基于MOD16的关中地区实际蒸散发时空特征分析

基于新型MOD16遥感数据集,在产品数据精度验证的基础上,利用GIS与RS技术统计分析关中地区2000—2012年间实际蒸散发(ET)时空演变特征及不同土地利用类型蒸散差异。结果表明:(1)MOD16-ET在关中地区数据精度良好,验证相对误差和相关系数分别为10.38%和0.69;(2)关中地区多年ET均值为520.05 mm·a-1,空间分布大致呈西南-东北递减的三级阶梯格局,四季ET空间分布与多年平均情况基本一致。(3)ET空间分布受地表覆盖类型影响显著,各地类蒸散强度排序依次为林地(623.67 mm·a-1)草地(504.51 mm·a-1)园地(460.86 mm·a-1)农田(448.89 mm·a-1)裸地(408.77 mm·a-1);(4)关中地区ET年际变化趋势以0.87 mm·a-1的速率增加,空间分布呈东部减小西部增加的趋势,其中春、夏季变化区域面积比例较大且以增加趋势为主,秋、冬季节绝大部分地区ET年际变化不甚明显。关中地区年内各月ET大致呈先升后降的变化趋势,且蒸散量主要集中于夏季。     

基于MOD16A2的毛乌素沙地实际蒸散量时空稳定性模拟

基于MOD16A2遥感数据产品,统计分析毛乌素沙地2000—2014年地表实际蒸散量(ET)多年年、月平均值,探讨不同时空尺度下ET的分布特征及变化趋势。结果表明:毛乌素沙地ET年际月均的时空分布规律总体呈现显著地带性和季节性。冬春季节,ET呈下降趋势,下降速率53.24%;夏秋季节,ET先增后减。沙地4月份ET最低最干旱,多年ET均值在10 mm以下,9月和12月出现2次峰值,其ET量约为20 mm和25 mm。多年ET年均值呈现东南部高于西北部的趋势。主要蒸散范围在17.5～22.5 mm之间。15 a间毛乌素沙地波动区间面积排序为:轻度(33.67%)中度(32.04%)强烈(18.46%)微弱(15.83%)。ET总体表现为西南波动强烈,东北波动较缓,中部平稳。15 a间,毛乌素沙地ET增加趋势占34.38%,减少和不变趋势基本一致,各占28.49%和28.13%。沙地总体增加大于减少,说明沙地气候改善,干旱减轻。MOD16产品反演结果与多年气象、文献等研究结果一致,能够满足毛乌素沙地地表蒸散量时空变化分析的要求。     

基于混合型线性双源遥感蒸散模型的南疆绿洲地区干旱研究

利用MOD16蒸散产品数据以及2001—2014年新疆气象站点数据,基于混合型线性双源遥感蒸散模型估算南疆绿洲地区地表蒸散,并对比验证MOD16蒸散产品、反演蒸散量与研究区气象站蒸发皿实测蒸发量之间的关系。定义了蒸散干旱指数EDI,计算EDI距平,分析绿洲地区干旱分布特点,同时对比降水距平来检验干旱监测的准确程度。结果表明:MOD16蒸散产品蒸散量、模型估算蒸散量与蒸发皿实测蒸发量数据的相关性较好,说明利用MOD16蒸散产品数据估算蒸散量可行,也说明估算的蒸散量可信度高;由于绿洲地区北部水分供应更充足,EDI值空间上由南至北呈减小趋势,EDI值年际变化明显且均大于0.6;EDI距平与EDI同向变化,与降水距平反向变化;南疆绿洲地区在2001、2007、2008、2009、2014年的EDI值大于0.66。因此,EDI距平定义了干旱轻重程度界限:EDI临界值为0.66;EDI值越大,EDI距平越大,降水距平越小,干旱程度越严重。     

新疆地区遥感、融合和陆面模式模拟的蒸散产品的不确定性分析

蒸散是干旱区水资源消耗的主要方式,由于该地区地表植被覆盖稀疏且空间异质性较大,目前国际常用的众多蒸散产品的结果存在较大差异。故选取中分辨率成像光谱仪(MOD16)蒸散产品、全球陆地蒸散阿姆斯特丹模型(global land evapotranspiration amsterdam model,GLEAM)和通用陆面模式(common land model,Co LM)的蒸散产品为代表,利用三角帽(three cornered hat,TCH)方法定量评价3种蒸散产品在新疆干旱区模拟结果的空间不确定性。结果表明:GLEAM和MOD16蒸散产品的空间分布规律相似,山区蒸散值均显著高于平原区;Co LM在阿尔泰山、天山蒸散值显著高于平原区。此外,全疆多年平均蒸散值分别为:GLEAM[(142.36±11.11)mm·a~(-1)]、Co LM[(126.66±19.12)mm·a~(-1)]、MOD16[(78.64±4.61)mm·a~(-1)]。基于TCH方法的全疆蒸散模拟的不确定性结果大小依次为:Co LM(24.18 mm·a~(-1)),GLEAM蒸散产品(21.58 mm·a~(-1)),MOD16蒸散产品(17.66 mm·a~(-1))。在灌丛,山地半干旱区和山地半湿润区,3种蒸散产品的不确定性显著不同,其中Co LM不确定性最大(33.47 mm·a~(-1)、30.46 mm·a~(-1)、32.11 mm·a~(-1)),MOD16不确定性最小(9.50 mm·a~(-1)、14.80 mm·a~(-1)、14.34 mm·a~(-1))。量化新疆地区蒸散的不确定性为更加准确估算该地区的蒸散有着重要的科学意义。     

