Factors controlling the spatial and temporal variability of dust emissions

New field measurement techniques are allowing researchers to better understand how surficial properties affect the temporal and spatial variability of dust emissions. In this paper we review the current understanding of the dust emission process and present new field measurements that examine how three surface properties： roughness, crust strength, and temporal changes of surface properties affect dust emissions. These data were collected using three unique measurement systems developed by our team. Roughness exerts considerable control on the entrainment threshold and emissions of dust from a surface. We have carried out a series of experiments designed to quantify roughness effects on aeolian sediment entrainment and transport in a shear stress partitioning framework. Our results show that the model of Raupach et al. （1993） provides very good agreement with available data to predict the amount of shearing stress on the intervening surface among roughness elements, relatively independent of their size and distribution. However, element size affects the aeolian sediment transport process beyond that attributable only to the reduction of surface shear stress caused by the roughness. Additional interactions of the elements with the saltation cloud appear to reduce the transport efficiency and potentially dust emissions as well. The effect of crust strength on dust emissions was assessed using a newly-developed pin penetrometer, which can measure crust strength in-situ. Previous researchers suggested that variation in crust strength even within a small area could lead to considerable spatial variability in dust emissions. Our measurements showed that crust strength is highly variable over a scale of centimeters. This variability may help to explain some of the observed scatter in field measurements of dust emissions for what appear to be homogeneous surfaces. Variability of dust emissions in time and space was also evaluated using a new instrument, the Portable In-Situ Wind Erosion Lab （PI-SWERL） developed to measure dust emissions from soil surfaces.     

蒸发皿系数Kp计算方法研究

应用指标回归法和定性（风速和相对湿度）定量（吹程）资料，建立了蒸发皿系数Kp计算方程，并用黄河下游引黄灌区48个观测站实测资料进行了验证计算。计算结果表明，应用该方程，可大大改善Kp值的计算精度。     

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。     

珠江流域实际蒸散发与潜在蒸散发的关系研究

采用水量平衡模型和Penman公式分别计算了珠江流域七个子流域1961—2000年实际蒸散发(I_(ETa))和潜在蒸散发(I_(ETp)),并对供水条件变化下I_(ETa)与I_(ETp)的关系进行了定量化分析,对各子流域I_(ETa)和I_(ETp)关系的理论从属性进行判定,主要结论如下:1)珠江流域年实际蒸散发量远低于潜在蒸散发量,多数子流域I_(ETa)值不到I_(ETp)值的1/2。7个流域面积加权平均I_(ETa)为681.4 mm/a,I_(ETp)为1 560.8 mm/a。从蒸散发的变异性来看,则实际蒸散发I_(ETa)的变异性明显要高于潜在蒸散发I_(ETp)。2)东江、西江、北江、柳江和盘江等5个流域实际蒸散发I_(ETa)都与降水量呈现正相关关系,韩江、郁江两个流域I_(ETa)随降水变化的变化趋势不明显。各子流域的潜在蒸散发I_(ETp)与降水量呈现显著负相关关系。7个子流域平均情况下,随着降水量的增加,I_(ETa)呈现明显的增加趋势,而I_(ETp)呈现明显的下降趋势。3)通过对降水量P与实际蒸散发I_(ETa)及潜在蒸散发I_(ETp)的联合回归方程P-IET回归系数的T检验,判定韩江、柳江和盘江等三个子流域以及七流域面积加权平均I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足理论意义上的严格互补相关;东江、西江、北江等三个流域I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足"非对称"互补相关。4)基于极端干旱和极端湿润的边界条件,推导出非对称条件下的实际蒸散发互补相关理论模型。     

近40年来青藏高原典型高寒草原和湿地蒸散发变化的对比分析

青藏高原地表蒸散发是决定亚洲水塔水储量变化的关键要素.在快速升温背景下,长时间尺度的青藏高原地表蒸散发如何响应气候变化亟需深入探讨.以青藏高原两种典型高寒生态系统(草原和湿地)为研究对象,以野外观测和互补蒸散发模型为研究手段,利用常规气象资料驱动互补蒸散发模型,应用于青藏高原的典型资料稀缺地区,并就模拟结果进行验证评估,揭示了两种典型高寒生态系统近40年的蒸散发变化特征.结果 表明,校正参数后的非线性互补蒸散发模型可较为准确地模拟两种下垫面的蒸散发,亦即该模型在青藏高原资料稀缺区具有较好的应用潜力.1973-2013年,青藏高原典型高寒草原蒸散发呈不显著的增大趋势,而高寒湿地则以2.0 mm/a的速率显著增大.相关分析表明,高寒草原和湿地蒸散发的年际变化主要与水汽压(即空气湿度)有关.阶段性分析发现,1970s至1990s末期,两种生态系统蒸散发皆在波动中逐渐增大;而1997年以后,高寒草原和高寒湿地蒸散发的变化模式表现出明显差异:前者在波动中逐渐减小,后者则持续增大至2000s中期.造成这种差异的原因可归结为高寒湿地受冰川融水的影响,土壤含水量可维持在较高的水平,加之2000s高寒湿地的水汽压和日照时数增大,使得该时段内地表蒸散发仍呈增大之势,亦即上游的冰川融水对下游的湿地蒸散发有重要影响.结果 表明,空间距离较近的两种典型高寒生态系统,由于所受水源补给不同,局地蒸散发对气候变化的响应模式可能有较大差异.     

