中国西南山区蒸散发能力的季节和空间变化

从全球范围来看，中国西南山区位地热带与亚热带，印度洋季风与中国季风的过渡带，属于季风气候。5－9月的降水占全年平均降水量的70％，整个山区随海拔高度的变化形成了很多气候带，与中国东部相比，中国西南山区旱季（冬季）温暖，光照充足，天空晴郎。根据中国西南山区36个（主要是云南的）气象站观测资料，利用彭曼修正式估算了中国西南山蒸散发能力（PET）。观测资料统计显示这些气象站位于同一气候区的不同类型区域，本文中估算了不同类型区域的月平均PET的递减率。各种气候类型区域的季节变化反映了季风影响的程度，PET的年内变化可划分为季风前期，季风期和季风后期。PET的区域月递减率在1mm/10mm0--5mm/100mm间变动，较低的云雾或云层等局部气候将太阳辐射控制在低水平，影响PET的递减率的正，负变化，由太阳辐射和风速主导大部分区域PET的最大值出现在季风来临前的2－5月份。在6－9月的季风期，中国西南山区受西南季风控制，整个区域气候变化比较一致，PET的值较小，其空间变化也较小。     

潜在蒸散发公式2种修正方法及其在闽江流域的应用研究

各类潜在蒸散发经验估算法具有区域性的特点,实际运用时需要进行修正。常用的修正方法是通过线性回归法对经验公式的计算结果进行修正,并没有将修正反映到经验公式中的系数上。本研究提出一种系数修正的方法,通过逐月误差比例校正来修正经验公式中的参数,称之为误差比例校正法。以FAO推荐的Penman-Monteith法为标准,比较经线性回归法、误差比例校正法2种方法修正前后6种经验估算法（Blaney-Criddle、Hargreaves、Hamon、Makkink、Priestley and Taylor、Rohwer）在闽江流域的计算精度,从而对误差比例校正法的修正效果及稳健性进行探讨。结果表明：逐月误差比例校正法整体上具有较好的修正效果,可以较大程度提高6种经验方法在该区域的计算精度;常用的线性回归法虽计算较误差比例校正法稍复杂,但其修正效果及稳健性略优于误差比例校正法。     

利用高精度GPS动态监测沟蚀发育过程

基于5次连续模拟降雨试验对坡面沟蚀发育过程的模拟和ArcGis9.0空间分析功能,利用高精度GPS动态监测坡面沟蚀发育过程,估算沟蚀发育不同阶段的侵蚀量,分析误差产生的原因及提高精度的途径.结果表明,在高精度GPS测量生成的沟蚀发育不同阶段的5期图像上展现的侵蚀形态与实拍相片完全一一对应,完美反映了坡面侵蚀形态的空间分布及其变化.高精度GPS测量能很好地估算坡面侵蚀量,侵蚀量估算值与实测值之间的误差随沟蚀形态的发育而逐渐减少,5次测量估算的侵蚀量平均误差为7.38%.GPS测量过程中所产生的误差可以通过划分统一测量区域,适当增加测量点,特别是增加对沟壁和沟床的测量点及后期数据处理进行纠正.     

应用人工神经网络估算伊朗Kharestan流域瞬时顶峰流量(英文)

在水体工程及河流工程项目规划与设计中,瞬时顶峰流量是需要加以了解的最重要因素之一。本研究的目的是,在估算伊朗法尔斯省西北部Kharestan流域的瞬时顶峰流量时,对人工神经网络法与传统方法的功效进行对比。为此,采用了Jamal Beig水文站25年的日顶峰流量和瞬时顶峰流量数据。在Fuller、Sangal及Fill-Steiner经验方法以及人工神经网络方法的基础上进行了估算,并根据RMSE和R2进行了对比。结果显示,采用人工神经网络法的估算值比经验方法的更为精确,RMSE =13.710,R2= 0.942。这表明人工神经网络法比经验方法的误差更低。     

