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。     

三工河流域柽柳耗水特征与生物排水探讨

利用三工河阜北潜水均衡试验场地中蒸渗仪种植柽柳（俗名红柳）试验分析得出,本区4年生柽柳在充分供水条件下柽柳有效蒸发蒸腾期4～10月的蒸发量（利用地下水量）与地下水埋深有关,柽柳蒸发蒸腾量随埋深的增加而减小,其蒸发蒸腾量与埋深呈“S”型函数模型。柽柳在0．5—2．0m埋深下的平均蒸发蒸腾量是同期E20水面蒸发量的1．6倍,柽柳整个生育期平均年蒸发蒸腾耗水量为2797mm,灌区大量种植柽柳利用生物排水调控地下水位具有一定的可行性。     

区域蒸散量分离技术研究

从水资源管理角度,地下水蒸发量被认为是无效的。特别是在我国的干旱半干旱地区,它被认为是可以通过降低地下水位而节省出来的水资源量。本文将同位素技术和遥感技术相结合,建立了基于点和像素尺度的植被蒸腾量和NDVI之间的线性数学表达式,进而成功将区域蒸散量分离为区域植被蒸腾量和区域地下水蒸发量。根据分离结果,黑河流域地下水蒸发量较大的地段主要位于黑河干流中游以及东居延海,最大地下水蒸发量可达1000 mm/a。     

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。     

春玉米耗水试验与分析

通过春玉米耗水田间试验,对不同耕作条件下春玉米的耗水情况进行了对比分析,结果表明:不同耕作条件下春玉米进入同一生育期的时间不同;春玉米的生物量都是自苗期开始逐渐增大,到灌浆期达到最大,随后又逐渐减小;在春玉米生育期早期,蒸腾量随生物量的增大而增大,后期则蒸腾量不随生物量的增大而增大;同一时刻春玉米蒸腾量随生物量的增加而增加;地膜覆盖的无论植株重量还是亩产量均高于自然状态的.灌溉的比不灌溉的植株重量或亩产量都大.     

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.     

应用MODIS数据推估区域地表蒸散

通过"热增强"方法,充分利用MODIS数据的时间分辨率和空间分辨率的优势,基于对SEBAL模型改进的基础上,反演并验证了山东省的地表蒸散。结果表明,蒸散反演结果与实测值具有很好的一致性,日平均相对误差约为-11.34%。同时分析了研究区2005年和2006年不同土地利用/覆盖类型下蒸散的逐月变化规律,发现水域的月平均蒸散量最大,其次为水田,林地、旱田和草地基本相当,人工用地的月平均蒸散量最小。     

基于MODIS蒸散量数据的淮河流域蒸散发时空变化及影响因素分析

淮河流域作为我国重要的粮食产地,其水资源利用情况具有很高的研究价值。利用MODIS蒸散发数据产品（MOD16/ET）、降水和气温时序数据以及土地利用数据,探讨了淮河流域2000—2014年蒸散量时空变化特征及其对气候变化、土地利用的响应。结果表明:淮河流域蒸散量在空间上表现为南高北低,蒸散量多年均值为589.1 mm,夏季最高,冬季最低。整体而言,淮河流域15年间蒸散量具有先增加后减少的趋势;趋势分析结果显示,31.4%的地区蒸散量呈显著或极显著减少趋势,5.4%的地区蒸散量呈显著或极显著增加趋势,63.2%的地区蒸散量无显著变化。从蒸散量的气候因子分区看,52.0%的区域表现为非气候因子驱动型,44.1%的地区为降水驱动型,双因子驱动型和气温驱动型范围很小,面积占比分别为2.4%、1.5%,表明人类活动对蒸散发的影响巨大。四种植被覆盖土地利用蒸散量均值表现为林地>水田>旱地>草地。根据2000—2014年土地利用转变引起蒸散量变化的统计结果,草地转变为水田时蒸散量明显增加,旱地转变为草地、林地转变为旱地后蒸散量明显减少。     