黄河流域NDVI/土地利用对蒸散发时空变化的影响

基于蒸散发(ET)、归一化植被指数(NDVI)及土地利用数据利用M-K检验、Sen趋势分析等方法,研究2001—2015年黄河流域ET时空分布及不同植被覆盖/土地利用下的ET变化规律.结果 表明:(1)黄河流域年均ET呈东南高西北低的空间分布格局,与植被覆盖和土地利用的关系具有较好的一致性;(2)黄河流域ET、NDVI...     

1992-2015年中亚五国土地覆盖与蒸散发变化

1991年苏联解体,中亚五国独立使得土地覆盖与蒸散发格局发生深刻变化。以中亚五国为研究区,采用欧空局气候变化项目（CCI）土地覆盖和全球陆地数据同化系统（GLDAS）蒸散发数据,分析1992-2015年土地覆盖与蒸散发时空变化特征,进一步研究耕地蒸散耗水特征。结果表明：① 中亚五国土地覆盖变化具有阶段性特征,耕地扩张引起土地覆盖格局变化。1992-2003年耕地快速增加（1.1万km ²/a）,林地和草地大幅减少。2003-2015年耕地增速趋缓（0.3万km ²/a）,林地和草地有一定恢复,裸地和水体持续减少,城镇用地持续增长。耕地共增加12.3万km ²,林地和草地分别减少4.0万km ²和2.3万km ²,且集中于哈萨克斯坦中北部。裸地减少3.5万km ²,集中于哈萨克斯坦西南部,水体减少3.1万km ²,集中在咸海湖泊。乌兹别克斯坦耕地减少、裸地增加,吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和土库曼斯坦土地覆盖变化幅度较小;② 中亚五国蒸散发变化与土地覆盖格局基本一致。蒸散发总体呈增加态势（6 mm/a）,1992-2003年快速增加（11.3 mm/a）,2003-2015年缓慢上升（2.4 mm/a）。中亚五国年蒸散发达到276.8 mm,东南部的吉尔吉斯斯坦（347.3 mm）和塔吉克斯坦（302.9 mm）最高,中北部的哈萨克斯坦（297.9 mm）次之,西南部的乌兹别克斯坦（211.0 mm）和土库曼斯坦（150.0 mm）最低;③ 中亚五国蒸散耗水结构受耕地面积大小的影响。中亚五国耕地蒸散耗水的贡献由24.7%增至27.9%,土库曼斯坦耕地蒸散耗水仅占本国的11%,其他国家均超过25%。草地、林地和裸地的蒸散耗水贡献降低,但哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦仍以草地和林地蒸散耗水为主（≥ 50%）,土库曼斯坦（61.3%）和乌兹别克斯坦（46.4%）的裸地蒸散耗水占绝对优势。本文明确了中亚五国土地覆盖连续动态变化过程,细化各国土地覆盖与蒸散发特征及差异,增强对土地覆盖与蒸散发现状的认识,可为水土资源管理和生态环境保护提供数据参考。     

基于不同景观的LAI-ET时空协同效应研究——以蒙古高原和青藏高原为例（英文）

近几十年来,蒙古高原和青藏高原的增温速度高于全球变暖的平均水平,导致生态系统的结构和功能发生了显著变化。叶面积指数(LAI)和蒸散发(ET)在塑造陆地表面过程和气候方面发挥着重要作用。在文中,我们重点关注LAI和ET的时空变化及其相互关系。基于2000-2014年的MODIS产品,我们发现蒙古高原的LAI和ET之间存在普遍的正相关关系,而青藏高原则没有协同作用。总体而言,青藏高原LAI的显著增加(减少)区域占总面积的49.38%(50.62%),蒙古高原则为94.92%(5.09%);青藏高原ET增加区域面积占总面积的21.70%(124.10×10~3 km^2),蒙古高原为88.01%(341.60×10~3 km^2)。更重要的是,随着时间的推移,这种关系在整个空间中发生了很大的变化,并且在景观的某些部分发现了不匹配。需要通过观测和/或实验研究来探讨这些关系,包括植被特征及其干扰的影响。     

澜沧江-湄公河流域径流与气候因子变化的季节差异特征研究

根据DELWARE温度和降水数据、GLDAS蒸散发数据和湄公河干流9个水文站的实测径流,采用回归分析、均值T检验和低通滤波,分析了该流域气候和径流在1950-2017年间的变化情况,经分析表明流域内气候和径流在研究时段内有较大变化,而且在不同的月份呈现不同的变化特征。流域年平均温度整体呈增加趋势,2008年后的平均温度相对2008年前平均温度有显著增加;流域年平均降水的变化幅度不大;流域平均蒸散发在12月-次年2月呈下降趋势,其他月份呈增加趋势,2008-2017年月平均蒸散发与1950-2007年月平均蒸散发相比大幅提升,尤其是在6-10月;湄公河流域年径流没有显著变化,但径流在12月-次年4月呈上升趋势,7-10月呈下降趋势,其中,上升趋势比下降趋势显著,1-4月径流上升趋势在2008年之后更为显著;最小径流在2008年后有显著增加趋势,最大径流在2008年后呈下降趋势;年流量逆转次数自20世纪90年代起有明显升高趋势。通过比较温度、降水、蒸散发和径流在不同时间段的变化情况,可以看出径流在2008年后变化趋势和气候自然变化关系不显著,但可能跟大坝蓄水能力显著提高等人为活动有较大关系。     

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。