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.     

基于涡动相关仪验证的SEBS模型对黑河中游地表蒸散发的估算研究

在我国西北干旱和半干旱地区, 农业收获主要依靠灌溉保证, 灌溉绿洲的蒸散发(ET)是当地水资源的主要消耗. 通过遥感估算区域灌溉绿洲的ET对于地区合理利用水资源极其重要, 利用MODIS/Terra 影像, 基于物理过程的地表能量平衡模型(SEBS), 结合WRF模式输出的气候驱动数据和地面观测数据来估算黑河中游地区的地表通量和日蒸散发(ET_daily). 估算的ET用不同下垫面的涡动相关仪观测数据进行验证, 结果显示: SEBS模型估算的不同下垫面的ET_daily具有很好的拟合效果(R²=0.96, P<0.001), 在灌溉绿洲估算的ET_daily比实测值偏高, 说明干旱、半干旱地区灌溉绿洲土壤水分胁迫是影响ET的主要因素. 模型估算绿洲作物生长期间的ET_daily和实测的ET_daily平均相对误差为12.5%, 精度在观测的能量不闭合误差以内且精度比戈壁和沙漠地区高.     

不同潜在蒸发计算模型在本溪地区蒸散发计算中的应用对比研究

采用4种潜在蒸散发计算模型,结合区域站点近53年实测蒸发数据对比各模型计算的适用性。结果表明:双源蒸散发模型在本溪地区蒸散发计算适用性最高,其和实测年蒸发相关系数达0. 825 4,其次为P-M公式,其相关系数达到0. 648 9,波文比-能量平衡法以及Dalton公式适用性较低,相关系数低于0. 5。各模型均在夏季和秋季计算适用性最高,冬季和春季相关性较低,适用性不强。为区域蒸发变化及农业需水分析提供参考。     

不同蒸散发计算模型在新疆喀什地区的适用性及对比分析研究

为分析不同蒸散发模型在新疆喀什地区的适用性,结合国内常用两种蒸散发计算方法,应用区域实测蒸发数据,按照年、月、季三个时间尺度分析两种方法计算的适用性和精度。结果表明:VIC模型在年尺度上适用性好于P-M模型,但在夏季和秋季尺度上,P-M模型好于VIC模型,各模型在夏季蒸发计算上好于其他季节。研究成果对于喀什地区蒸发计算提供重要的方法参考。     

不同时空尺度下陕西省ET0的分布规律及影响因素分析

为深入了解陕西省参考作物蒸散发(ET0)的变化情况,利用1961-2017年陕西省31个气象站点57年逐日气象观测资料,分析日尺度和年尺度下陕西省ET0的时空分布特征,并采用MK检验着重分析了日ET0的变化趋势,最后还分析了影响陕西省ET0变化的主要气象因素。结果表明:陕西省北部地区日ET0和年ET0均高于陕南地区;在6、7月份日ET0达到最大值,从1990年以后开始年ET0增大趋势明显;另外,陕西省各地区ET0主要受到太阳辐射、最高气温和最低气温的影响,太阳辐射对ET0的影响自南向北呈现出逐渐降低的趋势,而最高气温和最低气温则相反。     

夏季黑河流域蒸散发量卫星遥感估算研究

依据空气动力学方法和蒸散发量时间尺度扩展方案,利用MODIS资料和气象资料,计算中国西北内陆河黑河流域复杂地形下,2004年夏季7月蒸散发量空间分布及总量。利用Landsat-5TM资料对比分析发现,估算地表水热传输过程时,采用高分辨率遥感资料的估算结果受下垫面非均匀性影响程度,明显小于采用中分辨率资料。通过"金塔实验"湍流观测资料验证表明,利用高分辨率资料估算日蒸散发量的相对误差在10%以内。对月蒸散发量计算分析表明,黑河流域海拔2000m以上祁连山区,7月平均蒸散发量是海拔2000m以下山前地区的2.2倍,而山前平原区绿洲(NDVI>0.10区域)平均蒸散发量又是荒漠戈壁地区的12.3倍。因此,流域中下游绿洲地区特别是农业灌溉区是夏季主要水资源消耗区。     

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。     

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。     

玛纳斯河流域山前平原区蒸散发时空异质性分析

玛纳斯河流域气候干燥、蒸发强烈,准确估算蒸散发量对地下水资源评价及生态环境保护具有重要指导意义。以往蒸散发研究空间分辨率较低,已不能满足各水文地质分区景观格局演变引起的蒸散发细部变化研究,针对以往不足,文章基于SEBAL模型利用Landsat系列影像估算了近30年来玛纳斯河流域山前平原区蒸散发,并进一步探讨不同水文地质分区蒸散发时空分布特征及影响因素。结果表明,蒸散量空间分布按照水文地质分区呈现明显带状性,各水文地质分区日蒸散总量表现为戈壁带<荒漠带<绿洲带,时间尺度上全区蒸散总量呈上升趋势,且增大幅度逐渐变缓,各分区呈现绿洲带蒸散总量递增、戈壁带及荒漠带蒸散总量先减小后增大,各分区蒸散总量变化趋势是由各分区主地物类型蒸散量变化控制;通过对影响因素的分析可知日蒸散发量随气温的升高而升高,各地物日均蒸散发量与全区平均气温变化趋势一致;归一化植被指数与日蒸散发量在戈壁带与绿洲带呈现较好的正相关关系;地下水位埋深与日蒸散发量在绿洲带呈负相关,当地下水位埋深大于5. 5 m时,日蒸散发量趋于稳定。     