中国不同气候区多源遥感降水融合与性能综合评估

遥感降水产品种类繁多,单一遥感降水产品难以满足所有气候区的降水估算。多源遥感降水融合方法可弥补这一缺陷,进而提高降水估算精度。本研究选择四种全球典型遥感降水产品（CHIRPS v2.0、CMORPH v1.0、PERSIANN-CDR、TRMM 3B42V7）,利用集成模型输出统计（EMOS）进行数据融合,并与均值（MME）对比分析,阐明遥感降水产品和EMOS,在不同气候区的基本统计性能（BIAS、RMSE、r和KGE）、等级性能（POD）和水文性能（NSE）。结果发现：① 四种遥感降水产品均能捕获多年降水的空间分布格局,但EMOS改进了遥感降水产品整体低估现象。相对于MME,EMOS显著地（P<0.05）减小了4个气候区的BIAS,减小全国降水BIAS和RMSE分别为36.9%和10.2%。全国尺度而言,EMOS提高r和KGE分别为18.2%和71.4%。② PERSIANN-CDR中寒旱区微量降雨的POD高于其他三种产品,但是对大雨的POD低于其他产品。EMOS对微量降雨POD的提高出现在干旱区和青藏高原,对中雨POD则在过渡区和湿润区,而对小雨则适用于全国各气候区。③ TRMM 3B42V7的径流模拟能力优于其他三种遥感降水产品,表现最差的为CHIRPS v2.0产品。相对MME而言,除过渡区外,EMOS均提高了其他气候区的水文模拟性能,且在青藏高原、干旱区和湿润区的NSE分别提高26.3%、8.5%和2.2%。研究结果不仅为遥感降水产品在不同气候区数据源的选择提供参考依据,而且为多源遥感降水数据的融合和应用开拓了新思路。     

亚热带典型森林下垫面大气层结变化规律及其对潜在蒸散发估算的影响

为评估忽略大气稳定性对潜在蒸散发(Potential Evapotranspiration,PET)估算的影响,本文以亚热带森林下垫面为例,结合涡动相关观测及莫宁-奥布霍夫相似原理,探讨了冠层上方大气层结变化规律,比较了基于中性假设和考虑大气稳定性影响的PET之间的差异。结果表明：①中性、稳定和不稳定3种大气层结具有明显的日内与季节变化特征,不稳定层结在中午居多,稳定层结在早晨和傍晚居多,而中性层结在昼间均有分布;同时,春夏两季的不稳定层结高频时段较长,而秋冬两季相对较短;总体上,观测期内不稳定、中性和稳定3种层结平均占比分别为41.4%、34.7%与24.0%。②基于中性假设的空气动力学阻力估算方法在一定程度上高估了空气动力学阻力,导致PET存在低估现象(RMSE=25.82 W/m²),且误差偏离随着PET增大而愈加明显。③在当地条件下当量空气动力学阻力■与风速呈显著的指数关系(■,R²=0.50,P<0.05,N=394),基于该关系估算的PET相对于中性假设而言具有更高的精度(R²提高了3.26%,RMSE...     

中国西北地表能量分配影响因子及特征空间法适用性北大核心CSCD

利用2009年地面实测资料,分析中国西北地区不同气候区潜热、感热及其与净辐射之比随土壤体积含水量、土壤温度及入射辐射的变化特征,并结合2000—2018年中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品讨论特征空间法在中国西北地区的适用性。结果表明:在以玛曲站为代表的高寒湿润区,入射能量始终是潜热的主导因素,用于潜热估算的斜率φ可直接取1.26,潜热估算精度依赖于净辐射的反演结果。在以兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL,榆中站)和长武站为代表的半干旱、半湿润区,当入射能量充足时,土壤水分成为潜热的主导因子,这时候使用特征空间法估算的斜率φ值与实测值相关性显著,φ的估算精度将直接影响潜热估算结果。所以,特征空间法适用于以水分为潜热主导因子的地区和时段,且要满足植被指数与地表温度呈负相关。另外需要注意的是在选择特征空间法研究区时必须保证植被指数与地表温度的散点呈规则的“三角形”。     

ERA5再分析降水数据在中国的适用性分析

为了探讨ERA5再分析降水数据在中国区的适用性,以全国728个站点的日降水数据为参考,使用Pearson相关系数、均方根误差、平均绝对误差、探测率、误报率以及公正先兆评分分析了ERA5再分析降水数据在不同时间尺度(月、季)、不同气候区、不同海拔梯度下的精度以及ERA5再分析数据对暴雨和干旱事件的刻画能力.结果表明:ER...     

城市天空开阔度矢量/栅格估算方法对比

城市天空开阔度（Sky View Factor,SVF）是重要的城市形态学参数,为了找出高效可靠的方法定量分析城市天空开阔度,对比了矢量与栅格两种估算方法在城市天空开阔度估算与制图中的表现。以福建省晋江市为例,选取了软件计算法中的矢量计算法和栅格计算法对天空开阔度进行估算,并在结果的宏观分布规律、不同方法结果数值差异、不同分辨率结果一致性几方面进行对比分析。结果表明：与栅格估算法相比,矢量估算方法估算结果与城市建筑结构相符合,估算结果数据分布规律更合理,不同分辨率结果一致性更高,在较高的分辨率下更适应城市天空开阔度定量分析与制图的需要;但在低分辨率情况下,两种方法直接计算结果的代表性都极低。     

