Estimation of regional evapotranspiration in alpine area and its response to land use change: A case study in Three-River Headwaters region of Qinghai-Tibet Plateau, China

Three-River Headwaters(TRH) region involved in this paper refers to the source region of the Changjiang(Yangtze) River,the Huanghe(Yellow) River and the Lancang River in China.Taking the TRH region of the Qinghai-Tibet Plateau as a case,the annual evapotranspiration(ET) model developed by Zhang et al.(2001) was applied to evaluate mean annual ET in the alpine area,and the response of annual ET to land use change was analyzed.The plant-available water coefficient(w) of Zhang’s model was revised by using vegetation-temperature condition index(VTCI) before annual ET was calculated in alpine area.The future land use scenario,an input of ET model,was spatially simulated by using the conversion of land use and its effects at small regional extent(CLUE-S) to study the response of ET to land use change.Results show that the relative errors between the simulated ET and that calculated by using water balance equation were 3.81% and the index of agreement was 0.69.This indicates that Zhang’s ET model based on revised plant-available water coefficient is a scientific and practical tool to estimate the annual ET in the alpine area.The annual ET in 2000 in the study area was 221.2 mm,11.6 mm more than that in 1980.Average annual ET decreased from southeast to northwest,but the change of annual ET between 1980 and 2000 increased from southeast to northwest.As a vast and sparsely populated area,the population in the TRH region was extremely unbalanced and land use change was concentrated in very small regions.Thus,land use change had little effect on total annual ET in the study area but a great impact on its spatial distribution,and the effect of land use change on ET decreased with increasing precipitation.ET was most sensitive to the interconversion between forest and unused land,and was least sensitive to the interconversion between cropland and low-covered grassland.     

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。     

遥感蒸散模型的时间重建方法研究

本文提出的遥感蒸散模型的时间重建方法考虑了逐日蒸散可能的变化情况, 在阻抗- 彭曼单层模型的基础 上, 将图像去云处理与时间重建结合在一起, 先使用SEBS 能量平衡余项模型获得晴好日的地表阻抗信息, 选择了 叶面积指数LAI 作为反映植被表面阻抗的参量, 通过时间序列谐波分析(HANTS)获得逐日逐像元的LAI 信息, 将晴 好日的阻抗信息扩展至待定日, 并使用因子函数表达了极端温湿条件对植被叶面阻抗的限制作用。使用中科院禹 城站2003 年作物季的大型蒸渗仪数据对模型所得逐日蒸散结果进行了验证。在作物生长季, 模型结果相对于实测 结果表现出了良好的相关性(R2≈0.7), 远优于作为对比的蒸发比不变法。受单层模型假设局限, 方法在裸地及稀疏 植被上的结果还存在着较大的误差。     

基于SEBS模型和Landsat 8数据的黑河下游蒸散发时空特性分析

对黑河下游地区蒸散发量的估算及其时空特性的研究,有助于进一步了解流域水循环,合理利用水资源,防止生态环境进一步恶化。利用SEBS模型估算了黑河下游额济纳绿洲2014年15天的日蒸散量,将SEBS估算的日蒸散与不同下垫面5个站点的EC实测值进行对比,其均方根误差和确定性系数分别为1.2 mm、0.85（5个站点）,0.5 mm、0.96（2个站点）,表明SEBS模型的结果是合理的,可以适用于黑河下游额济纳绿洲地区的地表蒸散量的估算。同时分析了黑河下游蒸散发的时空变化规律,结果表明,黑河下游额济纳绿洲地区,蒸散发在时间上存在明显的季节变化规律：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季;空间上呈现明显的沿河分布的趋势。不同土地覆被类型蒸散发有相似的季节变化特征,但其季节变化幅度并不相同,规律为：水体 > 耕地 > 灌丛地 > 草地 > 裸土地 > 沙地。     

基于能量平衡的蒸散发遥感反演模型研究

提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型。采用经验、半经验公式反演计算了模型中各参数。利用提出的净辐射折算系数、波文比,结合Sequin和Itier理论推导了日蒸散发量计算的经验模型,并考虑了温度对瞬时蒸散发量的的影响,提高了全天蒸散发量计算的精度。对于不同地区只要调整净辐射折算系数便可解决由蒸散发瞬时值求算全天值的困难。通过对黑龙江省进行数值试验,证明该模型具有很强的实用性,并且可为旱情监测系统运行提供依据。     

