2000-2014年天山山区蒸散发时空动态特征

利用MODIS ET数据集中2000-2014年的地表实际蒸散发量产品,运用变异系数、Theil-Senmedian趋势分析与Mann-Kendall检验和Hurst指数法,探讨了中国天山山区蒸散发的空间格局、空间异质性和时间变化特征及未来趋势预测.研究表明:(1) 2000-2014年天山山区蒸散发量总体较高,蒸散发量大于400mm的区域占总面积的49.172％.受降水量控制,ET在空间上有西部大东部小、北部大南部小的特点;受土地覆盖的影响,ET的高值区(＞400 mm)主要为山区的林地和草地,而低值区(＜200 mm)主要为稀疏植被区,不同土地覆盖的ET大小为:农用地＞林地＞草地＞稀疏植被.(2)近15a全区蒸散发变异程度不明显,以相对较低的波动变化为主,面积比例为45.140％,其中高波动变化的区域是受土地覆盖演变的影响.(3) 15 a间全区年均蒸散发量大致分布在305～387mm,呈波动变化,总体有减小趋势,变化率为-2.911 6mm/a.基于像元尺度的分析也表明全区ET以减小的变化趋势为主,面积比例为83.022％.天山山区蒸散发量的减小趋势,是区域降水量减少所致.(4)全区ET的Hurst指数均值为0.747,Hurst指数大于0.5的范围所占比例为86.382％.未来全区蒸散发的变化趋势以持续性减小为主,面积比例为69.888％,其中15.589％区域的变化趋势无法确定.     

基于GLEAM遥感模型的中国1980－2011年地表蒸散发时空变化

对中国地表蒸散发时空变化的分析,有助于了解气候变化对水循环的影响及对中国水资源的合理配置。该文基于GLEAM（global land-surface evaporation: the Amsterdam methodology）遥感蒸散发模型,通过对GLEAM产品在站点尺度和流域尺度的精度验证以及中国地表蒸散发时空变化特征的研究,得出以下结论：1）GLEAM产品在中国区域满足精度要求,在站点尺度上,GLEAM产品在草原半干旱区的模拟程度最好,海北、内蒙古、当雄3个草原站皮尔逊相关系数（pearson correlation coefficient,CC）均值为0.77（0.65～0.85）;森林站的CC相关系数均值为0.66（0.40～0.85）,禹城农田站CC值为0.68;在流域尺度上,海河（相对偏差（relative bias,RB）16.2%）、黄河（RB,15.2%）、西北诸河流域（RB,9.2%）的验证结果精度较好。在绿洲或农灌区降水较少的年份,GLEAM产品符合地表实际蒸散发可能大于降水的规律;2）1980－2011年中国的多年平均蒸散发为18～1 400 mm,空间分布呈从西北向东南方向递增,西北地区多年平均蒸散发最少,海南岛与台湾岛是多年平均蒸散发的极大值区;3）1980－2011年中国平均的年地表蒸散发变化范围为349.7～436.0 mm,多年平均年地表蒸散量为397.5 mm。近32 a中国区域平均地表蒸散发呈显著的上升趋势,上升速率为12.3 mm/(10 a);4）1980－2011年中国各栅格地表蒸散量变化速率为?86.5～108.7 mm/(10 a),地表蒸散发减少的面积占28.4%,9.45%的区域地表蒸散发呈明显减少、显著减少及急剧减少趋势,主要位于内蒙古东部、青藏高原西部（新疆西部及东北部、西藏西北部）、甘肃南部等地。地表蒸散发增加的面积占71.6%,18.2%的区域地表蒸散发呈显著增加、急剧增加的趋势,主要位于海河区的河北南部及山东西北部、淮河流域的山东半岛、黄河区的青海东部、长江中下游区的四川东部、山西南部、湖北、湖南、安徽、江西等地、东南诸河区、珠江区及云南南部等;5）各栅格年蒸散发的变化趋势主要由夏季蒸散发变化趋势主导,春季、秋季、冬季对年蒸散发变化趋势的影响较弱。该研究对理解中国气候变化与水资源之间的相互影响具有重要作用,可为中国水资源评价与管理提供参考及决策依据。     

