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。     

基于水文模型的蒸散发数据同化研究进展

本文系统综述了基于水文模型的蒸散发数据同化研究,阐述了蒸散发作为非状态变量构建数据同化演算关系的难点和瓶颈,并系统分析了利用当前各种通用水文模型进行蒸散发同化的可行性.基于此,尝试提出了一种易于操作且具有水循环物理机制的蒸散发同化新方案,该方案利用具有蒸散发—土壤湿度非线性时间响应关系的分布式时变增益模型(DTVGM),并进一步完善DTVGM蒸散发机理,构建基于DTVGM水文模型的蒸散发数据同化系统.该新方案将为区域蒸散发精确模拟提供新的思路和借鉴.     

遥感数据产品率定水文模型的潜力研究

地表径流的预测和模拟是水文地理研究的核心,对水资源管理和规划都具有重要意义。传统研究借助于实测地表径流进行水文模型率定和参数移植,对“无测站流域”进行径流预测,但在实测径流稀缺或受到强人类活动（如大坝调控）干扰时,参数移植能力受到限制、预测能力不足。而遥感数据具有时空连续的优势,且不受制于地表径流观测时间序列,为径流预测提供了新思路。本文采用了遥感数据率定水文模型的方法,在中国84个流域探究该方法采用遥感蒸散发、水储量和土壤水数据不同组合率定水文模型,评估各方案预测流域径流的潜力。结果显示基于偏差校正后的网格蒸散发数据约束水文模型的新方法,在中国干旱区和湿润区均具有较大的应用潜力;在格网上约束水文模型相比集总式约束具有较为明显的优越性;应采用多个水文模型提升该方法在不同流域的应用潜力。该方法的径流预测能力具有明显的空间分异性,因地制宜方可有效发挥遥感数据的优势。     

基于遥感驱动分布式时变增益水文模型

提出了一个完全采用遥感数据驱动的分布式时变增益水文模型,该模型通过融雪、产汇流等水文过程计算,给出流量的雪盖、蒸散发、径流等水文要素。在拉萨河流域,该模型采用遥感USGS-SRTM的3秒DEM、遥感TRMM(The Tropical RainfallMeasuring Mission)降水、Modis-LST(Land Surface Temperature)数据,建立分布式水文模型,模拟了2001-2008年日水文过程。模拟结果效率系数接近0.7,相关系数接近0.8,水量平衡误差5%以内。说明完全依靠遥感驱动水文模型进行水文水资源模拟可行。该模型为解决高寒山区无资料或缺资料地区水文水资源问题提供了一个新方法。     

夏季风影响过渡区陆面蒸散发对夏季风活跃度的响应北大核心CSCD

在东亚夏季风影响过渡区,陆面蒸散发(Evapotranspiration,ET)时空变化对夏季风活动响应规律的研究对理解陆地水热循环过程至关重要。本研究利用夏季风过渡区及邻近区域14个陆面观测站点的蒸散发观测数据评估了6种常用蒸散发全球产品的适用性,并对它们在过渡区的年际变化进行了比较。评估表明,JRA-55(Japanese 55-Year Reanalysis)可以较好模拟站点尺度的蒸散发,而且能够合理刻画过渡区平均蒸散发的长期年际变化,因此将JRA-55作为蒸散发参考数据集。在理解过渡区蒸散发时空变化的基础上,考察了陆面蒸散发对夏季风活动的响应特征。为识别东亚夏季风在影响过渡区的活跃度和活动规律,引入夏季风持续时间,该指数较常用的夏季风强度指标能更合理地反映过渡区夏季降水和夏季风活动的年际变化特征。本研究发现陆面蒸散发在年际时间尺度上与夏季风持续时间的散点呈现近似对数/幂函数曲线。在弱夏季风年,蒸散发年际变化对夏季风持续时间更为敏感。对蒸散发和夏季风持续时间进行集合经验模态分解,结果显示出夏季风活动在3年、年代际和长期趋势上显著影响蒸散发。未来气候情景下,东亚夏季风系统的活跃度很可能将增强,这会加速陆面蒸散发等水循环过程,同时对流域水资源和生态系统的稳定性将会产生重大影响。     

中国地表潜在蒸散发敏感性的时空变化特征分析

潜在蒸散发是农田灌溉管理、作物需水量估算、稀缺资料地区水量平衡等研究中的重要参量,分析其对气象因子的敏感性有助于农业水资源优化配置和气候变化对水资源的影响研究.根据中国1960-2007年的653个气象台站的常规气象观测资料.采用优化太阳辐射计算的Penman-Monteith潜在蒸散发计算方法,分析了中国10大流域片...     

