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。     

黄土高原地区气象干旱动态格局演变及其对植被的影响

本文以黄土高原为研究区域,通过识别气象干旱的三维连续时空体,剖析了1982—2018年夏秋季节气象干旱(SPEI)事件发生发展过程与区域植被覆盖(NDVI)之间的响应关系。结果表明：(1)基于空间聚类识别的黄土高原三维气象干旱事件与历史真实干旱事件的发展演变过程基本吻合;(2)从时间和空间维度综合来看,黄土高原气象干旱发生区域NDVI往往会比同区域非干旱时期减少,且NDVI减少程度与气象干旱强度显著相关(R²=0.438 9,P<0.05);(3)从黄土高原不同土地利用类型(耕地、草地和林地)对干旱事件响应关系来看,草地最易受干旱胁迫且对干旱强度的变化最敏感,抗旱性最差;而耕地在干旱强度较大的干旱事件中更易受到影响。本研究对科学合理地理解区域干旱的动态格局演变及阐明其对植被生态系统的影响机制均具有重要参考意义。     

枫丹白露砂土的环境箱蒸发试验

为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数(空气温度、相对湿度和流量)和土壤参数(土壤温度、基质吸力和体积含水量)的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大;实际蒸发速率呈现3个阶段。     

基于SWH模型的青藏高原高寒草甸蒸散发及其组分变化分析

基于Shuttleworth-Wallace Hu（SWH）双源蒸散模型对青藏高原那曲、纳木错、藏东南站蒸散发进行估算,在结果验证良好基础上,对青藏高原蒸散发变化特征及各站主要影响因素进行了分析。结果表明：SWH模型在青藏高原3个草甸站适用性良好;年蒸散发介于388~732 mm之间,年内分布呈先增大后减小特征;3站蒸散发组分差异较大,那曲站和纳木错站土壤蒸发对蒸散总量的贡献分别为53%和56%,藏东南站蒸散发则几乎全部由植被蒸腾贡献,占比高达95%;植被叶面积指数为3站蒸散发最主要的影响因素,饱和水汽压差对藏东南站蒸散发影响也较大。研究结果可对青藏高原蒸散发及其组分时空格局与水循环过程研究提供科学依据。     

1980—2020年中国九大流域蒸散发及其组分时空评估

蒸散发是地表陆气水分交换的纽带,准确量化蒸散发的时空演变格局对于水资源规划与管理至关重要。本文基于GLEAM模型的蒸散发及其组分数据集,借助7个通量观测站数据、120个流域的流域水量平衡及PML_V2蒸散发产品,在中国九大流域系统评估了GLEAM-ET产品,分析了植被恢复背景下,蒸散发（ET）及其组分（植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es）在1980—2020年的时空演变格局。本文主要得到以下结论：① GLEAM-ET产品在中国九大流域具有较好的适用性,其性能与气候类型有关,干旱区效果优于湿润区。此外,GLEAM与PML_V2模型在九大流域相关性较好（R>0.7）,分布格局与变化趋势整体保持一致。② 全国尺度上,ET均值为416.88 mm,增长速率为1.21 mm/a。Ec与ET均呈自东南向西北递减的分布格局,而Es与其相反。Ec、ET在九大流域均呈显著增加趋势（p<0.001）。Ei、Es在季风区流域分别呈显著增加和显著减小趋势;在内陆区流域呈不显著减小（p>0.05）和显著增加趋势。③在植被恢复背景下,ET组分比例发生了变化。Ec占比变化存在南北差异,南方流域Ec占比均减小,北方流域均增加。Ei占比在各流域均增加,Es占比均减小。黄河流域ET组分对植被恢复的响应最为明显,Ec占比增加了5.21%,Es占比减小了5.56%。     

完善新时期水资源管理指标的方法

气候变化和人类活动极大地改变了流域水循环和水资源分布, 以供需管理为核心的水资源管理方法难以缓解缺水的局面。中国提出了新时期水资源相关管理政策, 然而受数据、对象和方法的限制, 新政策采用的管理指标和内涵目标间存在差异, 在缺水地区还必须增加耗水总量控制的约束指标, 实施取水与耗水的双向管控。本文通过综述国内外最新进展和案例, 提出新时期水资源管理指标的完善方法: 建立以蒸散监测为核心的现代耗水要素监测体系;健全以耗水上限为核心的水资源刚性约束方法, 通过综合考虑环境流量用水和生态服务耗水的需求, 核定流域人类活动水资源可消耗量的上限, 实现水资源的刚性约束;实施耗水约束机制, 通过约束农业规模、合理规划生态恢复治理的规模和方式, 实现水资源发展的“四水四定”既定原则。期望通过数据、方法和措施的创新能够切实保障新时期水资源治理模式的有效实施。     