中国粮食主产区参考作物蒸散量演变特征与成因分析

在全球变暖的背景下,参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration,ET0）的改变及其空间分布势必对中国粮食主产区农业水资源规划、农业用水管理等产生重要影响。本文将中国粮食主产区划分为温带湿润半湿润地区（I区）、温带干旱半干旱地区（II区）、暖温带半湿润地区（III区）和亚热带湿润地区（IV区）4个子区域,基于粮食主产区265个站点1961-2013年53a气象数据,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算各站点逐日ET0,利用ArcGIS空间插值、Mann-Kendall趋势检验、敏感性分析和贡献率分析等方法,对该区域ET0的时空分布规律及其成因进行分析。结果表明：（1）近53a来,中国粮食主产区年均ET0为878.9mm,整体呈显著下降趋势,速率为0.47mm·a^-1（P＜0.05）,I、II区和IV区年均ET0分别为741.8、1079.8和924.2mm且均有所减小,但变化趋势并不明显,III区年均ET0为940.2mm,呈极显著下降趋势,速率为1.21mm·a^-1（P＜0.01）。（2）全区及I-IV区ET0最敏感气象因子均为相对湿度,其敏感系数分别为-1.060、-1.232、-0.784、-1.114和-1.009。（3）全区及I-III区对ET0变化贡献最大的气象因子为风速,IV区为相对湿度。（4）风速的减小是造成粮食主产区全区及I-III区ET0减小的首要原因,风速减小和日照时数缩短是造成IV区ET0减小的主要原因。     

河西地区潜在蒸散发量变化及其敏感性分析

基于Penman-Monteith方程式计算了河西地区的潜在蒸散发量,应用气候倾斜率分析了主要气候因子的变化趋势,并基于湿润指数对河西地区地表干湿状况的时空变化特征进行了分析,基于情境假设法评估了潜在蒸散发量对各气象因子的敏感性。结果表明:1975—2012年河西地区最高温度和年均温度显著升高,而风速显著降低。随着海拔的升高,降水量和湿润指数均显著增加,潜在蒸散发量显著降低;平均风速和日照时间与潜在蒸散发量正相关,而相对湿度和平均气压为负相关。河西地区平均温度、平均风速、日照时间、相对湿度和气压变化能够引起潜在蒸散发量变化的百分比分别为41.1%,22.9%,19.1%,16.4%和0.5%。     

典型草原地区蒸散发研究与分析

蒸散发(ET)作为影响水资源空间分布的关键因素之一,准确监测、模拟其值的空间变化,对提高水资源利用效率和保护区域生态环境具有重要意义.选择北方典型草原区锡林河流域作为研究对象,通过气象数据和TM数据,利用遥感和GIS技术,构建了锡林河流域反演蒸散发的SEBAL模型.结果显示,卫星过境当天流域蒸散发为0～9.1 mm/d,其中蒸散发在0～2 mm/d之间的像元占流域总面积的70％以上,地表水资源不足是导致蒸散发较小的主要原因;按照土地利用类型统计,水域分布的地区日蒸散发相对较高,草地分布的地区日蒸散发相对较低;相关性分析显示,地表温度的大小变化对ET空间分布影响较大.反演结果对流域尺度的水资源管理定量化研究具有重要意义,同时,可为深入研究“水—草 畜”系统平衡奠定理论基础.     

鲁中地区参考作物蒸散量时空变化特征及主要气象因子的贡献分析

基于1980-2014年鲁中地区气象资料,采用Penman-Monteith模型计算该区域近35a的参考作物蒸散量（ET0）,分析不同时间尺度ET0及主要气象因子的时空变化规律,并利用基于敏感系数的贡献率法探讨主要气象因子对不同时间尺度ET0变化的贡献。结果表明：鲁中平原地区近35a年ET0平均值为1165.8mm,山区为1144.6mm,均呈减少趋势,且平原减少趋势极显著,其气候倾向率为-22.2mm·10a-1（P＜0.01）;季节ET0平均值由多到少依次为夏季、春季、秋季和冬季,春季呈增加趋势,其它季节呈减少趋势;6月是ET0最大的月份,1月为最小的月份,其年内分布呈抛物线状;各时间尺度ET0变化主要空间分布基本同步。年、季ET0对相对湿度的变化最敏感,且呈增加趋势,月ET0对主要气象因子变化的敏感性随月份呈现不同规律,3-6月、9-10月的最敏感气象因子为相对湿度,1-2月、11-12月为风速,7-8月为日照百分率。从主要贡献率看,年ET0变化的主要贡献因子为风速,各季、月ET0变化的主要贡献因子不一,但平原和山区两种地形同一时段主要贡献因子基本一致,4个主要气象因子的总贡献率基本能解释各时间尺度ET0变化的原因。     