以数码照相法估算生物土壤结皮盖度

生物土壤结皮(BSC)是由藻类、地衣、苔藓和土壤中微生物形成的一类有机复合体,是干旱荒漠地区主要的地表覆被类型。由于藻、地衣和苔藓呈非连续性斑块状分布,准确估算它们的盖度比较困难。传统的估算方法主要是样方法和遥感影像法,样方法在野外操作中虽然比较精确但是费时,遥感影像法虽然快速但是误差大。本文试图通过数码照相法获取BSC地表分布信息,然后利用最大似然监督分类法对苔藓结皮、地衣结皮和藻结皮盖度进行分类计算,并用野外原位调查进行验证。结果表明,本文采用的照相法与传统样方法的相关性达到了94.45%,照相法可以有效地用于BSC盖度的估算,提高了盖度估算的效率。     

基于遥感数据的叶尔羌河流域水文过程模拟与分析

在西北荒漠-绿洲生态系统中,山区水循环对下游水资源管理具有重要作用。为了准确地理解高寒山区水文过程,以降水、温度和潜在蒸散发的遥感数据为模型输入,建立叶尔羌河流域的MIKE SHE模型。根据模型输出,从径流、积雪和蒸散发三方面探讨了流域的水文过程。结果表明：经校正后的遥感产品在叶尔羌河流域的水文模拟中取得了良好的应用效果,出山口卡群站日径流的效率系数达0.71,相关系数达0.85。河道的年平均径流深为146.66 mm,其中稳定的基流补给占21.3%。流域的年平均降雪231 mm,占总降水的74%左右;73.9%的融雪发生在7-9月,积雪主要分布于5000 m以上区域。蒸散发以7-9月中低山区植被覆盖良好的针叶林和草地为主。选用合适的方法对遥感数据进行验证和率定,有助于提高对资料缺失的高寒山区流域水文过程的认识。对不同水文要素进行分析验证,可更准确地理解水资源的转化、储存方式及其时空分布,以便为下游水资源管理提供依据。     

水文循环模拟中蒸散发估算方法综述

为选取基于水文循环估算蒸散发方法提供依据, 首先对常用水文模型中蒸散发估算方法进行回顾, 根据其物理机理的强弱性, 将水文模型中蒸散估算方法分为整体折算法和分类汇总法。当前水文模型中整体折算法占较大比重, 它们之间的差异有两点:一是潜在蒸散发估算方法不同;二是土壤干燥度折算函数不同;研究表明:由于水文模型存在不确定性及Penman-Monteith 方法具有较高资料要求, 致使模拟中使用该方法与使用其它简化经验公式相似或更差的水文循环模拟效果。所以对于不同水文模型, 如何选取与之复杂程度相兼容的潜在蒸散发估算方程和土壤干燥度折算函数来降低模型的不确定性需进一步讨论。在此基础上, 预估基于水文循环估算蒸散发方法朝着复杂机理化和简单实用化两个方向发展。     

水文循环模拟中蒸散发估算方法综述(英文)

Actual evapotranspiration is a key process of hydrological cycle and a sole term that links land surface water balance and land surface energy balance.Evapotranspiration plays a key role in simulating hydrological effect of climate change,and a review of evapotranspiration estimation methods in hydrological models is of vital importance.This paper firstly summarizes the evapotranspiration estimation methods applied in hydrological models and then classifies them into the integrated converting methods and the classification gathering methods by their mechanism.Integrated converting methods are usually used in hydrological models and two differences exist among them:one is in the potential evaporation estimation methods,while the other in the function for defining relationship between potential evaporation and actual evapotranspiration.Due to the higher information requirements of the Penman-Monteith method and the existing data uncertainty,simplified empirical methods for calculating potential and actual evapotranspiration are widely used in hydrological models.Different evapotranspiration calculation methods are used depending on the complexity of the hydrological model,and importance and difficulty in the selection of the most suitable evapotranspiration methods is discussed.Finally,this paper points out the prospective development trends of the evapotranspiration estimating methods in hydrological modeling.     

黄土高原1959-2015年潜在蒸发量的时空变化

蒸发是水文循环的一个重要过程,也是影响区域水资源量的重要因素。通过选取黄土高原50个气象站1959-2015年的逐月气象资料,应用FAO修正的Penman-Monteith模型计算黄土高原潜在蒸发量,采用Mann-Kendall检验与空间插值分析其时空变化特征,探讨各气象要素对潜在蒸发量的影响。结果表明：黄土高原多年平均潜在蒸发量在780~1 470 mm之间,由西北向东南递减。1959-2015年,黄土高原潜在蒸发量变化率为5.64 mm·（10 a）^-1;春季变化率最大,其次为夏季和秋季,冬季最小。从空间分布看,西部、中北部地区和东南部地区潜在蒸发量均呈非显著性增加趋势。太阳净辐射量增加是黄土高原潜在蒸发量增加的主导因子,其次为实际水汽压、风速和温度。     