用卫星遥感热红外数据估算大面积蒸散量

从能量平衡方程出发,将试验场实测地表热红外温度及各项气象要素,用冠、气温度差方法,求得局部地区的蒸散量;进而与卫星热红外温度数据相配合,估算大面积作物的蒸散发和蒸散量分布。经验证,该方法的研究结果与实测值有较好的相似性.     

格尔木河流域山前平原区蒸散量的分布特征

格尔木河流域干旱少雨,蒸发强烈,为格尔木地区经济发展提供水资源保障。蒸散发是干旱内陆地区地表水及地下水排泄的主要方式,准确估算研究区长时间序列的蒸散量时空分布及其影响因素,对研究区水资源合理开发利用及生态环境保护具有重要意义。传统的蒸散量估算方法难以获取大尺度时空范围参数且估算结果误差较大。文章以格尔木河流域山前平原区为研究区,应用连续序列的MODIS数据及GLDAS气象数据基于SEBS模型估算格尔木河流域山前平原区蒸散量,利用线性回归法及Mann-Kendall显著性检验法分析其连续时间序列内的变化趋势,分析其影响因素。结果表明:研究区蒸散量从2001到2016年总体呈增长趋势,盐沼平原及山前戈壁砾质平原大部分地区蒸散量变化在16年间呈稳定不变状态,盐湖区和绿洲平原呈显著增长趋势。研究区16年间不同地貌蒸散量夏季增减幅度均远大于其他三季,冬季变化幅度最小。     

精量灌溉决策定量指标研究现状与进展

按照土壤 植物 大气连续体(SPAC)理论,灌溉决策的指标可分为三类:土壤水分、作物水分生理状况和气象因素。对这三方面的研究现状与进展作了详细的阐述。在土壤水分监测技术方面,时域反射仪(TDR)技术、微波技术、近红外辐射等的应用,使监测更加准确和便利;用于灌溉决策的作物水分生理信息监测包括:细胞液浓度、叶/水势、茎果微变化、生理电阻电容、声发射等,从目前国际上研究情况来看,叶冠层温度和茎流变化是指示作物水分状况较好的指标;在估算大气蒸发力方面,以参考作物蒸散量为指标,估计作物参考蒸散量的方法以联合国粮农组织(FAO)最新推荐的Penman-Monteith方法较为精细。并对目前灌溉决策指标的综合运用情况进行了总结。讨论了作为精准农业重要组成部分的"精量控制灌溉"今后的发展方向,建议以通过对作物、土壤、气象复合系统的分析和判断,指导灌溉的适时和适量。     

青海公路沥青路面气候影响二级分区及K值变化研究

利用1971-2002年青海公路沿线44个气象台站的降水、气温、水汽压、相对湿度、风速、日照百分率等地面气象资料,采用Penman公式计算了蒸发力ET,应用气候诊断方法分析了潮湿系数的变化特征.结果表明:按潮湿系数,干季青海省公路沿线全部为过干区,其他季节可分为过干区、中干区和润干区.近30a以来,干季公路沿线的潮湿系数K值呈减小趋势,而过渡季节、雨季和年度潮湿系数K值均呈增大趋势.而这种变化,主要是由气候的年代际波动造成的.     

气象产品的广义联合偏差修正方法及其应用

卫星气象产品、气候模式预测数据通常与地面观测数据存在偏差,为保证数据的可靠性和合理性,需要对其进行偏差校正,但偏差校正过程往往受具体区域气象特征、方法本身假定等因素的影响,导致修正效果不佳。为此,本文提出一种广义联合偏差修正方法,相较于现有研究最常用的单变量QM修正方法以及固定多变量修正顺序的JBC修正方法,该方法充分考虑到流域尺度降水和气温双变量的时空相关性,并结合其对径流的主导作用对变量修正顺序进行动态调整,实现了QM法和JBC法的优势互补。在澜沧江-湄公河流域的应用表明：考虑降水、气温相关性可显著改善降水和温度极值的修正效果,尤其是5、6月份,修正后气象与实测数据的纳什系数提升了0.5以上;考虑气象要素的修正次序显著降低了修正后的降水和温度频率分布及均值偏差;利用修正后的气象数据驱动分布式水文模型时,部分月份的径流模拟精度提升了54.3%。     

基于遥感的黄河三角洲农作物需水时空分析

以黄河三角洲为研究区域,系统地提出了用多种分辨率遥感影像进行区域蒸散反演,结合气象数据,进行不同时空条件下农作物需水的分析.通过反演地表反照率、地表温度、地表比辐射系数等参数,进一步计算出地表净辐射通量、土壤热通量、显热通量,根据地表能量平衡方程进行了蒸散的遥感反演;利用5个时相的NOAAAVHRR数据和一个时相的TM数据反演了1999年7～9月的蒸散,并利用TM影像反演的蒸散结果,提高了NOAA气象卫星蒸散反演结果的空间分辨率,大大增加了遥感蒸散反演的实用性.利用6个时相的遥感数据反演的蒸散结果及计算的日潜在蒸散数据对1999年7～9月黄河三角洲各灌区农作物的需水总量进行了时空分析.     