2001-2015年伊犁河谷草地蒸散发时空变化分析

蒸散发（Evapotranspiration,ET）是陆地生态系统环境调节的重要方式。草地退化背景下,研究草地蒸散发的时空变化,对掌握草退化生态效应具有重要意义。选择草地退化严重的伊犁河谷作为研究区,利用2001-2015年MODIS ET和NDVI遥感数据以及气温和降水站点数据,借助于GIS空间分析技术,反演植被覆盖度,插值生成气温和降水空间分布数据,进而进行差值和相关性计算,对该区草地ET时空变化及其影响因素进行分析和探讨。结果表明:（1）伊犁河谷草地多年平均ET为395.74 mm;空间上43.21%区域ET位于400~500 mm;全区ET不仅海拔分异明显,且与覆盖度的空间分异总体一致;（2）近15 a伊犁河谷全区草地平均ET减少11.06%,空间上ET发生减少面积占到98.07%,其中51.82%的减少比例位于10%~20%,主要分布在海拔较低的洪积平原和低山区;（3）2011-2015年时段ET变化的空间分异发生较大转变,低海拔区ET减少比例明显缩减,而高海拔区ET减少比例扩大;（4）伊犁河谷草地植被覆盖度与ET的相关性最高,植被覆盖度是决定草地ET空间分布及时空变化的关键因素,降水对草地ET空间分布及变化的影响高于气温。伊犁河谷植被覆盖度、降水及气温的降低均构成草地ET降低的驱动因素,但复杂的地形使伊犁河谷草地ET与其影响因素的相关性呈现明显且多样的空间差异。     

基于URMOD模型的市区蒸散发模拟与遥感验证

为了描述城市区域水文过程,该文利用中国水利水电科学研究院水资源研究所开发的分布式水文模型Simulating Model for Urban Water Cycle （URMOD）,以北京市四环路以内区域为例对不同下垫面蒸散发量进行了模拟计算。结果表明,城市区透水区域和不透水区域的蒸散发规律有很大差别,模拟期2002－2005年,草地、林地和水面的年均蒸散发量分别为578.4、571.2和1?130.5?mm,而不透水区域的年均蒸散发为161.0～269.1?mm。将模拟蒸散发量和遥感反演数据进行对比,模拟月蒸散发数据系列与遥感反演结果吻合度很好。该模型可以有效模拟城市区实际蒸散发量。     

1975－2004年中国湿润指数时空变化特征

研究湿润指数的长期变化有助于了解在全球变暖背景下气候干湿状况的演变特征及正确评价农业气候资源并合理有效进行农业气候区划。依据中国616个地面气象台站1975年至2004年的日气象资料,利用联合国粮农组织推荐的参考蒸散计算方法,计算参考作物蒸散（ET0）和湿润指数（W）,按照中国气候区划中的干湿指标把中国分为极干旱、干旱、半干旱、半湿润和湿润气候区, 并与传统的降水量干湿指标进行对比,揭示在全球气候变化下两种干湿指标的异同,最后对中国近30 a干湿状况进行时空分析。结果表明,中国参考作物蒸散 总量变化在800～1600 mm之间,西北最大,东北最小;与传统的等降水量线对比,Penman-Monteith湿润指数能够更好地表征中国的干湿状况,尤其在过湿、过干地区和东北地区。不同地区湿润指数等值线波动情况不同,中国的西南地区干湿分布状况比较稳定,西北极干旱区的干湿分布稳定性最差;中国湿润化地区增多,但是干旱化程度和进程却大于湿润化地区,中西部干旱化严重。     

