不同气候区月蒸散发能力计算模式适用性分析

根据实测气象资料和蒸散发量资料，对几种蒸散发量计算模式进行了对比分析，提出不同气候区计算模式的适用性。以彭曼一蒙蒂斯公式计算的蒸散发量作为参考值，得出Φ20蒸发皿换算成蒸散发能力的折算系数。分析成果对我国水文水资源计算和进行气候变化影响评价具有指导意义。     

基于能量平衡原理的潜在蒸散发模型构建

为深入探索气候变化背景下更为精确的潜在蒸散发计算方法, 在淮北平原五道沟水文水资源实验站开展了3组小型蒸渗仪试验, 通过结合平流运动动力项并引入地表净辐射修正参数, 基于能量平衡原理提出一种新的潜在蒸散发模型。结果表明: ① 3组蒸渗仪实测数据中, 2组不同加水方式下的草地覆被蒸散发相关性较好(R=0.95);②新的潜在蒸散发模型在有草地覆被的2组试验中模拟结果的纳什效率系数(E_NS=0.85)和均方根误差(E_RMS=0.83)均优于现有Penman系列等经验方法; ③模型更适用于有草地覆被条件下的蒸散发估算, 在淮北平原地区具有较强的适用性与优势。该模型能够提高区域潜在蒸散发模拟精度, 为流域水循环过程模拟及水资源利用提供科学参考。     

区域综合蒸散发量计算方法研究

在充分消化吸收前人成果的基础上,通过对研究区不同下垫面条件、作物种植情况及供水条件进行全面调查,将研究区划分为城区、山区、平原区3种类型区,并对每种类型区分别按水体、透水区、不透水区计算其蒸散发量,然后合并求得各类型区总蒸散发量,建立了以城区、山区、平原区蒸散发量计算为子模型的区域综合蒸散发量计算模型。     

区域蒸散发遥感估算方法及验证综述

蒸散发是地表水热平衡的重要参量,也是农作物生长状况和产量的重要指标。与传统的蒸散发计算方法相比,遥感技术经济、适用、有效,在非均匀下垫面的区域蒸散发监测上具有明显的优越性。系统回顾了5种常用的区域蒸散发遥感估算方法,包括经验统计模型、与传统方法相结合的遥感模型、地表能量平衡模型、温度—植被指数特征空间模型以及陆面过程与数据同化等,分析了这些模型的最新研究进展及各自的优缺点,并对地表蒸散发的地面验证方法进行了概述。最后简要分析了区域蒸散发遥感估算存在的问题,并展望了其未来发展趋势。多源遥感数据协同反演与非遥感参数遥感化、蒸散发模型改进与多模型集成、陆面过程与遥感数据同化、遥感蒸散发估算及地面验证中的尺度问题与空间代表性问题研究等将会是未来区域蒸散发研究中的重点发展方向。     

基于实测资料对日蒸散发估算模型的比较

利用设置于江西省南昌县的新型高精度自动蒸渗仪,于2007年9月1日至2008年8月31日的实测陆面实际蒸散发过程,检验了面蒸散发互补关系模型CRAE (Complementary Relationship Areal Evapotranspiration)、GG模型 (Granger-Gray)、平流-干旱模型AA (Advection-Aridity)3个逐日路面实际蒸散发模型在不同时间尺度上的计算精度,并对计算误差的影响因素进行了讨论.结果表明:该地区实测年蒸散发量为746.1 mm,采用各模型的推荐经验参数对该地区蒸散发的估算结果误差较大,普遍干旱条件下蒸散发的计算值比观测值偏小,而湿润条件下的计算值偏大.通过对各模型的经验参数进行调整,各模型对年蒸散发量的计算精度大为提高,但逐日蒸散发过程的计算精度改进效果有限,在7日的时间尺度上,计算结果显著优于逐日的计算结果,在此时间尺度下,AA模型仍存在一定的系统误差,CRAE模型的估算精度相对较差,GG模型的总体计算效果相对最好.根据与蒸渗仪观测结果的对比分析,根据区域特征进行参数调整后的模型,需要在7日及更长时间尺度上,蒸散发模型的估算结果较为可靠.上述研究对全面认识陆面实际蒸散发特征、理解各蒸散发模型在不同时间尺度上的模拟能力、正确认识气候变化条件下的水循环特征具有重要意义.     