宁夏引黄灌区蒸散发量的计算模拟

为了解宁夏引用耗排黄河水量的问题,针对水域、裸地-植被域和不透水域等不同土地利用类型,采用了Penman公式、Noilhan-Planton模型和Penman-Monteith公式等对相应土地利用类型的蒸散发量进行计算模拟,从而确定了区域蒸散发量的计算模拟方法。依据计算模拟结果和试验观测数据对区域蒸散发量的计算模拟方法进行了验证。基于以上研究,以宁夏引黄灌区为例,对宁夏引黄灌区2000年的蒸散发量和1991-2000年间蒸散发量的变化趋势进行了计算模拟,并就降雨量对区域蒸散发量的影响关系进行了分析。模拟结果表明,2000年宁夏引黄灌区(不计黄河干流河道本身的蒸发)的总蒸散发量为4.59×109m3,计入黄河干流河道本身的蒸发则总蒸散发量为4.97×109m3;1991-2000年10年间区域总蒸散发量和区域农田蒸散发量呈增加趋势,天然林草灌木地和荒地蒸散发量呈下降趋势;区域总蒸散发量、农田蒸散发量、林草灌木地蒸散发量等与降雨量有着较好的相关关系,并随着降雨量的增加呈递增趋势。     

基于径流对气候变化敏感性指标的多源数据质量评估

准确评估径流对气候变化的敏感性对水资源管理至关重要。多源气象水文数据集已被广泛应用于径流对气候变化敏感性的分析中,但目前尚无研究从径流敏感性的角度评价不同数据集。基于中国6个不同气候条件流域的实测气象水文资料,本文计算了径流对降水和潜在蒸散发变化的敏感性,并以此为基准评估4类数据集GLDAS、ISIMIP2a、ISIMIP2b、CMIP6 共45套子数据集的径流敏感性模拟效果。结果表明：GLDAS数据集模拟精度较低,CMIP6、ISIMIP2a、ISIMIP2b数据集模拟精度差异较小;3套子数据集ISIMIP2a中的CLM4.0、CMIP6中的UKESM1-0-LL、MIROC6在6个流域均具有较好的径流敏感性模拟效果,可适用于不同气候条件下的径流敏感性模拟与演化趋势分析。本文研究结果可为气候变化影响下中国稀缺资料流域的径流和水资源变化预估提供参考。     

分布式水文模型结合遥感研究地表蒸散发

地表蒸散发是研究土壤-植被-大气系统水热平衡的关键因子。用改进的DHSVM分布式水文模型对汉江上游子午河流域蒸散发进行模拟。根据流域特点,主要进行TM遥感数据的大气校正和几何校正,在此基础上得到叶面积指数和土地覆盖等地表参数;再利用GIS技术基于DEM求出坡度、坡向和地形指数等因子。分析了蒸散发时空分布特征,表明日尺度蒸散发空间分布差异较大。初步验证了结果,表明模型在中国典型湿润区小流域取得较好效果。     

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。     

蒸散发测定方法研究进展

蒸散发过程是水文循环的重要环节, 也是全球能量交换的重要组成部分, 决定了土壤－植被－大气系统中水、热传输过程, 对其进行定量估算是评价陆地生态系统生产力、水源涵养能力、区域耗水及土壤水分运移的基础, 是全球气候变化研究的重要内容。本文根据蒸散发测定思路和方法的不同, 将蒸散发测定按照实测法和模型法两类方法进行总结, 系统回顾了实测法和模型法的不同算法, 评述不同方法的原理和优劣, 并总结和分析了目前蒸散发测定工作中应重点研究的内容, 指出未来蒸散发估算的发展方向, 以期为相关研究的开展提供参考。     