北方农牧交错带参考作物蒸散量时空变化与成因分析*6

利用北方农牧交错带46个气象站1961-2013年气象资料,采用Penman-Monteith公式法计算该地区参考作物蒸散量(ET0)、ET0对气象因子的敏感性系数、气象因子对ET0的贡献率,并通过趋势分析、GIS空间插值方法对这些指标的时空变化进行分析。结果表明：（1）北方农牧交错带年ET0平均值在839～1097mm,近53a来以0.21mm · a-1的速率减小。（2）空间分布上,ET0总体呈现“一高二低”的分布格局：陕北高原为高值区,大兴安岭北部高纬地区、青东农区及陇中片区为两大低值中心区。且陕北高原、陇中及青东农区61%的站点ET0平均以0.85mm·a-1（P＜0.05）的趋势递增,而吉林西部、科尔沁沙地、辽西地区则呈明显减小趋势。（3）气象因子对ET0的贡献受ET0对气象因子的敏感性和气象因子的相对变化共同影响,其中北方农牧交错带 ET0对相对湿度最敏感,其次为平均风速;但近53a 来风速呈极显著下降趋势,下降速率达0.0154m·s-1·a-1（P＜0.001）,因此,综合分析结果表现为风速对ET0的贡献量最大,说明北方农牧交错带ET0下降主要归因于风速的降低。     

新疆地区参考作物腾发量的灰色模型预测

该文依据新疆地区6个站的长序列逐日气象观测资料,基于Penman-Monteith公式计算了逐日参考作物腾发量（ET0）,并应用重标极差法对ET0未来变化趋势进行了分析。运用灰色关联理论计算了各站各气象因子与年ET0间的灰色关联度和关联序。在此基础上,运用灰色系统理论建立灰色不等维递补GM（1,h）模型对6个站的年ET0进行了模拟预测,并与灰色GM（1,1）模型进行了比较。结果表明：各站ET0年内变化均呈抛物线型,4－9月ET0依各站顺序为：若羌＞吐鲁番＞哈密＞喀什＞和田＞伊宁;6站年ET0赫斯特指数均大于0.5,各站未来的趋势与历史呈正相关,依然是波动递减;总体上,平均温度、日照时数、饱和气压差对各站年ET0的影响比较大;灰色不等维递补GM（1,h）模型预测相对误差限为0～7.31%,预测精度明显高于GM（1,1）模型。该研究表明采用灰色模型预测新疆地区参考作物腾发量精度较好。     

基于SWAT模型的根河流域蒸散量时空分布特征

为了研究根河流域38年间蒸散(ET)、潜在蒸散(PET)的年际、年内变化过程及空间分布格局,基于SWAT模型分析了各气象要素与蒸散的相互关系。结果表明:(1)根河流域1980—2017年ET值、PET值整体呈增加趋势。(2)根河流域ET与PET的年内变化总体上均呈先增大后减小的单峰型分布。(3)根河流域的ET值在空间上呈现流域上游高,中下游低的分布格局; PET值在空间上呈现西南>东北>东南的分布规律。(4)根河流域的生长期、完全冻结期、融冻期ET值均呈现增加趋势,始冻期ET值呈降低趋势,4个时期平均ET值差异性表现为生长期>融冻期>始冻期>完全冻结期。(5)根河流域多年ET值在不同土地覆被类型的大小为林地>草地>耕地>建设用地>沼泽地; 而PET的排序为耕地>建设用地>林地>草地>沼泽地。(6)根河流域蒸散量与降水量和气温呈显著正相关。研究结果对根河流域的蒸散量变化及其冻融作用对当地的影响有着重要的参考意义。     

淮河流域参考作物蒸散量变化特征及主要气象因子的贡献分析

利用淮河流域171个站点1971-2010年的气象资料,采用FAO Penman-Monteith公式计算该区近40a的参考作物蒸散量（ET0）,并对ET0的时空分布特征和影响因子进行定量分析。结果表明：淮河流域年ET0为898mm,近40a总体以17.5mm/10a的速率减小（P〈0.05）;空间分布显示西北部大部站点ET0呈显著下降趋势（P〈0.05）,仅东南部个别站点呈显著上升趋势（P〈0.05）。各气象因子对ET0变化的贡献表现为两方面,即ET0对气象因子的敏感性和气象因子的多年相对变化率,在4个主要因子中（平均温度、相对湿度、日照时数和风速）,ET0对相对湿度的变化最敏感（敏感系数最大）,而风速的多年平均变化率最大。从各因子的贡献率看,对ET0贡献最大的是风速,平均温度的贡献最小,4个因子对ET0变化的总贡献率为-4.96%,总贡献率为负在很大程度上解释了ET0呈下降趋势的原因。     

