区域ET_P.黑河上中游流域,夏季ET_P对年值的贡献最大,各土地覆被类型的ET_P年内变化趋势一致.总体而言,植被条件越好,ET_P越小;② 在研究区内,相对湿度对ET_P变化的影响最大,叶面积指数(LAI)对ET_P变化的影响与辐射相近.植被越稀疏,ET_P对气象要素及LAI的敏感性越强;③ 与ET₀相比,ET_P能够更好地描述陆面蒸散发能力,相同条件下使用ET_P驱动水文模型模拟精度更高.     

1982～2010年气候与土地利用变化对无定河流域干旱指数变化的影响

基于19822010年无定河流域的遥感影像、气象和土地利用数据,利用Priestley-Taylor公式计算出潜在蒸散发,进而得到干旱指数,将各气象因子与干旱指数差值进行叠加、逐象元相关分析,得到了无定河流域19822010年干旱指数的时空变化,并分析了气候和土地利用变化对干旱指数变化的影响。结果显示:（1）1982年、2010年干旱指数分别为2.01和2.13,总体趋势是趋干旱的;（2）干旱指数2.0以下的区域迅速减少,2.15以上的区域明显扩张;（3）干旱指数均呈现增加趋势,显著增加的区域集中于无定河流域中游和下游地区;（4）干旱指数变化同气温、水汽压、净辐射的变化成正相关,同降水量变化成负相关;（5）各种土地利用类型的干旱指数均呈现增长趋势,但是增长的幅度有所不同:林地>耕地>草地>建筑用地>水域>未利用地。（6）土地利用对干旱指数平均值的影响非常微弱,干旱指数的变化主要是由于气候变化导致的。     

对新安江模型蒸散发计算的改进

基于DEM构建数字流域水文模型，在此基础上，利用新安江模型作径流计算。利用陆面模式SSIB中大气动力阻抗法计算蒸散发的方法改进新安江模型的蒸散发计算，从而改进新安江模型对流域出流量的模拟，得到更为合理的陆面水文模型。以安徽水阳江流域为研究区域，利用改进前后的新安江模型进行径流模拟。结果表明，对新安江模型蒸散发计算的改进提高了模型对径流量的模拟效果。     

黄河流域分布式水文模型初步研究与进展

结合国家重点基础研究规划项目"黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理"的研究,综述了黄河流域分布式水文模型研究的主要进展,包括分布式水文模型的特点和基本结构、分布式水文模型中的数字高程模型(DEM)和水文学基础、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)在分布式水文模拟中的应用等方面的内容,对未来分布式水文模型的研究提出几点认识。     

黄淮海流域旱涝时空分布及组合特性

以黄淮海流域及其周边地区204个气象站点1961-2010年逐日降水过程资料、国家1:25万DEM数据和1:20万土地利用数据为基础,在利用降水Z指数对黄淮海流域旱涝进行评价的基础上,采用下垫面数据对结果进行修正,并分析黄淮海流域旱涝面积的时间变化特征,对黄淮海地区的易旱区、易涝区进行了划分,进一步选取集对分析法划分了流域内季节间旱涝交替的易发区。结果表明:黄淮海流域内夏秋两季旱涝问题较为严重,且秋旱面积上升趋势较为明显;黄河和海河流域以干旱居多,淮河则是干旱和雨涝并存,季节间的旱涝交替多集中在淮河流域中上游地区。     

ERA-Interim和CMFD气象驱动数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性评价

气象驱动数据质量是影响流域水文过程模拟精度的一个重要因素。基于新疆额尔齐斯河流域及周边区域8个气象站记录的数据,对ERA-Interim再分析资料和中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）在流域的适用性进行了评价,并对比了ERA-Interim和CMFD气象要素年均值在流域的空间分布。结果表明：ERA-Interim和CMFD记录气温、相对湿度、向下短波辐射和向下长波辐射数据与观测数据具有较高的一致性,但降水和风速数据与观测数据的一致性比较差。小时尺度上ERA-Interim记录的气温、相对湿度、降水量、向下短波辐射准确度略高于CMFD数据,而日尺度上CMFD记录的所有气象要素的准确度均高于ERA-Interim数据,结合Noah-MP模型的模拟结果,认为CMFD数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性整体优于ERA-Interim数据。从两种驱动数据获取的流域气象要素空间分布来看,ERA-Interim和CMFD获取的年平均气温、风速、相对湿度、降水量、向下长波辐射在流域空间具有高度一致性,但向下短波辐射空间分布差别较大。     

“蒸发悖论”在黑河流域的探讨

利用黑河流域12个气象站点1960-2010年的气象资料,运用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,采用旋转经验正交函数、Mann-Kendall检验等方法系统分析了过去51 a间潜在蒸散量及气温的变化趋势,重点对"蒸发悖论"在黑河流域的规律进行分析.结果表明:根据潜在蒸散量的旋转经验正交函数分区结果,黑河流域可以划分为4个子区."蒸发悖论"仅于1960-1993年存在于黑河流域河西走廊区(Ⅱ区、Ⅲ区);其它各区无"蒸发悖论".1994-2010年由于潜在蒸散量的显著上升,河西走廊区"蒸发悖论"消失.1993年是黑河流域潜在蒸散量变化趋势的一个转折点,1994-2010年黑河流域的潜在蒸散量表现为统计显著的上升趋势.风速的变化是影响黑河流域河西走廊区"蒸发悖论"出现和消失的重要因素.     

寒旱区草地不对称增温现象对蒸散发的影响分析

选取1981—2020年海拉尔河流域及周边地区气象站点观测资料, 结合水文数据, 利用适用于植被稀疏下垫面的BTOP(Block-wise use of TOPMODEL)分布式水文模型估算区域蒸散发量, 进而在不对称增温现象影响下, 分析其对蒸散发的影响特征。结果表明: ①流域内1981—2020年不对称增温现象显著, 主要表现为因夜间温度升幅较大为主的昼夜不对称增温及地表温度升幅较大为主的地气不对称增温; ②影响蒸散发的主要气象因子依次为相对湿度、风速、地气温差、地表温度和昼夜温差, 且相对湿度、昼夜温差及地气温差与蒸散发量变化趋势相反, 其中相对湿度及风速影响强度年际变化平稳, 温度因子影响强度则逐年增强; ③不对称增温对于流域蒸散发量的影响逐年增强, 地表增温速率的增强是造成地气不对称增温的主要原因, 在此影响下, 区域蒸散发呈现减小趋势, 故在探究蒸散发量变化原因时, 温差变化不可忽视。     

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。