水分蒸散发研究国内外进展与趋势

蒸散发(evapotranspiration)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。然而,随着全球气候变暖和人类活动的影响,近年来全球各地区(潜在)蒸散发及其对气象要素的响应发生了显著变化。如何精确测定和估算蒸散发已成为定量研究水循环响应全球气候变化的重要内容。本文从蒸散发理论方法的发展、国内外蒸散发的变化趋势及影响因素、蒸散发的时空变化及敏感性分析三个方面进行综述,总结了目前国内外蒸散发的主要估算模型。估算和测定蒸散发的主要方法有水文学法、微气象学法、植物生理学法、遥感方法和SPAC综合模拟法。本文综述了各种蒸散发估算、测定方法的适用性和优缺点,基于敏感性和趋势分析重点总结了蒸散发的变化趋势及影响因素。研究表明,全球范围内不同地区均出现"蒸发悖论"现象,潜在蒸散发或蒸发皿蒸发量呈减少趋势,日照时数和风速是影响蒸散发变化的主要因素。本文系统的对比分析可以为研究气候变化条件下的水循环过程及对水资源的影响、大气—土壤—植被系统的水文循环机理、农业管理等提供重要的科学依据。     

青藏高原六套陆面蒸散发产品的评估

鉴于基于卫星遥感和地面观测开发出的不同时空分辨率蒸散发(ET)产品在青藏高原(TP)仍存在不确定性,从而限制了这些产品在水文气象和气候评估方面的应用。本文基于涡动观测的ET对六种ET产品(PML、EB-ET＿V2、GLEAM、GLDAS、ERA5＿Land和MOD16)进行评估并比较各产品之间的差异,对TP区域ET产品不确定性做了分析。结果表明：(1)观测值与对应像元ET值之间的年平均态和季节循环存在较好的相关性、一致性。GLEAM产品与观测值吻合度较高并拥有适用性;MOD16产品在大部分站点性能较差。(2)在季节性变化方面,春季ERA5＿Land产品与观测的变化较为一致;夏季和冬季GLEAM产品与观测的变化更为接近,而EB-ET＿V2产品在秋季表现更有优势。(3)在空间上,GLEAM、EB-ET＿V2产品和GLDAS产品存在更高的相关性(相关系数R>0.88)和一致性(一致性指数IOA>0.89);各产品季节时空分布有较大的差异,尤其是春季;相对其他产品,MOD16产品在大部分区域夏季低估且冬季高估。(4)除MOD16外的各产品年平均ET大小相差较大,多年平均的高原ET大...     

基于PML-V2模型和站点观测数据的植被水利用率及其趋势差异分析

运用基于Penman-Monteith公式改进得到的模型PML-V2,结合12个FLUXNET站点及其对应的叶面积指数数据,进行蒸散发分离,进而计算并分析内禀水利用率(intrinsic water use efficiency, iWUE)和冠层水利用率(canopy water use efficiency, tWUE)的趋势差异。结果表明,在站点尺度上,两种植被水利用率的变化均存在不一致性。对于落叶阔叶林(deciduous broadleaf forests, DBF),i WUE的增幅比tWUE的增幅大,而在常绿针叶林(evergreen needleleaf forests, ENF)中则相反。在DBF中,冠层导度和蒸腾作用趋势的差异可在一定程度上解释两种植被水利用率的趋势差异。通过回归分析发现森林(包括DBF和ENF)的气温和大气CO₂浓度的趋势对tWUE趋势的影响更大。研究结果表明,两种植被水利用率及其趋势存在差异。基于iWUE的研究结果并不能完全反映植被的实际水利用率变化程度,因此也不能全面反映植被与大气的相互作用。本文在站点尺度明确了全球气候变...     

辽宁省潜在蒸散发量及其敏感性规律分析

采用Penman-Monteith法和敏感系数法对辽宁省1965~2014年潜在蒸散发量及影响潜在蒸散发的气象因子敏感性进行分析,探讨气候变化下影响辽宁省潜在蒸散发量变化的主导因子及潜在蒸散发对气候变化的定量响应。结果表明：① 近50 a辽宁省潜在蒸散发呈现显著减少趋势,在空间上由西向东递减;② 潜在蒸散发对气象因子的敏感性在年尺度上表现为,水汽压最为敏感,其次为太阳辐射、风速、平均气温;在季节尺度上,春季和秋季对平均气温最不敏感,夏季对风速最不敏感,冬季对太阳辐射最不敏感;③ 空间分布上,气象因素的敏感系数与气象因子空间变化规律相吻合,潜在蒸散发对气温的敏感性由北部向南部递增,对水汽压、太阳辐射的敏感性由东部向西部递减,而风速与之变化趋势相反。④ 风速的显著降低是辽宁省潜在蒸散发量下降的主要原因,太阳辐射的下降及水汽压的升高也促使了潜在蒸散发量的下降。