四川地区参考作物蒸散量的变化特征及气候影响因素分析

参考作物蒸散量是估算作物需水量的关键因子,对指导农田灌溉具有重要的现实意义。本文利用1961-2009年四川地区5个盆地站点和5个高原站点的逐日气候资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量（ET0）,分析了当地ET0的日值、月值、季值和年值的变化特征,并采用偏相关分析方法,对影响ET0变化的主要气候因子进行了探讨。结果表明：（1）四川盆地与高原地区参考作物蒸散量的日均值、月均值呈单峰或双峰型曲线变化,有明显的季节特点,最小值出现在冬季,最大值出现在夏季。（2）盆地地区各站点的年ET0呈波动递减趋势,且下降趋势通过了显著性检验;高原地区木里、松潘两站点的ET0呈上升趋势,其他站点呈减少的趋势。（3）四川地区的年、季参考作物蒸散量与日照时数、风速、相对湿度、平均温度、最高温度、最低温度、气压等要素关系密切,但近50a来日照时数的显著下降是导致盆地地区参考作物蒸散量减少的主要原因,风速的变化是导致高原地区参考作物蒸散量变化的主要原因。     

1961－2014年中国干湿气候时空变化特征及成因分析

利用全国701个气象站点1961-2014年逐日地面观测资料,基于降水量和参考作物蒸散量(ET0)计算的湿润指数研究了近54a中国干湿气候时空变化特征,并利用敏感性和贡献率法分析了气候变化背景下主要气象因子对ET0的影响,对干湿气候变化的成因进行了探讨.结果表明:全国气候在3个时间段(时段1:1961-1980;时段2:1981-2000;时段3:2001-2014)中经历了变湿到变干的过程;不同地区干湿状况变化差异很大,干旱趋势主要发生在中国的半干旱半湿润气候区;1961-2014年降水量变化趋势不显著,ET0呈显著下降的趋势,61.6%的站点出现"蒸发悖论"现象.南方大部分地区和新疆的西北部由于降水量增加和ET0减少,气候变湿;西北和西南大部分地区由于年降水量减少和ET0增加,气候呈显著变干的趋势.ET0对相对湿度的变化最敏感,风速的负贡献率是引起ET0变化的主导因子.研究时段内风速和日照时数的减少对ET0的负效应超过温度上升对ET0的增大作用,导致全国ET0总体呈下降趋势.     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅰ)——近52年秦岭南北气候时空变化特征分析

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,利用FAO Penman-Monteith公式计算各站的潜在蒸散量和湿润指数;采用样条曲线插值法(Spline)、气候倾向率、相关分析等方法对该区气温、降水、潜在蒸散和湿润指数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行分析。结果表明:1)秦岭南北多年平均气温由北向南逐步上升,1993年是气温变化的转折点,1993年以前秦岭以南地区降温更明显,1994年起绝大部分站点气温显著(P<0.01)上升,秦岭南北无明显差异;2)多年平均降水量由南向北递减,1995年以前各区降水量均表现出下降趋势,秦岭以北地区降水量下降更明显,1995年以后70%以上站点降水量增多,秦岭以北地区有变干趋势,秦岭南坡微弱变湿,其余地区整体升降趋势不明显;3)潜在蒸散量呈东高西低的分布格局,各子区蒸散量呈现较为一致的下降趋势(P<0.05),但无明显转折点,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北蒸散量下降更明显;4)湿润指数由南向北递减,秦岭以北地区以暖干化为主,而秦岭以南以暖湿化为主,季节尺度上,4个子区表现出的变化规律较为一致,春季和秋季绝大部分站点的湿润指数呈下降趋势,而夏季和冬季则以上升趋势为主;5)湿润指数与日照时数、最高气温、平均气温和蒸散量呈显著水平(P<0.01)的负相关关系,与最低气温和风速相关关系不显著,降水量和空气湿度的增加会对湿润状况的改善起到正向作用。     

