黑河上中游潜在蒸散发模拟及变化特征分析

基于多源遥感数据产品,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型估算了黑河上中游流域2000—2010年潜在蒸散发(potential evapotranspiration,ET_P),并考虑不同土地覆被类型,分析了ET_P的时空变化特征及影响要素,分别利用ET_P和ET₀驱动水文模型,比较径流模拟精度.结果表明:① 基于高精度遥感数据,S-W模型可模拟区域ET_P.黑河上中游流域,夏季ET_P对年值的贡献最大,各土地覆被类型的ET_P年内变化趋势一致.总体而言,植被条件越好,ET_P越小;② 在研究区内,相对湿度对ET_P变化的影响最大,叶面积指数(LAI)对ET_P变化的影响与辐射相近.植被越稀疏,ET_P对气象要素及LAI的敏感性越强;③ 与ET₀相比,ET_P能够更好地描述陆面蒸散发能力,相同条件下使用ET_P驱动水文模型模拟精度更高.     

典型岩溶区潜在蒸散发变化及其影响因素

蒸散发过程是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。岩溶区,地表生态环境脆弱,对气候变化响应敏感,蒸散发可能是联系大气、水、热交换和碳循环的关键生态水文过程。准确地估算蒸散发对于深入研究岩溶水循环响应气候变化、碳循环、生态修复等具有重要作用。本文选择典型岩溶区桂林市为研究对象,基于1951~2015年桂林市气象站逐日气象数据,采用Penman- Monterith方法计算了潜在蒸散发量,利用Mann- Kendall非参数检验法和相关性分析研究桂林市潜在蒸散发的变化趋势及其影响因素。研究结果表明,桂林市潜在蒸散发具有明显的年、年际和季节尺度变化特征。1951~2015年桂林市潜在蒸散发呈显著的减小趋势,变化速率为-8. 02 mm/10a;夏季、秋季和冬季潜在蒸散发呈下降趋势,而春季呈微弱的上升趋势;夏季潜在蒸散发的显著减小是影响年蒸散发下降的主要原因;桂林市潜在蒸散发在1967和2003年左右发生突变;通过Mann- Kendall趋势检验和相关性分析得出,桂林市平均气温、最高、最低气温呈显著的上升趋势,而风速、相对湿度、日照时数呈显著的下降趋势;日照时数是影响桂林市潜在蒸散发变化的主要因素,其次是风速。     

遥感技术估算干旱区蒸散发研究进展

遥感技术能够提供大范围地表特征参数的特点使其在干旱区蒸散发研究中得到广泛的应用。介绍了遥感技术求取干旱区地表特征参数（地表反照率、冠层叶面积指数、地表温度）的方法,并对遥感估算干旱区的主要计算模型做了概括和分析,最后提出了估算过程中主要存在的问题和未来发展的方向。     

黑河山区草地蒸散发量估算方法研究

针对黑河山区草地蒸散发估算,提出了两种草地蒸散发量估算方法,即基于Penman Monteith方程的方法和基于Priestly-Taylor方程的方法,并将这两种方法和SHAW模型作了对比分析.两种方法与SHAW模型计算精度相近,但输入变量数量比SHAW模型要少,尤其是基于Priestly-Taylor方程的方法.     

山东半岛2000～2014年蒸散发时空分异特征

蒸散发的时空格局分析对于合理利用水资源、水资源短缺问题的解决以及旱涝灾害预警和监测具有重要意义。基于山东半岛区域气象资料、MOD16遥感影像数据集及GIS背景信息,分析了山东半岛20002014年地表蒸散量的时空变化特征及趋势,并在年时间尺度上通过基于像元的相关分析法分析了蒸散量与降水和气温的相关性。研究结果表明:在研究时段内平均蒸散量年际波动较大,波动范围为397.9479.8mm,多年蒸散平均值为440.78mm;其中2003年和2008年蒸散量最大,分别超出平均值77.3mm和81.9mm。除水体、滨海湿地外,ET年平均值有明显的由东南向西北递减的特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素。蒸散量与气象因素的相关分析表明,年平均降水量与蒸散量变化呈现明显的正相关关系（0.663）,温度与蒸散量呈显著负相关关系（-0.143）,NDVI与蒸散量相关性较弱（0.33）。     