黄土丘陵小流域生态用水试验研究——气候和土地利用变化的影响

为探讨黄土高原地区的生态恢复,以半干旱黄土丘陵区安家沟小流域的气象、土壤水分、地形图和土地利用图(1982年和2002年)为源信息,分析了不同植被类型的蒸散量和生态用水量、流域生态用水量及其与气候和土地利用变化的关系。研究结果表明:(1)流域土地利用结构从1982-2002年间变化较大,农地(特别是梯田)增加较快,乔木林地急剧减少,主要表现为毁林、开荒和造田;(2)研究区内各种植被/土地利用类型的蒸散量和生态用水都极大地受控于气候(特别是降雨量)的影响,其年际差异较大;(3)不同植被/土地利用类型间的蒸散量和生态用水差异明显,在各个年份乔灌林的生态用水量均大于农作物和自然草地的蒸散量和生态用水量,但生态用水的差异程度小于蒸散量的差异程度;(4)以自然草地(即荒草地)为标准,农作物的蒸散量和自然草地接近,但乔灌林地的蒸散量和生态用水量均远高于自然草地,难于实现土壤水分平衡;(5)流域土地利用结构的变化(主要是强耗水植被的减少)减小了流域生态用水量,增强了流域的水分平衡能力。     

用卫星资料反演中国西北地区东部蒸散量的遥感模型

根据定西干旱气象与生态环境试验基地的麦田微气象观测和研究区的124个气象站常规资料,结合NOAA-16/AVHRR的资料,采用地表能量平衡算法的卫星遥感模型估算了中国西北地区东部4～8月的日蒸散量及其区域分布,并按气候和土地利用类型分别统计灌溉农田、干旱草地、冬春小麦农田、针阔混合林、常绿林和沼泽草甸等不同地表的蒸散量平均值和标准差,揭示了作物不同生育期自南到北由湿润的常绿林区至半干旱雨养农田直到干旱的荒漠地带的蒸散递减的分布特征.模型探索了卫星遥感无法得到近地层气温的难点,从而提高计算精度.经试验区54站蒸发皿推算的日蒸散量检验,相对误差为16.6%,与定西用LI500型CO₂/H₂O通量仪实测的日蒸散量误差仅16.2%.结果表明计算的蒸散量与实测值在整个试验区内有良好的一致性.     

黑河上游青海云杉森林生态系统蒸散发分割

通过对黑河上游排露沟流域海拔2 700 m和2 900 m处青海云杉森林生态系统不同季节的土壤水、 植物水和大气水汽等不同水体稳定氧同位素组成（δ¹⁸O）的测定， 运用Craig-Gordon模型、 同位素稳态假设和Keeling Plot模型分别得出土壤蒸发、 植物蒸腾和蒸散发的δ¹⁸O， 结合多元线性混合模型将生态系统蒸散发分割为土壤蒸发和植物蒸腾。结果表明： 土壤蒸发水汽的δ¹⁸O_E、 植物蒸腾水汽的δ¹⁸O_T及蒸散发水汽的δ¹⁸O_ET分别介于-35.9‰ ~ -25.2‰、 -9.0‰ ~ -4.2‰和-18.5‰ ~ -10.2‰之间， 三者顺序为δ¹⁸O_T > δ¹⁸O_ET > δ¹⁸O_E， 满足同位素稳态假设。植物蒸腾对蒸散发的贡献率（f_T）在52.2% ~ 88.4%之间变化， 土壤蒸发对蒸散发的贡献率（f_E）在11.6% ~ 47.8%之间变化， f_T远大于f_E， 说明生态系统蒸散发大部分来自于植物蒸腾， 即植物蒸腾是青海云杉森林生态系统蒸散发的重要组成部分。f_T与气温呈负相关， 而与相对湿度呈正相关， 说明气温对f_T起抑制作用， 相对湿度对f_T起促进作用， 但是相关系数不高， 说明f_T在自然环境下还可能受除气温和相对湿度外的多种环境因素和生物因素综合影响， 具体影响机理有待进一步探究。本研究结果可为进一步研究黑河流域区域内循环和流域尺度水循环研究提供理论依据。     

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。     

太行山地区不同植被林冠截留降水的研究

通过穿透降雨和树干径流自动采集系统,对油松、侧柏、刺槐三种植被截留实验数据进行了分析。结果表明,三种植被林内穿透降雨与林外天然降雨都具极显著的正相关线性关系,林冠截留量与林外降雨量呈幂函数关系,平均截留率大小关系为油松>侧柏>刺槐。相同林外降雨量下产生的树干径流量大小关系为刺槐>侧柏>油松。     