近48年新疆夏半年参考作物蒸散量时空变化

利用新疆101个气象站1961-2008年夏半年（4-9月）逐月气候资料,在采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算出各站逐月参考作物蒸散量的基础上,使用气候倾向率、累积距平、t检验、Morlet小波、相关分析和Kriging插值技术等方法,对新疆近48a夏半年参考作物蒸散量时空变化特征及其气候成因进行了探讨。结果表明：（1）新疆夏半年平均参考作物蒸散量为942.5mm,在空间分布上呈现＂南疆大于北疆、东部大于西部、平原和盆（谷）地大于山区＂的格局。其空间分布与各地气温、日照时数、降水量、平均风速和空气相对湿度具有较好的对应关系,表现为,气温高、风速大、日照充足、降水少、空气干燥的区域,夏半年参考作物蒸散量较大,反之,蒸散量较小。（2）1961-2008年新疆夏半年参考作物蒸散量与同期日照时数、平均风速呈显著的正相关,与降水量、空气相对湿度为显著的负相关,与平均气温的相关关系虽不显著,但两者的年际间波动趋势基本一致。近48a,受气温上升、风速减小、降水量增多、相对湿度增大的综合影响,新疆夏半年参考作物蒸散量总体以20.09mm.10a-1的倾向率呈极显著的减小趋势。（3）突变检测表明,新疆夏半年参考作物蒸散量于1986年发生了突变性的减小,突变后的平均参考作物蒸散量较突变前减少了65mm,减少6.6%。（4）新疆夏半年参考作物蒸散量存在4~5a、12a和准22a的周期性变化,预计未来数年参考作物蒸散量将有增大的趋势。     

海南岛参考作物蒸散量时空变化特征及成因分析

根据海南岛18个气象站1971–2010年逐日气象资料和Penman–Monteith模型计算各站ET0,利用线性回归和ArcGIS空间插值技术分析年和四季ET0的时空变化特征,并采用敏感系数和气象因子的相对变化率相结合的方法对年和四季ET0变化成因进行分析。结果表明：海南岛18个市（县）年ET0均值为1191.4mm,其空间分布,除夏季外,年和其余各季ET0大致呈由东北向西南递增的趋势。近40a海南岛18个市（县）年ET0的气候倾向率均值为-5.0mm×10a-1,其中13市（县）为负值,5市（县）为正值。春、夏、秋、冬四季ET0的气候倾向率分别为-3.1、1.8、-0.7和-2.8mm×10a-1。总体来看,年ET0减少的区域主要是由于春季ET0减少所致,年ET0增加的区域主要是因夏季ET0增加之故。引起海南岛大部分地区年和春、夏、秋季ET0减少的主要原因是平均风速减小和日照时数的减少,冬季ET0减少除与平均风速减小、日照时数减少有关外,水汽压增加也是主要成因之一。年和四季ET0增加的区域主要是平均最高和平均最低气温升高。     

1961-2013年新疆潜在蒸散量变化特征及趋势

准确地评估潜在蒸散量的时空变化趋势对新疆水资源合理利用及气候变化下水文变化研究具有重要意义。该文采用Penman-Monteith公式以及55个气象站的气象资料计算了新疆1961-2013年潜在蒸散量,运用年代距平、M-K检验、Cramer’s突变检验,相关分析及贡献率分析方法,分析了新疆潜在蒸散量的时间、空间变化特征及变化原因。结果表明:1995年为ET0突变点。年ET0在1961-1994年处于明显减少趋势,平均递减率为-3.21 mm/a;在1995-2013年转为明显上升趋势,平均递增率为3.51 mm/a。空间上,75%以上的气象站在1961-1994年处于降低趋势,在1995-2013年转为增加趋势。在全区范围及天山北坡、天山南坡、昆仑山北麓3个分区,风速具有最大的相对贡献率。阿尔泰区则是相对湿度具有最大的相对贡献率。天山山区在两个时段分别是日照时数、温度具有最大贡献率。