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。     

天津平原区城市化地区蒸散发特征

为揭示城市蒸散发特征,采用考虑人为热影响的SEBS-Urban模型计算天津平原区2015—2017年逐月蒸散量。使用两步验证法对结果进行检验,首先利用MODIS MOD16产品对非建成区模拟结果合理性进行验证,其次利用城市耗水（UWD）模型得到的天津大学卫津路校区月蒸散量对建成区模拟结果验证。在SEBS-Urban模拟结果基础上,检验Budyko方程在城市化地区的适用性。结果表明:① SEBS-Urban模型精度可靠,体现了蒸散发项在城市地表能量平衡与二元水循环中的相合性;②人为热或社会侧的耗水会导致蒸散发量增加,建成区增幅达85%~115%,整个研究区增幅为7.2%~8.7%;③ Budyko方程在研究区具有较好的拟合效果,可应用于城市地区。本研究成果可为城市化地区蒸散发研究提供必要的参考。     

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.     

金沙江流域实际蒸散发遥感重建及时空特征分析

通过构建基于重力卫星的实际蒸散发重建方法来获取高精度的实际蒸散发信息,为研究气候变化下的水循环规律提供关键信息。利用GLDAS陆面模式同化数据对GRACE重力卫星水储量观测数据进行空间降尺度,通过水量平衡法,重建了金沙江流域2002-2016年的子流域尺度实际蒸散发月序列。结果表明:①基于重力卫星观测与水量平衡方法重建的实际蒸散发（ET_Recon）与ET_PLSH、ET_Jung和ET_MODIS3种遥感反演产品相比有较高的可靠性,其中与ET_PLSH的相关性最高（r=0.82）,与ET_Jung的平均差和均方根差最小。②研究区年均实际蒸散发为410.8 mm/a,空间分布上由西北向东南递增,年际变化上呈增加趋势。③季节尺度上,实际蒸散发夏季最高,呈逐年增加趋势;冬季最低,波动较平稳。     

区域蒸散发遥感估算方法及验证综述

蒸散发是地表水热平衡的重要参量,也是农作物生长状况和产量的重要指标。与传统的蒸散发计算方法相比,遥感技术经济、适用、有效,在非均匀下垫面的区域蒸散发监测上具有明显的优越性。系统回顾了5种常用的区域蒸散发遥感估算方法,包括经验统计模型、与传统方法相结合的遥感模型、地表能量平衡模型、温度—植被指数特征空间模型以及陆面过程与数据同化等,分析了这些模型的最新研究进展及各自的优缺点,并对地表蒸散发的地面验证方法进行了概述。最后简要分析了区域蒸散发遥感估算存在的问题,并展望了其未来发展趋势。多源遥感数据协同反演与非遥感参数遥感化、蒸散发模型改进与多模型集成、陆面过程与遥感数据同化、遥感蒸散发估算及地面验证中的尺度问题与空间代表性问题研究等将会是未来区域蒸散发研究中的重点发展方向。     

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。     

基于互补相关理论的塔里木河流域实际蒸散发时空变化及影响因素分析

基于1961-2013年塔里木河流域26个气象站逐日观测资料及阿克苏河流域与和田河流域水文站逐日径流资料,采用基于互补相关理论的平流-干旱（advection-aridity,AA）模型,计算并分析塔里木河流域实际蒸散发（ETa）时空变化特征,研究ETa与下垫面供水及气象要素的关系,探讨塔里木河流域ETa变化的可能原因。结果表明：（1）ETa与潜在蒸散发（ETp）呈现良好的互补关系,AA模型能够用来估算塔里木河流域的ETa。（2）塔里木河流域多年平均ETa为252.0mm·a^-1,1961-2013年呈现先增后减（以1996年为转折）、总体增加（11.1mm·（10a）^-1）的趋势。ETa在1990s最高,1980s次之,随后为2000s、1960s、1970s。各季节ETa大小为：夏季> 春季> 秋季> 冬季。（3）塔里木河流域ETa在源区较高,流域中部和东南部较低;流域大部分地区ETa呈显著的增加趋势。（4）1961-2013年,流域ETa的增加主要由下垫面供水条件（径流和降水）以及实际水汽压的增加引起;1997年后ETa的减少是由径流和实际水汽压的减少所致。     