水土保持的水文效应分布式模拟

以半分布式地形指数模型为基础,提出了水土保持措施地形指数的概念,对TOPMODEL进行了改进。利用植被指数NDVI进行了植被截留的时空差异分析。利用1992~1995年和1997年的逐日流量资料,对修河流域清江站以上水土流失较为严重的地区进行了梯田、经济果林、种草及水土保持林4种水土保持措施的水文效应模拟,该模型取得了较好的模拟效果。     

Water Balance and Evapotranspiration Monitoring in Geotechnical and Geoenvironmental Engineering

Among the various components of the water balance, measurement of evapotranspiration has probably been the most difficult component to quantify and measure experimentally. Some attempts for direct measurement of evapotranspiration have included the use of weighing lysimeters. However, quantification of evapotranspiration has been typically conducted using energy balance approaches or indirect water balance methods that rely on quantification of other water balance components. This paper initially presents the fundamental aspects of evapotranspiration as well as of its evaporation and transpiration components. Typical methods used for prediction of evapotranspiration based on meteorological information are also discussed. The current trend of using evapotranspirative cover systems for closure of waste containment facilities located in arid climates has brought renewed needs for quantification of evapotranspiration. Finally, case histories where direct or indirect measurements of evapotranspiration have been conducted are described and analyzed.     

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。     

森林水文生态效应若干争论问题讨论

对国内外若干森林水文生态效应的部分争论焦点问题进行了阐述,指出容量饱和与平衡变化是导致不同森林水文生态效应存在的根本原因.截留量可以用林冠截留率或林冠饱和度计算.对森林水文生态效应的研究方法进行了探讨,指出某些研究结论相反的原因可能是由于实验方法的问题.必须结合水文循环过程的机理,加强森林生水文生态效应机制的研究,要建立不同空间尺度的分布式水文模型,从而准确的回答流域或区域的森林生态水文效应.     

森林冠层影响降雪截留过程的研究进展

森林冠层对降雪的截留和冠层截留雪的蒸发/升华、散落释放、融化滴落等过程显著影响了北方森林区域的水文循环,开展森林冠层对降雪截留过程影响的研究对于季节性积雪森林区域的气候变化、森林经营、森林火灾以及植被演替具有重要的科学意义。对当前的森林冠层影响降雪截留过程的观测方法和理论机制进行了深入探讨和总结,并针对现有研究中缺乏林分尺度和水平过程的研究等问题,提出了引入遥感技术等先进的研究方法以及开展多尺度、多过程和多因素的交叉研究是今后研究中的重点方向。     

荒漠地区主要固沙灌木的降水截留特征

在草原化荒漠带沙坡头地区,利用草方格沙障并栽植灌木柠条和半灌木油蒿对流动沙丘进行固定,经过40a的演变,逐渐形成由矮灌木与草本植物覆盖的固定沙丘景观.降水是该地区唯一的补给水源,对维持荒漠生态系统的稳定持续发展具有极其重要的作用.试验对两种主要固沙(半)灌木单株植物冠层在自然降水条件下的截留损失水量、冠层截留容量以及截留率与降水属性参数的关系进行了分析,并利用固沙植物群落内植被盖度等指标将所测得单株植物冠层截留转换为一定群落水平上冠层对降水的分割效应.结果表明,不同灌木类型的群落之间对降水截留的影响存在显著差别,对盖度达34%的油蒿群落而言,当单株植物投影面积平均为3900cm²时,其冠层截留容量约为0.7mm,群落截留损失水量平均占年降水量的26 8%;而盖度达30%的柠条群落,当单株植物投影面积平均为4070cm²时,其冠层截留容量约为0.3mm,群落截留损失水量平均占年降水量的17%.当降水强度<0.5mm·h^-1时,两种植物冠层截留水分与总降水量的比率随着降水强度的增加均呈明显的下降趋势;当降水强度>1mm·h^-1时,油蒿冠层截留与总降水量的比率基本稳定在0.3～0.4,柠条冠层截留与总降水量的比率基本稳定在0.2～0.3之间,比油蒿群落冠层截留率低10%左右.