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。     

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。     

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。     

基于改进White方法的地下水蒸散发研究

在依赖地下水的植被广泛分布的干旱半干旱地区,蒸散发是地下水排泄的主要方式,因而准确计算地下水蒸散发量,对地下水资源评价具有重要意义。目前水量残差法、地下水极限埋深法和地下水水位日动态法可以用于计算地下水蒸散发量,由于地下水动态信息容易获取,长期以来得到广泛关注。分析了利用地下水动态信息的White方法在计算地下水净补给量方面的不足之处,提出了改进的White方法,即利用相邻两天地下水位上升段的平均斜率计算地下水的净补给量,并利用数值模拟方法对改进的White方法的计算精度进行了评价,表明改进后的方法较原始方法精度提高了16%。最后利用苏贝淖流域实测的地下水动态数据,采用改进的White方法计算了地下水蒸散发量。研究成果对干旱区水资源可持续开发利用具有一定的科学意义和应用价值。     

扎龙湿地参照作物蒸散发估算的经验模型

湿地参照作物蒸散发量是湿地水量平衡的重要因素。本研究选取了扎龙湿地周边8个气象台站1961-2000年的历史数据,通过拟合经典的FAO56 Penman-Monteith模型,建立了估算扎龙芦苇湿地逐月参照作物蒸散发的经验模型。建模时考虑到各气象因子对潜在蒸散发的作用,尝试了不同的组合方式及拟合模型,最终采用月最高气温、月最低气温、月降雨量和月平均风速四个因子,建立了非线性e指数方程。该模型与Blaney-Criddle、Priestley-Taylor、Hargreaves等三个常用经验模型进行了比较,得到较好的结果。新建模型在各气象站的应用表明,能够显著逼近FAO56 Penman-Monteith模型结果,计算的逐月参照作物蒸散发具有理想的精度。     

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.     

利用中国静止气象卫星资料估算黄河源区蒸散发量

以黄河源区为研究区域,选取2009年9月该区域的中国静止气象卫星(FY-2D)观测资料,结合地面气象观测资料,基于能量平衡原理,估算了研究区域的逐时陆面蒸散发量。结果表明:在晴天条件下,利用陆表能量平衡系统模型求出蒸散发量的大小;在阴天条件下,利用FY-2D云顶反照率资料,根据太阳辐射在大气中的衰减过程,得出地表太阳辐射收支,进而求出蒸散发量的大小。卫星遥感估算的逐时蒸散发量与地面观测值相比,平均相对误差15.2%,估算误差在可接受的合理范围内,为实现陆面蒸散发量的业务化奠定了一定的基础。     

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。     

基于卫星的水资源监测预报技术应用与研究

基于卫星遥感的降水监测的基本方法是建立云顶温度与象素点降水的统计相关关系,同时利用卫星信息在地面雨量站点间进行雨量插值。基于气象卫星的实际蒸散发计算通过定标、大气订正、空气温度、总辐射、净辐射、显热通量等步骤计算。降雪处理的依据是降雨和地表温度。融雪计算的基础是能量平衡,融雪发生时刻用雪盖的寒冷度估算。决定土壤冻结的因素能量平衡和温度。土壤冻结逆方程可用于确定土壤解冻的深度。坡面径流以用二维扩散过程模拟。河道部分以有侧向入流的Muskingum-Cunge方法为基础。     

遥感技术应用于地表面蒸散发的研究进展

蒸散既是地表水分循环的重要组成部分,也是能量平衡的主要项。地表热量、水分收支状况在很大程度上决定着地理环境的组成和演变,清楚地认识蒸散发,对了解大范围内能量平衡和水分循环具有重要意义。目前,已发展了从 传统方法、模拟方法到遥感方法的很多种方法用于估算蒸散发。遥感方法以其能够获知大范围地表特征信息的优势为较准确估算地表蒸散发提供了可能,从而受到人们的日益重视。介绍了研究蒸散发的各种方法,并探讨了利用遥感方法研究蒸散发的优缺点和未来的发展前景。     

作物叶面蒸腾与棵间蒸发分摊系数的计算方法

依据在冬小麦和玉米冠层表面及冠层内部下方土壤表面的净辐射观测资料,建立了一个能较准确地反映叶面蒸腾与棵间土壤蒸发分摊系数物理变化规律的较实用的计算模式,结果表明,分摊系数(α)随叶面积指数(LAI)增加而增加,且具有明显的日变化,α在中午最小、早、晚稍大,这种日变化受叶气孔调节的影响。     

利用遥感方法估算华北平原陆面蒸散量

本文主要讨论了遥感技术在水文学领域的应用。利用基于能量平衡原理的SEBS模型,结合NOAA／AVHRR数据,通过遥感方法估算了华北平原的区域陆面蒸散量,并分析了不同潜水埋深条件下植被指数对蒸散发的影响。通过遥感估算方法得到,华北平原6～8月份是蒸散量较高时期,变化幅度较大;1、2月和11、12月是蒸散量较低时期,变化幅度较小。其日蒸散量变化范围在0～8mm之间;年蒸散量在520-1100mm之间,平均为700-800mm。地下水埋深较浅的沿海、黄河沿岸以及河南黄河以北的农业区为蒸散发的高值区。在不同潜水埋深条件下,蒸散量与植被指数之间均存在线性正相关性。且在潜水埋深介于1～2m的情况下,陆面蒸散与植被指数间的关系最明显,两者之间的相关性达到0．669。