秦岭南北潜在蒸发与气温响应关系及其影响因素

蒸发是水文循环的重要组成部分,精细化蒸发变化与气象要素的响应关系,对中国重要生态过渡带水资源、生态恢复重建以及社会经济的可持续发展具有重要意义。基于1970—2017年70个气象站点观测数据,辅以趋势分析和小波相干方法,对秦岭南北气温和潜在蒸发(ET₀)变化特征进行分析,探讨气象要素与ET₀的响应关系。结果表明:以滑动相关方法为基础,无论是滑动窗口调整,还是去趋势序列,气温与ET₀均呈现正相关关系,说明秦岭南北气温上升,ET₀增加;但是,秦岭南北气温与ET₀相关关系存在时空差异。以1993年为时间节点,前期气温和ET₀相关性呈现增加趋势,后期则逐渐减弱;空间上西秦岭地区是气温和ET₀的弱相关区。在主导因素上,ET₀对太阳辐射变化更为敏感,风速并非区域ET₀变化的主导因素,从而导致"蒸发悖论"现象并不突出。多因素主导ET₀变化,是秦岭南北ET₀与气温...     

农田蒸散,土壤蒸发与水分有效利用

本文通过试验研究和模型模拟，对作物生长期间的水分条件，作物蒸散规律，土壤蒸发占蒸散的比例，覆盖的节水效应和灌溉对作物生长的影响进行了研究，对如何科学合理有效地利用水分提供依据。     

基于极限学习机的干旱区潜在蒸发量模拟

准确地模拟干旱区潜在蒸发量,对区域水资源的合理开发利用与生态环境保护具有十分重要的意义。以极限学习机（ELM）模型为基础,以古浪河流域的乌鞘岭、古浪两个典型气象观测站点为对象,将气象因子的不同组合作为输入参数,构建了适合当地的潜在蒸发量模型。利用构建的模型对乌鞘岭、古浪气象观测站点的月潜在蒸发量进行了模拟,将模拟结果与支持向量机（SVM）模型模拟结果进行了对比,发现ELM模型在干旱区月潜在蒸发量模拟中有更好的适用性,可为干旱地区潜在蒸发量的估算提供新方法和思路,是资料有限条件下潜在蒸发估算的有效方法。     

“蒸发悖论”在黄河流域的探讨

利用黄河流域72个气象站点1960-2010年的气象资料,系统分析了过去51年间气温、降水量以及潜在蒸散量的变化趋势,研究了气温、降水量与潜在蒸散量之间的长期变化趋势关系,对影响潜在蒸散量下降的主要因子进行了探讨,重点对黄河流域是否存在“蒸发悖论”进行验证.研究结果表明:(1)过去51年间,黄河流域内气温增加显著、潜在蒸散量呈下降趋势,总体上存在“蒸发悖论”;(2)“蒸发悖论”具有空间上和时间上的不一致性,随着气温增加,春、夏、冬三季潜在蒸散量呈减少趋势,减少区域主要集中于山西、河南大部分区域以及甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等少部分区域;时间上主要表现在1960-1979年潜在蒸散量变化趋势不明显,1980-2010年气温与潜在蒸散量变化趋势在空间分布上的逆向关系更加明显;(3)过去51年间,降水量无论是年际还是夏、秋季变化趋势都不明显,降水量与潜在蒸散量时空变化分布上大体呈现逆向变化关系;(4)从气象要素变化对潜在蒸散量变化的贡献率来看,近51年来风速的明显减小是导致黄河流域潜在蒸散量减少的主导因素.     

盐田卤水蒸发过程的研究进程

通过国内外盐湖基本情况和工业化开发现状综述 ,介绍了盐湖卤水在天然蒸发过程中的有关理论和应用研究进展。从盐湖化学工程角度提出了盐湖卤水蒸发过程研究需要进一步解决的问题 ,这些问题涉及到制约我国多种体系盐湖进一步高效有序开发和综合利用发展 ,从化学工程理论和实际生产过程有机结合进行研究 ,将对盐湖开发产生一定的推动作用。     