印度河流域气温、降水、蒸发及干旱变化特征

基于印度河流域及周围54个地面气象站气温、降水资料,结合CRU气温和GPCC降水全球格点化陆面再分析资料,通过插值构建了一套0.5°×0.5°分辨率1980—2016年逐月格点数据集。采用Thornthwaite方法计算了潜在蒸散发,基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,探讨了印度河流域气候变化及干旱演变特征。结果表明：（1）1980—2016年,印度河流域年平均气温以0.30℃·（10 a）^-1的速率呈显著上升趋势,21世纪初增温幅度最大;干季（11月~次年4月）升温速率较快,达0.36℃·（10 a）^-1,湿季（5~10月）增速0.25℃·（10 a）^-1。年降水量呈现少雨—多雨—少雨—多雨年代际振荡。伴随着持续升温,年和各季的潜在蒸发量增加显著。干季干旱频率较多,但湿季干旱强度高,各季干旱频率与降水呈现较一致的年代际波动;干旱的影响面积在干季呈现微弱地增加趋势,湿季却略有减少趋势。（2）空间上,除西北局部,流域其他区域的年和季平均气温、潜在蒸发量增加趋势显著,均达到95%置信水平。其中南部平原和东北山区升温幅度较高,南部平原区潜在蒸发量增加也较大。新德里到喀布尔的东南至西北带状区域的年和湿季降水量,以及喀布尔周围地区的干季降水量呈显著增加趋势。东南平原区和东北局部山区的干季,以及东北和西南局部山区的湿季呈现显著的干旱化态势,需要加强防灾减灾的意识并采取相应措施,以规避干旱增多带来的不利影响。     

2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。     

阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响评价(英文)

Evapotranspiration is one of the key components of hydrological processes. Assessing the impact of climate factors on evapotranspiration is helpful in understanding the impact of climate change on hydrological processes. In this paper, based on the daily meteorological data from 1960 to 2007 within and around the Aksu River Basin, reference evapotranspiration (RET) was estimated with the FAO Penman-Monteith method. The temporal and spatial variations of RET were analyzed by using ARCGIS and Mann-Kendall method. Multiple Regression Analysis was employed to attribute the effects of the variations of air temperature, solar radiation, relative humidity, vapour pressure and wind speed on RET. The results showed that average annual RET in the eastern plain area of the Aksu River Basin was about 1100 mm, which was nearly twice as much as that in the western mountainous area. The trend of annual RET had significant spatial variability. Annual RET was reduced significantly in the southeastern oasis area and southwestern plain area and increased slightly in the mountain areas. The amplitude of the change of RET reached the highest in summer, contributing most of the annual change of RET. Except in some high elevation areas where relative humidity predominated the change of the RET, the variations of wind velocity predominated the changes of RET almost throughout the basin. Taking Kuqa and Ulugqat stations as an example, the variations of wind velocity accounted for more than 50% of the changes of RET.     

近59 a锡林河流域潜在蒸散发及地表干湿状况变化趋势分析

利用1960—2018年锡林河流域周边13个气象站的逐日气象资料,采用世界粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO）推荐的Penman-Monteith公式计算各气象站多年潜在蒸散发量及相对湿润度指数。通过利用主成分分析、相关分析和偏相关分析,探讨了锡林河流域潜在蒸散发、地表干湿状况多年变化规律;分析了影响潜在蒸散发的主要气象因子及各气象要素间的相互作用;着重讨论了锡林河流域潜在蒸散发的周期变化及其与相对湿润度指数、各气象要素的相互作用。结果表明：流域近59 a潜在蒸散发整体呈现增长趋势,且上升趋势显著,存在显著增加—减小交替的多尺度时频变化特征和多主周期变化规律;各气象要素中潜在蒸散发对温度的响应较大,平均风速次之;平均相对湿度受到潜在蒸散发的影响较大,降水次之。整个流域环境有不显著的变湿润趋势。     

基于SPEI的渭河流域干旱时空变化特征分析

以标准化降水蒸散指数（SPEI）作为评估指标,基于渭河流域28个气象站点1961—2017年实测降水量和气温数据,采用Mann-Kendall（M-K）趋势检验、经验正交函数以及小波变换等方法分析渭河流域干旱时空变化特征,并研究渭河流域干旱与6种大尺度气候因子之间的相关关系,进一步探讨主要气候因子对流域干旱时空分布特征的潜在影响。研究表明：渭河流域在1961—2017年间整体呈现出变旱的趋势。通过经验正交函数分解,渭河流域干旱分布场主要有3种典型模态类型,分别为全局型、西北—东南反向分布型以及东—西反向分布型;同时,大尺度气候因子南方涛动指数SOI与流域干旱分布场具有更好的相关关系,对该区域内干旱变化有较强的影响。