Shuttleworth-Wallace双源蒸散发模型阻力参数的确定

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分.然而,蒸散发的连续测定需要耗费大量的时间,而通过数学模拟可以很好地解决这一问题.在目前已有的众多蒸散发模型中,Shuttleworth-Wallace双源模型考虑了来自冠层和土壤之间的能量交换,适用于计算随季节变化的复杂的植被类型,近年来得到广泛应用.针对近年来在蒸散发模拟过程中得到广泛应用的Shuttleworth-Wallace双源模型,详细介绍了其模型结构及阻力参数,并对各阻力参数的计算方法进行了归纳总结,从模型结构、参数数量以及参数获取难易程度等方面进行了对比分析.结果表明:(1)对于冠层气孔阻力,基于短波辐射、饱和水汽压差和叶面积指数的计算公式更适用于计算连续的较长时间段内的冠层气孔阻力;(2)对于土壤表面阻力,应重点考虑实际土壤含水量和饱和土壤含水量的测定深度;(3)对于冠层边界层阻力,在应用时可依据是否需要考虑自然对流和人工对流而选择对应的计算公式;(4)对于空气动力学阻力,传统的计算方法中参数较易获取,因而适用性高.     

无线气象站数据与人工观测蒸发量的资料同化——以白鹤滩电站坝址区数据为例

在MATLAB中使用最小二乘法拟合Goff-Gratch公式,得到关于气温的饱和水汽压函数。无线气象站观测得到的气象资料结合人工观测蒸发量,在MATLAB中进行回归分析,得到基于彭曼公式的日水面蒸发量计算公式。算例表明,与无线气象站的蒸发量计算值相比,回归分析得到的日水面蒸发量公式计算值与人工观测值能够同步对比。无线气象站资料和人工观测资料能够资料同化,适合在工程中推广。     

基于遥感的区域蒸散量监测方法——ETWatch

ETWatch是用于区域蒸散遥感监测的业务化运行系统,集成了具有不同应用优势的遥感蒸散模型,并以Pen-man-Monteith公式为基础建立下垫面表面阻抗估算方法,利用逐日气象数据与遥感反演参数,获得逐日连续的蒸散分布图。所生成的从流域级到地块级的数据产品能动态反映区域蒸散发的时空变化规律。基于ETWatch方法,对2002-2005年海河流域和河北省馆陶县的蒸散状况进行了连续监测。利用地面观测资料对蒸散遥感监测产品的验证表明,涡度相关观测数据能量闭合率在0.9以上时,1 km级的日蒸散结果的平均偏差约10%;对于地块级(30 m)的ET,受混合像元的影响,相对于土壤水分消耗法测量的作物蒸散发,遥感监测作物蒸散发的平均误差在12.7%左右。     

白洋淀湖泊原位蒸发试验研究

在生态环境脆弱和水资源短缺的雄安新区白洋淀,湖泊水面蒸发是其地表水主要排泄方式之一,研究湖泊蒸发对认识湖泊水循环、生态需水量评价及湖泊生态功能恢复等方面有重要现实意义和科学价值。然而白洋淀湖泊内蒸发实测资料有限,一般采用邻近陆地观测站数据折算或经验模型法估算其蒸发量,计算误差较大,不能准确描述白洋淀湖泊蒸发量。研究在白洋淀湖泊开展原位试验,在湖泊中心位置建立E601蒸发站和20 m2蒸发池观测蒸发量,并建立自动气象站同时监测气象数据,利用E601蒸发站和气象站数据使用相关分析和多元线性回归模型方法分析了蒸发与各气象因素之间的相关性,并将E601蒸发站观测数据与20 m2蒸发池观测数据及数值模拟结果进行了对比分析。结果表明,夏季白洋淀湖泊水面蒸发量日变化较剧烈,变化范围在0.4～6.6 mm/d,6月蒸发量最大,7—8月随降水增多蒸发量有所下降。夏季湖泊水面蒸发受太阳辐射和湿度 2 种因素影响较大。以20 m2蒸发池蒸发量作为湖泊水面蒸发量,观测期内E601蒸发站观测蒸发量高于湖泊水面实际蒸发量,通过当地蒸发折算系数折算后可更准确估算湖泊蒸发量。试验获得白洋淀湖泊内20 m2蒸发池与E601蒸发站蒸发折算系数约为0.98,较前人研究略偏大。研究结果可为白洋淀地区水面蒸发量计算提供基础依据。