Budyko假设对松花江流域实际蒸散发的模拟研究

基于Budyko假设,考虑土壤水蓄变量因子,改进流域水热耦合平衡方程,验证了Budyko假设在松花江流域的适应性,分析了松花江流域实际蒸散发(ET_a)的时空变化特征及其驱动机制。主要结论如下:(1)以1995～2006年作为模型参数率定期,2007～2012年作为模型检验期,用P-ΔS代表陆面蒸散发的水分供应条件,结果表明,增加土壤水蓄变量因子,提高了模型对实际蒸散发的模拟精度。(2)在α=0.1的显著性水平下,1995～2012年各汇水区ET_a均没有趋势性变化;ET_a在空间上由西向东逐渐增加,存在明显的地带性。(3)降水对ET_a的贡献量空间变化与潜在蒸散发、降水、土壤水蓄变量对ET_a总贡献量空间变化一致,表明松花江流域的水分条件是影响实际蒸散发的主导因素。     

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。     

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.     

基于MODIS蒸散量数据的淮河流域蒸散发时空变化及影响因素分析

淮河流域作为我国重要的粮食产地,其水资源利用情况具有很高的研究价值。利用MODIS蒸散发数据产品（MOD16/ET）、降水和气温时序数据以及土地利用数据,探讨了淮河流域2000—2014年蒸散量时空变化特征及其对气候变化、土地利用的响应。结果表明:淮河流域蒸散量在空间上表现为南高北低,蒸散量多年均值为589.1 mm,夏季最高,冬季最低。整体而言,淮河流域15年间蒸散量具有先增加后减少的趋势;趋势分析结果显示,31.4%的地区蒸散量呈显著或极显著减少趋势,5.4%的地区蒸散量呈显著或极显著增加趋势,63.2%的地区蒸散量无显著变化。从蒸散量的气候因子分区看,52.0%的区域表现为非气候因子驱动型,44.1%的地区为降水驱动型,双因子驱动型和气温驱动型范围很小,面积占比分别为2.4%、1.5%,表明人类活动对蒸散发的影响巨大。四种植被覆盖土地利用蒸散量均值表现为林地>水田>旱地>草地。根据2000—2014年土地利用转变引起蒸散量变化的统计结果,草地转变为水田时蒸散量明显增加,旱地转变为草地、林地转变为旱地后蒸散量明显减少。     

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。     

黑河流域山区植被带草地蒸散发试验研究

利用Penman-Monteith(PM)、 ASCE-Penman-Monteith(ASCE-PM)和Priestley-Taylor(PT)公式以及两个小型蒸渗仪SW10与N6的实际观测,计算了黑河流域山区试验草地2002年夏季的蒸散发. PM与PT方法验证了其中的一个小型蒸渗仪SW10的蒸散量, 也能验证小型蒸渗仪N6的蒸散量. 研究表明, 这种小型蒸渗仪在测算内陆河山区草地蒸散量的适用性比较强. 热量平衡要素计算结果表明, 山区草地的热量主要消耗于蒸散发.     

三江平原典型沼泽湿地能量平衡和蒸散发研究

基于涡度相关技术对三江平原典型沼泽湿地的水热通量进行了连续观测,研究沼泽湿地能量平衡和蒸散发的季节变化,确定观测期内沼泽湿地总蒸散量,并通过逐步回归方程估算沼泽湿地水面蒸发和植被蒸腾。结果表明,沼泽湿地的能量平衡具有明显的季节变化特征,总体看来,潜热通量是湿地的主要能量支出项,占净辐射的45.5%,感热通量和存储热通量分别占净辐射的27.9%和26.7%。2006年5~10月份沼泽湿地总蒸散量为310.6mm,月均日蒸散量最高值出现在7月。观测期内沼泽湿地水面蒸发量约为221mm,占总蒸散量的71%左右,植被蒸腾量则约占总蒸散量的29%,湿地蒸散发以水面蒸发为主。     

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）。     

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。     

青藏高原中部高寒草甸蒸散发特征及其影响因素

蒸散发作为水量平衡和能量平衡的重要组成部分,其变化对于农业、生态和水文具有重要的影响。全球变暖导致青藏高原上冻土活动层加厚,改变大气和土壤的水热交换过程,为明确唐古拉多年冻土区的蒸散发在全球变暖大背景下的变化趋势,依托中国科学院冰冻圈国家重点实验室唐古拉站,利用小型称重式蒸渗仪的观测数据分析了2007-2013年蒸散发的变化特征及其影响因素。结果表明：2007-2013年草地生长季实际蒸散发总量呈现递增的趋势;在草地生长季内,草地生长中期的总蒸散量最大,生长初期的总蒸散量最小,但是日蒸散量则是在生长初期最大,生长后期最小;无降水日,草地的蒸散发主要受到净辐射和气温的影响,降雨日的蒸散发则主要受到净辐射和风速的影响。     