2001-2015年天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系

采用2001-2015年MODIS积雪和陆表温度数据、中国高时空分辨率降水数据,基于趋势分析和相关分析方法,分析了天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积变化受海拔影响,海拔≤4 000 m,呈单峰型分布,积雪面积冬季大,夏季小;海拔介于4 000~≤5 000 m,积雪面积分别在春季和秋季出现两次峰值;海拔>5 000 m,积雪面积变化与低海拔相反,在夏季达到最大,冬季最小。就年际变化而言,全区积雪面积呈略微减少趋势,其中秋季略微增加,春季变化不大,冬季和夏季明显减少。（2）积雪覆盖频率受水汽来向和地形影响,呈西高东低、北高南低分布格局,与海拔呈正相关。山区大部分区域积雪覆盖频率呈减少趋势,其中海拔介于3 600~≤4 600 m的积雪覆盖频率减少最为显著。（3）在春、夏季,温度是决定积雪面积变化的主要因素,与积雪面积呈负相关;在秋、冬季,降水对积雪面积变化的贡献大于温度,与积雪面积呈正相关。（4）积雪覆盖频率整体上与年均温度呈负相关,与降水呈低度正相关,相关程度及显著性水平在空间分布上存在差异,温度对积雪覆盖频率变化的贡献大于降水。     

2000-2014年蒙古高原植被覆盖时空变化特征及其对地表水热因子的响应

利用MODIS NDVI数据、同期地表水热组合数据和植被类型数据,对2000-2014年蒙古高原生长季和三季（春、夏、秋季）植被覆盖时空演变特征及其对地表水热因子响应模式进行分析。研究表明：这15 a来,蒙古高原生长季及三季归一化植被指数NDVI均呈增加趋势,且呈显著增加趋势区域主要集中在内蒙古地区,一定程度上反映了该地区生态恢复工程的有效性。研究区植被覆盖变化与地表水分指数LSWI有密切的关系,因此证明研究区植被覆盖的增加归因于自然和人为因素的共同作用。不同类型植被NDVI均呈增加趋势,其中荒漠植被NDVI增加最明显,森林植被增加平缓,且存在季节性差异。此外,不同类型植被NDVI受水热因子影响也存在季节性差异。     

平朔露天煤矿复垦区土壤中多环芳烃分布特征、来源解析及风险分析

原煤的开采、储存、运输及其加工利用过程是多环芳烃(PAHs)污染的主要来源。由于缺乏相关系统调查数据,其对煤矿复垦区土壤环境质量的影响尚不明确。平朔煤矿复垦土地主要作为耕地利用,了解其PAHs污染状况直接关系粮食安全和人体健康。该研究通过野外实地调查,开展了平朔煤矿复垦区表层土壤中多环芳烃(PAHs)的毒性风险分析研究。在整个平朔煤矿45 km2范围内,以500 m×500 m间距为基准,按照不同用地类型,采集了0~20 cm深度土壤样品179个,再按照1 km×1 km单元格组合后分析。使用安捷伦高分辨气相色谱低分辨质谱进行目标物的检测。加入代用标准2氟联苯(2 FBP)以进行回收率控制。研究结果表明：土壤中16种EPA PAHs的含量范围为213.60~2 513.20 ng·g-1,均值为717.09 ng·g-1。PAHs成分特征显示主要以3~4环为主(52%),5~6环次之(42%),2环所占比例最低(6%)。使用相关分析法判定,主要污染来源为原煤。毒性风险分析结果显示,平朔煤矿土壤PAHs存在一定生态风险,当土地重新作为农田加以利用时,需要加以关注。