新疆焉耆盆地农田耗水有效性评价

西北干旱地区受监测资料匮乏等因素,难以实现区域尺度的水资源消耗效用评价。使用MODIS遥感数据驱动混合双源梯形蒸散发模型（HTEM）,对焉耆盆地陆面蒸散发的时空过程进行了连续模拟,并对灌区耗水量进行有效性评价。结果表明：（1）2013—2020年焉耆盆地灌区多年平均蒸散发为624.4 mm,其中作物生育期4—10月蒸散发占全年的89.6%。（2）焉耆盆地灌区植被蒸腾与土壤蒸发多年平均分别为508.9 mm和115.5 mm,各占总蒸散发的81.5%和18.5%。（3）焉耆盆地灌区多年平均蒸散发耗水量13.82×108m3,其中高效、中效和低效耗水分别占总耗水量的81.5%、5.6%和12.9%,且耗水有效性与植被覆盖度密切相关。在区域尺度以时空连续的方式揭示了焉耆盆地灌区蒸散发水分消耗的有效性,可为干旱区水资源管控提供可靠的理论依据。     

《亚洲中部干旱区蒸散发研究》出版

由中国科学院新疆生态与地理研究所陈曦研究员等编著的《亚洲中部干旱区蒸散发研究》一书由气象出版社于2012年2月出版。本书基于细致、深入的蒸散发理论研究,同化站点观测数据与多源遥感系列数据,从叶片、冠层、群落、流域和区域五个尺度提供了干旱区无资料和缺资料地区蒸散发计算参数方法,解决区域下垫面非均质性的蒸散发计算问题,通过地面涡度相关仪器观测资料分析,提出了瞬时蒸散发的日尺度扩展方法。全书共分为7个章节:亚洲中部干旱区的地理位置和     

黄河典型流域分布式水文过程模拟

基于水循环物理过程的分布式水文模型的研究和应用已经成为当前水文学研究的热点之一。本文应用大尺度分布式水文模型SVAT&HYCY ,选择黄河的主要支流洛河卢氏以上流域进行实例研究。根据 1990～ 1996年的资料进行的模拟结果表明 ,模型可以反映流域蒸散发的空间分布特征以及径流的形成过程。但是在模拟的径流值与实测值之间还有一些差异。这种差别一方面是因为实际径流包含了人类活动的影响 ,另一方面 ,空间插值方法是否准确反映模型的输入量 (特别是降水 )的空间分布特征也将影响模拟精度。     

黑河上游天涝池流域草地蒸散发模拟及其敏感性分析

根据野外气象站观测资料,利用Penman、FAO-Penman、FAO-Penman-Monteith、Priestley-Taylor和FAO-Radiation等5个蒸散发模型模拟黑河上游天老池流域草地日尺度和小时尺度的蒸散发,对模拟值与观测值进行了比较,并进行了相关变量的敏感性分析。结果表明:在日尺度上, FAO-Penman-Monteith模型的模拟效果最好,FAO-Radiation模拟效果最差,其余3种模型的模拟效果较好;在小时尺度上,Priestley-Taylor模型的模拟效果最好,其余模型都不适合该地区草地小时尺度的潜在蒸散发模拟。模型输入参数对蒸散发模拟效果影响强弱顺序为辐射>气压>相对湿度>气温>风速。当地表辐射变动±10%时,模拟值变化幅度20%左右;在其他参数变动±10%时,模拟值变化幅度在8%以下,说明辐射以外的参数是模型模拟较不敏感因素。     

基于SEBS模型的干旱区流域蒸散发估算探究

水资源在干旱区的经济社会发展中占据着举足轻重的地位,被利用的水资源通过蒸散发进入大气,定量估算区域的蒸散发对区域的水资源分配管理、旱情监测等具有一定的指导意义。应用SEBS模型估算了2015年5~9月艾比湖流域的蒸散发,按照流域的分水岭划分研究区范围,根据土地覆被类型将研究区划分为乔木林地、灌木林地、牧草地、耕地、水域及其他6大类,分析了流域内蒸散发的时间与空间变化以及不同土地覆被的蒸散发情况。结果表明：（1）整体而言,流域范围内日均蒸散量在生长季内呈单峰型分布,7月中旬达到顶峰,平均值为4.35 mm·d^-1,最大值为5.63 mm·d^-1,对气温的变化最敏感。（2）研究区蒸散发的高低分布与土地覆被类型分布存在高度一致性,日均蒸散量大小依次为：水域 > 耕地 > 牧草地 > 乔木林 > 其他 > 灌木林。（3）蒸散发在不同土地覆被具有不同的峰值分布,乔木林的峰值分别出现在1.20 mm和6.80 mm左右,灌木林的峰值分别出现在3.5 mm和6.00 mm左右,牧草地分别出现在4.00 mm和6.80 mm左右。耕地、水域的峰值分别在6.60 mm、7.20 mm左右。（4）SEBS模型在干旱区流域具有较高应用价值。     