相律的应用:蒸发结晶过程自由度

在连续原理和浓度限制条件的基础上,分析了卤水蒸发过程的自由度,提出了“蒸发结晶过程自由度”这一概念。发现蒸发结晶过程自由度在整个过程中不是1便是0,在1和0之间交替变化,与选择的组分数和析出固相数目无关。蒸发结晶过程自由度为1,物理意义是在不引起新相产生旧相不消失的前提下过程连续地变化(水分的连续蒸失),几何意义是指在适当的坐标系中的一条线,一条直线或曲线;0的物理意义是指新相的产生和旧相的即将消失或者前一段的连续变化过渡到后一段的连续变化,几何意义是指一点,两蒸发阶段的交点或者过程的终点。简单地讨论了过程的单向性和连续件。     

1960年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系

利用中国新疆地区1960-2005 年109 个设有蒸发皿蒸发观测的常规气象站资料, 并结 合不同驱动场和不同陆面模式的模拟结果, 对蒸发皿蒸发及模拟的实际蒸发的年、各个季节 的变化及其它们的相互联系进行了详细的分析和讨论。结果发现, 在过去的46 年里, 年蒸发 皿蒸发总体上都表现为明显的下降趋势, 而实际蒸发在总体上显著上升, 与蒸发皿蒸发的变 化趋势相反。在80 年代中后期, 蒸发皿蒸发、实际蒸发和降水的转折点(1986 年) 一致, 进 一步说就是无论在转折点的前后, 降水增加的转折性变化与模拟的实际蒸发的转折性增加变 化一致, 而与蒸发皿蒸发减小的转折性变化相反, 这表明, 在新疆地区, 蒸发皿蒸发和实际 蒸散之间具有相反的变化关系, 这支持Brutsaert and Parlange 提出的蒸发皿蒸发和实际蒸散 之间具有互补相关关系(变化趋势相反) 的理论。分析气温、降水、湿度、云量和日照时数等 环境变量的变化趋势发现： 降水、云量等表征大气中水分特征的变量表现为明显的上升趋势, 这也间接的证明了蒸发皿蒸发和实际蒸散之间存在相反的关系, 而与各个环境变量之间相关 系数的分析则表明, 气温日较差、风速、低云量和降水是与蒸发皿蒸发和实际蒸发关系最紧 密的环境因子, 它们的变化可能是导致蒸发皿蒸发和蒸散量变化的原因。     

饱和流沙和苔藓结皮在蒸发过程中的水分特征研究

利用Star-1微型水分蒸发测定系统（SC-DLO,Wageningen, Netherlands）研究了饱和流沙（后文简称流沙）和苔藓结皮（取自1956年人工固沙植被区）蒸发过程中水势、蒸发量和水分特征曲线的变化特点。研究发现,流沙和苔藓结皮的水势在蒸发过程中呈现出各自特点,而且其蒸发的持续时间也具有明显差异;流沙和苔藓结皮的蒸发量都经历了先稳定,后增加,最后又降低三个过程,但流沙的蒸发量比同期纯水稍高,而苔藓结皮与纯水基本无明显差异;在相同吸力条件下,流沙释放的植物可以利用的有效水比苔藓结皮多近1/5,故苔藓结皮的持水能力明显强于流沙。对流沙和苔藓结皮蒸发过程中的水势、蒸发量和不同吸力条件下土壤体积含水率所做的统计分析表明:流沙和苔藓结皮的水势和不同吸力条件下土壤的体积含水率具有显著性差异,而两者的蒸发量没有明显差异。     

我国北方四大盐海区卤水蒸发计算及其分布

分析不同浓度卤水和淡水的蒸发值(实测)与卤水浓度、空气相对湿度之间的关系,推导出卤水比蒸发实验式,计算了北方四大海盐区55个气象站年、月淡水和不同浓度卤水蒸发值,绘制年蒸发分布图,并分析卤水蒸发的时空分布特征。     

察尔汗盐湖卤水模拟蒸发计算

研究了青海察尔汗盐湖不同K~+含量模拟卤水的理论蒸发过程,以25℃Na~+,K~+,Mg2+//Cl~--H_2O相图为依据,通过物料衡算,计算出各个析盐阶段和蒸发过程的析盐量、蒸发水量、成卤率。通过非线性拟合,获得单位含钾矿物和蒸发水量的关系式,为优化盐田工艺提供了理论基础,便于精控盐田。     