滹沱河上游山区近50年蒸散变化及主要影响因子分析

准确估计流域蒸散,掌握其变化趋势和主要影响因子,对科学认识流域水文循环规律以及管理流域水资源具有重要意义。利用傅抱璞年蒸散量公式计算滹沱河上游山区及其子流域1958-2007年逐年蒸散量,并利用Mann-Kendall-Sneyers等方法分析了流域蒸散趋势和突变特征,及其主要影响因子。结果表明在滹沱河流域傅抱璞公式能够较好的拟合蒸散。50 a来全流域及各子流域年均蒸散呈下降趋势。降水对蒸散起控制作用,相对湿度在流域部分地区显著影响蒸散(α=0.05)。     

泾河流域上游景观尺度植被类型对水文过程的影响

选择具有土石山区的泾河流域上游为研究对象,应用生态水文模型SWIM对上游景观尺度下各植被类型水文效应进行了模拟,并针对上游土石山区和黄土区分海拔段进行了植被分布的水文格局影响分析。结果表明：泾河流域上游的森林、农田、草地各植被类型的蒸散及组分、径流深和土壤深层渗漏各水文过程具有显著差异,不同区域（土石山区和黄土区）的同一植被类型的各水文过程明显不同;同时,植被景观格局存在区域和海拔差异,这使得不同区域和海拔段的各水文过程有所不同。如在土石山区,以森林为主的海拔段2 250-2 922 m降水量和蒸散量均最大（分别为641 mm和484 mm）,以农田、草地和森林均有分布的海拔段1 750-2 250 m降水量较大（590 mm）,但蒸散量最低（仅为434 mm）;而在较为干旱的黄土区（降水量为514 mm）以农田和草地为主两个海拔段（1 026-1 350 m和1 350-1 750 m）的蒸散量较高（分别为458 mm和440 mm）。另外,从各水文过程要素与降水的比值看,两个区域之间差异比较明显,但同一区域不同海拔段间差异不明显。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

19562000年中国潜在蒸散量变化趋势

利用1956²000年全国580个气象站的逐月气候资料,采用FAO推荐的彭曼-孟蒂斯公式计算潜在蒸散量,对中国及十大流域这45年的潜在蒸散量时空分布特征和变化趋势进行了分析,并采用偏相关分析方法,对造成潜在蒸散量变化的主要气候影响因子进行了探讨。结果表明:45年中除松花江流域外,全国绝大多数流域的年和四季的潜在蒸散量均呈现减少趋势,南方各流域（西南诸河流域除外）年和夏季潜在蒸散量减少趋势尤其明显。1980²000年和1956¹979年两时段多年平均年潜在蒸散量差值表明,我国大部地区1980²000年时段较前一时段减少,山东半岛、黄河和长江源区、西南诸河的中西部以及宁夏等地则增多。分析还表明,全国及大多数流域的年和四季潜在蒸散量与日照时数、风速、相对湿度等要素关系密切,但这45年日照时数和/或风速的明显减少可能是导致大多数地区潜在蒸散量减少的主要原因。     

基于网络分析的湿地水文关系研究——以美国奥克弗诺基流域为例

湿地与周边水文系统通过复杂的水文过程相互联系和影响,具有整体性和复杂性.研究湿地与周边水文系统相互作用过程和机理,对湿地保护和恢复起着重要的作用.以美国奥克弗诺基(Okefenokee)流域为案例,构建包含沼泽地表水、沼泽地下水、高地地表水和高地地下水4个水文子系统的流域水文网络模型,采用生态网络分析方法中的效用、控制和单位元分析研究水文单元间作用关系.控制分析的结果显示,高地地表水和地下水两个子系统对沼泽地表水和地下水子系统的支持程度达到100％.无论是沼泽还是松林高地,其地表水和地下水之间存在高度的相互依赖和互补性.效用分析结果表明,沼泽地表水和高地地下水之间存在着互利的水文关系.而单位元分析结果显示,沼泽地下水深层渗漏和高地松树生态系统的蒸散过程是袭夺流域湿地系统水资源的重要一环.上述结果表明,生态网络分析方法可以有效地分析水文单元之间的作用过程、描述水文单元之间直接和间接的水文关系,可以用于流域湿地水资源管理.     

分布式水文模型在黄河流域的应用

流域的水资源规划和管理都离不开水资源的定量化评估。而准确评估流域的水资源量,尤其是在大流域,必须明晰不同气候、地形、土地利用等自然条件下的水文循环过程。同时农业灌溉及水库调节等人工的直接取水和调控使水文过程变得更为复杂。仅依靠气象及水文观测数据,已很难拟合出单一的降雨-径流关系来模拟和预测流域水资源的时空分布。这时就需要一种新型水文模拟手段,它可以利用地理信息来描述流域的空间不均一性,并基于物理控制方程来描述水文过程,这就是分布式水文模型。作者介绍了这种模型及其在黄河流域的应用。