秭归暴雨与水文特征分析

三峡水库淹没区移民后撤安置，可能引起库区地表水上状态的变化，暴雨是水土流失的主要动力因素。本文分析了库区秭归一带的年降雨的时间分配，暴雨的时间与空间分布的强烈不均匀的特征；论述了有关水文要素，如流域蒸散发、土壤含水量等。最后对王家桥小流域进行了暴雨径流模拟。     

1960—2017年艾比湖流域实际蒸散量与气象要素的变化特征

传统估算蒸散发的方法大都基于局地尺度,而在生态水文发生剧烈变化的资料稀缺流域背景下,充分考虑流域下垫面的空间变异性的陆面过程模型为流域长时序、大尺度及连续模拟实际蒸散量提供了新途径。以艾比湖流域为研究区,应用可变下渗能力模型（VIC）模拟1960—2017年艾比湖流域的水文过程,探讨研究区值实际蒸散发量的年、月、日时空变化规律,并运用小波分析方法对5个气象要素及研究区实际蒸散发量的模拟值进行多尺度特征分析,结果表明：① VIC在温泉和博乐的径流纳什效率系数（NSE）分别为0.09和0.23,模拟效果较为满意;VIC实际蒸散量的模拟值与理论计算值,R²达0.80,均方根误差（RMSE）为31.76 mm a^-1,NSE为0.32,模拟效果相对较好;② 时间尺度上,艾比湖流域58 a来年际实际蒸散量呈上升趋势,年均实际蒸散量以1.03 mm a^-1的速率递增;月值和日值蒸散量均呈单峰趋势;且年代际变化中5—7月的实际蒸散量在20世纪90年代和21世纪呈现下降趋势,20世纪70年呈现上升趋势,而其余月份无明显变化;③ 空间分布上,艾比湖流域内实际蒸散发量总体上呈现高海拔及其附近地区蒸散强烈,从春季到夏季,强蒸散区由西北向东南转移,年实际蒸散量空间分布与春夏季分布一致;④ 艾比湖流域实际蒸散发量与各气象要素在时频域中均存在1~4个显著性周期,且在一定尺度的周期上,平均风速、平均温度以及日照时数超前于实际蒸散量变化,而年降水量和相对湿度滞后于实际蒸散量变化,受降水影响实际蒸散发1965年和2003年发生1 a周期的“强—弱”转换,受相对湿度影响实际蒸散量在1965年和2008年发生2~4.5 a周期的“强—弱”转换。     

森林流域蒸散发的控制要素与区域差异探讨

森林蒸散发是影响河川径流的重要因素,但是森林影响蒸散发的机理和综合效应评价一直存在很大的分歧。本文从植物的光谱反射特征出发,分析了影响森林流域蒸散发的能量收支特征和水分的蒸发耗散关系,指出流域蒸散发的数值是由蒸发潜力和供水能力这两个因素的最小值决定的,并在此基础上提出了流域蒸散发计算的分布式模型。按照该模型,可以统一解释在湿润地区(南方)、干旱地区(北方)和半湿润地区森林变化前后的蒸散发差异,为森林蒸散发计算中长期存在的分歧提供了统一的理论解释和分析模式。     

气候变化和人类活动对汾河流域径流情势影响分析

在人类活动和气候变化的影响下,汾河入黄径流量锐减,加剧了山西省水资源短缺的现状,并引起生态环境的恶化,同时入黄径流量的减少致使黄河干流流量的减少,加剧了黄河中下游的水资源短缺。以汾河流域为研究区,采用水文变异诊断系统分析了汾河流域入黄控制站河津站1956-2012年的径流情势的变化情况,入黄径流有显著下降的趋势,并且在1971年左右发生了突变减少。然后采用多元分析方法,分析造成径流突变减少的影响因子,其径流受到降水量、潜在蒸散发量和人类活动引起的流域属性改变的影响。随后采用Budyko公式分析其敏感性,在相对较长的时间尺度上,气候变化对径流的影响比人类活动更加敏感。最后采用累计斜率法分析上述参数对径流的影响比率,得到径流量受降水量、潜在蒸散发量和流域属性的影响比率分别为16.29%、-4.86%和88.57%。