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。     

黄河流域蒸散量分布式模拟

针对传统区域蒸散计算模型中净辐射及其各组成要素的计算直接采用国外经验公式或点上观测资料空间内插的不足,利用基于中国气象站观测资料建立的净辐射及其各组成要素的计算公式和遥感反演的地表反照率,以黄河流域作为研究区域,在考虑地形起伏和下垫面多样性等地表非均匀性因素的基础上,实现了黄河流域净辐射及其各组成要素的分布式模拟;在印证流域尺度存在蒸散互补相关关系的基础上,将净辐射、气温、水汽压等系列要素分布式拟合结果与基于区域蒸散互补理论的AA（Advection-Aridity model）模型耦合,实现了黄河流域蒸散量的分布式模拟。与基于水量平衡的黄河流域多年平均蒸散量空间分布图对照表明,二者趋势分布吻合很好,分区验证的最小相对偏差为1.14%,最大为26.80%,全流域平均相对偏差为1.50%,且分布式蒸散拟合结果更加细致地体现了蒸散量的空间变化情况。集成的区域蒸散分布式模型,以蒸散互补理论为基础,考虑了区域蒸散对近地层大气的反馈作用,仅以数字高程模型和常规气象站观测数据为输入项,应用方便。     

基于MOD16的银川平原地表蒸散量时空特征及影响因素分析

地表蒸散发是陆地水文循环的重要组成部分,分析蒸散量时空变化特征是深入了解干旱区水文过程的基础。由于银川平原缺乏区域尺度实际蒸散量的长期观测,很难得到长时间序列蒸散量的时空变化特征。基于MOD16A3地表蒸散量数据及研究区内气象站点实测数据,采用Theil Sen Median趋势度分析、MK突变检验及CA-Markov模型等方法,从时间与空间的角度分析2004—2019年银川平原地表蒸散量的变化特征及影响因素,预测2024年地表蒸散量的发展趋势。研究结果表明：2004—2019年银川平原蒸散量年际波动总体是增加趋势,MK突变检验结果显示2010年是蒸散量时序数据的突变点;银川平原实际蒸散量与潜在蒸散量空间分布格局、变化趋势均存在明显的差异性,蒸散量在近16年呈增加趋势,潜在蒸散量呈减少趋势,符合干旱区蒸散发互补相关理论。采用CA-Markov模型对2024年银川平原地表蒸散量未来发展趋势进行预测,模拟结果显示在未来5年银川平原蒸散量仍呈增加趋势;蒸散量的时空变化受气候与人类活动的共同影响,蒸散量与气温、降水、日照时数呈正相关,与相对湿度呈负相关,土地利用结构影响年蒸散量的空间格局,呈现出水田>旱田>林地>草地>荒漠的规律。     

土壤氡浓度日变化影响因素研究

地表壤氡可以反映地下深部的水文、地质、矿产、热源等信息,但土壤氡浓度有年变和日变的特点。为了研究土壤氡浓度日变化规律及其影响因素,采用α能谱测氡仪对土壤氡进行连续测量。结果表明:土壤氡浓度呈单峰型日变化特征,最大值出现在19:00~22:00,最小值出现在11:00~14:00,土壤温度是影响土壤氡浓度的关键因子,土壤氡浓度与土壤温度呈正相关。降雨对土壤氡浓度有显著的影响,降雨后土壤氡浓度出现双峰型日变化特征,其变化与土壤湿度和空气温度等气象因素有关。     

黄河三角洲沉积物抗侵蚀性动态变化差异研究

为研究波浪循环荷载作用过程中,细粒土沉积物抗侵蚀性特征的演化及其发生机制,在现代黄河三角洲北部及东北部选择两个典型研究区（遭受严峻侵蚀的车子沟渔村试验区及基本处于侵淤平衡的黄河海港试验区）进行了一系列波浪荷载模拟试验、侵蚀水槽试验及沉积物物理力学性质测试。试验结果发现：原车子沟渔村试验区沉积物抗侵蚀性在无波浪荷载作用或较短的波浪荷载作用条件下,普遍高于黄河海港研究区,但由于其更显著的液化特性,该区沉积物抗侵蚀性更容易被波浪荷载作用降低,这是造成车子沟渔村研究区遭受严峻潮滩侵蚀的重要原因。另外,结合试验结果,对两个研究区沉积年代及沉积物粒度成分特征的分析可知,波浪荷载作用导致海床下部细粒物质向上输运这一次生改造作用加速了海床沉积物的“粗化”进程,从而推进海岸带地区细粒沉积物抗侵蚀性特征的演化     