流动沙丘干沙层厚度对土壤水分蒸发的影响

利用Micro-lysimeter对流动沙丘不同干沙层厚度下的土壤水分蒸发作了测定与分析,结果表明:当干沙层厚度发育达到5 cm以上时,流动沙丘干沙层厚度成为土壤水分蒸发的决定因素。随着干沙层厚度的增加,土壤蒸发量逐渐降低;各观测日的蒸发抑制率随着干沙层厚度的增大而增大;5 cm的干沙层对蒸发的抑制作用最大可达70.6%,30 cm的干沙层则最大可达92.38%;干沙层厚度与土壤蒸发量之间存在显著的线性关系。各气象因子以及湿沙层不同深度土壤体积含水率对土壤蒸发量的影响作用很小,相关分析均没有达到显著水平。     

A general model for estimating actual evaporation from non-saturated surfaces

Based on energy balance equation and mass transfer equation, a general model to estimate actual evaporation from non-saturated surfaces was derived. Making use of two concepts, "relative evaporation" and "relative drying power", a relationship was established to account for the departure from saturated conditions. Using this model, the actual evaporation (evapotranspiration) can be calculated without the need of potential evaporation estimation. Furthermore, the model requires only a few meteorological parameters that are readily and routinely obtainable at standard weather stations. Based on nearly 30 years data of 432 meteorological stations and 512 hydrological stations in China, in combined with GIS, nine typical river basins were selected. Using the data of the selected river basins, the model was tested. The results show that the actual evaporation rate can be estimated with an error of less than 10% in most areas of China, except few years in the Yellow River Basin.     

A general model for estimating actual evaporation from non-saturated surfaces

Based on energy balance equation and mass transfer equation, a general model to estimate actual evaporation from non-saturated surfaces was derived. Making use of two concepts, “relative evaporation” and “relative drying power”, a relationship was established to account for the departure from saturated conditions. Using this model, the actual evaporation (evapotranspiration) can be calculated without the need of potential evaporation estimation. Furthermore, the model requires only a few meteorological parameters that are readily and routinely obtainable at standard weather stations. Based on nearly 30 years data of 432 meteorological stations and 512 hydrological stations in China, in combined with GIS, nine typical river basins were selected. Using the data of the selected river basins, the model was tested. The results show that the actual evaporation rate can be estimated with an error of less than 10% in most areas of China, except few years in the Yellow River Basin.     

A modified numerical model for moisture-salt transport in unsaturated sandy soil under evaporation

Soil salinization, caused by salt migration and accumulation underneath the soil surface, will corrode structures. To analyze the moisture-salt migration and salt precipitation in soil under evaporation conditions, a mathematical model consisting of a series of theoretical equations is briefly presented. The filling effect of precipitated salts on tortuosity factor and evaporation rate are taken into account in relevant equations. Besides, a transition equation to link the solute transport equation before and after salt precipitation is proposed. Meanwhile, a new relative humidity equation deduced from Pitzer ions model is used to modify the vapor transport flux equation. The results show that the calculated values are in good agreement with the published experimental data, especially for the simulation of volume water content and evaporation rate of Toyoura sand, which confirm the reliability and applicability of the proposed model.     

基于土壤水分的农业干旱监测研究进展

土壤水分是评估农业干旱的关键变量。然而长期以来,由于缺乏大范围、高精度、长时间的土壤水分观测数据,基于土壤水分的农业干旱监测在实际应用中受到限制。近年来,随着遥感观测技术的发展,土壤水分数据的时空覆盖度和产品精度显著提升,基于土壤水分的农业干旱监测逐渐吸引更多的关注。论文系统归纳了站点观测与微波遥感观测的土壤水分数据特性,综述了目前基于土壤水分的3种农业干旱监测指标：基于长时间土壤水分序列的干旱指标、基于土壤水分与土壤水力学参数的干旱指标和基于土壤水分等多变量综合的干旱指标。最后,论文从提高土壤水分数据空间分辨率、加强农业干旱机制研究与完善农业干旱监测体系三方面提出基于土壤水分的农业干旱监测所面临的挑战与机遇,以期为未来的相关研究提供参考。     

