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。     

旱作春小麦蒸散量测算方法的比较

采用波文比—能量平衡法和蒸渗计对农田蒸散量进行了为期3a的对比观测试验。结果表明，在半干旱雨养农业区，两者测算的农田蒸散量平均偏差为20％，波文比—能量平衡法计算值大于蒸渗计实测值，基本满足精度要求；无感热平流时两种方法所得蒸散量相关性较有感热平流时的好；在平流逆温状态下采用波文比—能量平衡法的计算误差大于非平流状态下的计算误差；由于蒸渗计隔断了与周围农田的水热交换，导致了蒸渗计测量的蒸散量较采用波文比—能量平衡法的计算值偏低，其偏差大小需要进一步试验确定。     

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。     

地中蒸渗计水分运移机理及其监测误差分析

对地中蒸渗计与自然潜水水分运移机理存在的差异及误差进行了分析。结果表明：地中蒸渗计与自然潜水在水位动态、水分存储、水分运移等方面存在一定的差异，使得利用地中蒸渗计监测的潜水蒸发量、降雨入渗补给量与自然潜水的实际情况产生了一定的误差，这种误差随着潜水埋深的变化而变化，潜水埋深越浅，误差越大，潜水埋深越深，误差越小。特别对于潜水埋深小于1．5m的地中蒸渗计，使用其资料时一定要作适当的技术处理，如果直接引用，将会给计算成果带来较大的误差。     

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。     

基于Hydrus-1d模型的农田SPAC系统水分通量估算——以山西省运城市董村农场为例

农田SPAC系统水分通量的研究对提高农业用水效率,缓解我国的水资源短缺现状具有重要作用.本文利用HydruS-1d模型,以山西省运城市董村农场为例,估算了研究区三种主要农作物(夏玉米、棉花和冬小麦)的农田水分通量.结果表明,在模拟期内,夏玉米、棉花和冬小麦的作物蒸腾占蒸散发(T/ET)的比值分别为84.7%、71.6%...     

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。     

阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响分析

蒸散发是水文过程的关键环节,研究气候因子对潜在蒸散发的影响,有助于深入认识水文过程对气候变化的响应。本文基于阿克苏河流域1960-2007 年逐日气象资料和Penman-Monteith公式,估算并分析参考作物蒸散量(RET) 时空变化特征,并用多元回归方法定量区分气候因子变化对RET 变化的贡献率。研究发现流域RET 空间差异明显,东部平原区平均年RET 为1100mm左右,是西部山区的近2 倍;东南部绿洲区的RET显著减少,而西部变化复杂。RET变化趋势的季节差异也很显著,以夏季变幅最大,是年变化的主要贡献者。高海拔地区相对湿度对RET变化影响最大,其它区域的风速变化对RET变化的贡献率最高。库车和乌恰站的风速变化对RET变化的贡献率大于50%,是RET变化的主导因素。