黄河流域植被时空变化及其与土壤湿度的相关性分析

黄河流域连接了青藏高原、黄土高原、内蒙古高原、华北平原,是我国重要的生态屏障。开展黄河流域植被时空变化及其与土壤湿度相关性分析,定量揭示土壤湿度对植被生长的影响,有利于干旱监测及生态环境保护。利用MOD13Q1 NDVI产品和全球陆面数据同化系统（global land data assimilation system,GLDAS）土壤湿度数据,采用Sen+Mann-Kendall趋势检验法和相关性分析法,分析了2000—2020年黄河流域植被时空变化特征及土地利用变化对植被生长的影响,并在流域尺度探索了生长季植被归一化植被指数（NDVI）与不同深度土壤湿度的相关性。结果表明：（1）研究区植被NDVI在空间上呈现“南高北低”的特征,沿黄河径流方向,上游右岸区域植被生长状况明显好于左岸,中下游两岸区域植被生长状况无明显差异。2000—2020年NDVI整体呈增加趋势,从2000年的0.356增加到2020年的0.435。（2）不同用地类型的NDVI由大到小依次为：林地>耕地>草地>未利用地,不同季节NDVI由大到小依次为：夏季>秋季>春季>冬季。（3）研究区大部分区域植被生长状况处于改善和稳定的状态,小部分区域处于退化状态,退化区域的主要原因是草地退化、城市扩张导致耕地退化及耕地转为建设用地。（4）NDVI与不同深度的土壤湿度（0~10 cm、10~40 cm、40~100 cm、100~200 cm）整体呈正相关趋势,相关系数分别为0.535,0.647,0.681,0.619;不同土地利用类型的NDVI与不同深度土壤湿度的相关性有差异,耕地、草地和未利用地NDVI与10~40 cm处的土壤湿度正相关面积最大,而林地NDVI与40~100 cm处的土壤湿度正相关面积最大。相关研究成果可为黄河流域高质量发展提供科学依据。     

珠江流域岩溶地下河分布特征与影响因素研究

珠江流域岩溶地下河枯季流量约4 738.69万m³·d⁻¹,赋存丰富的地下水资源,探讨地下河分布和发育特征对我国南方岩溶水资源的开发利用具有重要的指导意义。文章以西南岩溶区大量的野外调查工作为基础,结合珠江流域内1∶20万水文地质普查报告,选择348组岩石样品和1 036条岩溶地下河,从岩性、地形地貌、构造、水动力条件和新构造运动等角度总结分析珠江流域地下河发育规律、分布特征及其影响因素。结果表明：地下河在比溶解度介于0.84~1.2的细粒−鲕粒生物碎屑纯灰岩中最为发育,在比溶解度介于0.43~0.61的泥质灰岩中发育较弱。根据地下河形态及水循环演化条件,将地下河分为发育初期单管型、发育多期羽毛型、新构造控制网络型、发育成熟期树枝型4种类型。地形地貌和地表河网决定岩溶地下河运动的趋势和方向;构造控制地下河发育的空间格局,其中构造反接复合部位、压扭性断裂两侧破碎带、与非可溶岩接触带、褶皱弯曲最大部位、背斜轴部破碎带和向斜轴部地下河发育尤为明显;水动力特征影响地下河发育规模和发育深度;新构造运动促进地下河发育向深性、继承性、新生性发展。     

气候变暖情景下黄河上游径流的可能变化

根据水文气象台站观测资料, 分析了全球变暖情景下黄河上游唐乃亥以上流域温度、降水和径流的变化状况, 并采用假定气候组合对未来数十年黄河上游唐乃亥以上流域的径流变化进行了预测. 结果表明: 黄河上游的温度与全球变暖有着明显的对应关系, 近几十年来, 流域各个地方的温度有不同程度的上升. 降水变化因流域各地所处位置、地势、地形的不同而差异较大, 受温度上升和主要产流区域降水大幅减少的影响, 近10余年来黄河上游的径流量呈持续递减的态势. 在未来几十年, 如果遭遇到气温升幅与降水减幅较大的"暖-干"气候组合时, 流域产水量将有较大的减幅; 当气温变化不大而降水增幅较大时, 流域产水量将有明显的增加, 同时由于冰雪及冻土融水的补给, 此气候情景下黄河上游唐乃亥以上流域径流量的增幅还将略大于降水量的增幅.     

气候变化下的黄河流域极端水文现象特征分析

利用黄河流域近50年气象水文资料,开展了黄河流域气候变化和极端水文现象特征研究,研究结果表明:20世纪80年代以来黄河流域的气温显著升高,年降水量呈不明显下降趋势,暴雨、洪水、干旱等极端水文现象更加突出,研究成果为科学规划和水资源优化调度提供了有力依据。