遥感反演土壤蒸发/植被蒸腾二层模型在华北地区的应用

利用一种可操作的地表蒸散遥感反演二层模型,以我国华北平原为研究区,选择2004年的3月至6月华北地区主要农作物冬小麦的生长季节作为研究时段,利用MODIS遥感卫星数据,结合地面130多个气象台站的空气温湿度实测数据,实现了土壤蒸发和植被蒸腾的反演。采用国家生态网络禹城综合试验站利用涡度相关系统观测的地表总蒸散半小时平均的数据进行了模型验证,结果表明模型估算的地表可利用能量与地面实测数据的相关系数可以达到0.92,均方差为30.4w.m^-2;模型估算的地表总蒸散值与地面实测数据的相关系数为0.85,均方差为21.3 w.m^-2,由此证明了模型的可用性。     

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失,其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率,从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区,定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期(5~9月)应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysime-ter)测定了风沙土(有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部)和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明:在相似的气象条件下,风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘(风沙土区)的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18.7mm,丘间低地为38.8mm,荒漠盐碱土为52.1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为:裸露沙丘0.20,丘间低地0.42,荒漠盐碱土0.62,表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时,从数据分析中可以看出:在风沙土区0~5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用,而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率,为植被恢复奠定了良好的基础。因此,裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。     

层状土壤中砂层层位对潜水蒸发的影响

通过室内一维土柱实验,研究了夹砂层土体构型中砂层层位对潜水蒸发的影响,分析了其影响机理,进一步讨论了砂层位置和水分蒸发的定量关系。结果表明,砂层对于水分的蒸发既有促进也有抑制作用,在地下水埋深为50cm时,5cm厚的底砂层可使水分的蒸发强度增加10％-20％;砂层距水位的距离大于5cm时,砂层可抑制水分的蒸发,且当距离增加到35cm左右,其抑制率可达70％-80％;当砂层距水位的距离继续增大时,水分的蒸发强度基本保持不变。这主要是由砂层自身的导水率变化以及砂层与同剖面中其它土质导水率的相对大小发生变化而引起。累积蒸发量与砂层层位以及蒸发历时之间定量关系的建立为预测砂层对潜水蒸发的影响以及估算特定历时蒸发损失量最小的砂层层位提供了依据。     

基于辐射的潜在蒸散量估算方法适用性分析

根据不同气候区4个站的历史数据,选取8种基于辐射的PET估算方法,以FAO56-PM法计算的PET作为参考值进行比较分析,最后用20 cm蒸发皿蒸发量对所有方法在不同气候区的适用性进行评价.其结果表明,采用初始参数时,Hargreaves法在不同气候区估算的逐月以及多年月平均PET误差均较小,其它方法则产生较大误差.校...     

青藏高原土壤水分变化对近地面气温的影响

青藏高原为全球气候变化最为敏感的区域之一,探讨该地区土壤水分变化对近地面气温的影响将为青藏高原水汽循环研究及该地区对周边气候与环境的影响研究提供重要理论支撑。利用NCEP-CFSR数据集,基于土壤水分对近地面气温的影响机理,揭示了青藏高原不同季节、不同植被分区下土壤水分时空分异规律、土壤水分与蒸发率的响应与耦合状态及土壤水分通过蒸散发过程对近地面气温的影响。结果表明：① 不同季节下青藏高原土壤水分空间分布基本一致,除西北地区和喜马拉雅山脉外,整体呈现由东南向西北递减趋势,青藏高原地区存在干旱区变湿,湿润区变干的空间特征;② 青藏高原大部分区域土壤水分处于干湿过渡状态,其中青藏高原南部和东南部地区全年处于干湿过渡状态,而柴达木盆地几乎全年处于干旱状态;③ 近地面气温对土壤水分的响应在冬季最弱,在夏季最强且空间差异较小,其中在冬、春、夏季为负反馈,另外不同植被覆盖区近地面气温对土壤水分的敏感性差异很大。此项研究对于进一步探讨青藏高原地区陆气耦合状态及变化环境下的区域水汽循环及其效应具有重要理论意义。