山西省不同生态分区增强型植被指数(EVI)对气候因子的响应

利用2000—2014年MODIS EVI数据、27个气象站点逐月气温和降雨量、MOD16蒸散量数据,分析了山西省15年来的植被覆盖变化及其对气温、降水和蒸散量的响应特征。结果表明:(1)山西省植被总体呈现上升趋势,增速为2.6%·10a~(-1),不同生态分区中Ⅱ东部大行山山地Ⅲ中部盆地Ⅳ西部山地Ⅰ晋北山地Ⅴ晋西黄土丘陵区。(2)山西省植被覆盖具有较大的区域差异,其中东南部的EVI明显高于西北部,EVI频度图呈现"单峰结构",全省绝大部分地区呈现不变或增加趋势,显著面积比例为25.95%,严重退化面积比例为1.04%。(3)基于年尺度的EVI与降水、蒸散量呈正相关,与温度负相关,基于月尺度的EVI与气温、蒸散量呈显著正相关,蒸散量与EVI的相关性好于降水、温度单一因子,而降雨量对EVI变化存在一个阈值。(4)从生长季考虑,从春季到夏季各大生态区蒸散量与EVI均为正相关并且逐渐加强,秋季除Ⅲ中部盆地外其它自然区均为负相关。     

新疆地区遥感、融合和陆面模式模拟的蒸散产品的不确定性分析北大核心CSCD

蒸散是干旱区水资源消耗的主要方式,由于该地区地表植被覆盖稀疏且空间异质性较大,目前国际常用的众多蒸散产品的结果存在较大差异。故选取中分辨率成像光谱仪（MOD16）蒸散产品、全球陆地蒸散阿姆斯特丹模型（global land evapotranspiration amsterdam model,GLEAM）和通用陆面模式（common land model,Co LM）的蒸散产品为代表,利用三角帽（three cornered hat,TCH）方法定量评价3种蒸散产品在新疆干旱区模拟结果的空间不确定性。结果表明：GLEAM和MOD16蒸散产品的空间分布规律相似,山区蒸散值均显著高于平原区;Co LM在阿尔泰山、天山蒸散值显著高于平原区。此外,全疆多年平均蒸散值分别为：GLEAM[（142.36±11.11）mm·a^-1]、Co LM[（126.66±19.12）mm·a^-1]、MOD16[（78.64±4.61）mm·a^-1]。基于TCH方法的全疆蒸散模拟的不确定性结果大小依次为：Co LM（24.18 mm·a^-1）,GLEAM蒸散产品（21.58 mm·a^-1）,MOD16蒸散产品（17.66 mm·a^-1）。在灌丛,山地半干旱区和山地半湿润区,3种蒸散产品的不确定性显著不同,其中Co LM不确定性最大（33.47 mm·a^-1、30.46 mm·a^-1、32.11 mm·a^-1）,MOD16不确定性最小（9.50 mm·a^-1、14.80 mm·a^-1、14.34 mm·a^-1）。量化新疆地区蒸散的不确定性为更加准确估算该地区的蒸散有着重要的科学意义。     

青海湖沙柳河流域蒸散发时空变化特征

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是植被和地面整体向大气输送的水汽总通量，其作为能量平衡及水循环的重要组成部分，不仅影响植物的生长发育，还可通过影响大气环流从而调节气候。本研究基于MODIS影像数据，结合数字高程模型(DEM)数据和气象数据，采用ArcGIS空间分析和数理统计方法对2000—2019年青海湖沙柳河流域近20 a的蒸散发时空特征进行了研究，并探究了流域蒸散发和气象因子的相关关系及其地形和海拔效应。结果表明：(1)青海湖沙柳河流域年均蒸散量在379.7～575.4 mm，平均蒸散量为501.9 mm，年均蒸散量呈显著的增加趋势(P<0.01)，线性斜率为5.98 mm·a^-1。(2)青海湖沙柳河流域多年平均蒸散量空间差异显著，其值表现为“中间高，两端低”的分布格局，即河源地区和下游河口三角洲地区低于中游地区。从不同植被类型带的多年平均蒸散量来看，高山草甸带>高山寒漠带>高山草原带。蒸散量较显著增加的区域主要分布在流域下游河口三角洲地区，占流域面积的9.7%，较轻微增加的区域占据流域主体，占流域81.2%。(3)年均蒸...     

近46 a六盘山东西两侧参考作物蒸散量特征

基于六盘山东西两侧甘肃平凉市7个气象站1965-2010年逐日气象要素,采用Penman Monteith模型计算了逐日参考作物蒸散量,应用Mann Kendall非参数检验法,分析了年际变化和季节变化特征。结果表明：① 1965-2010年,平凉市参考作物蒸散量多年平均在890～1 142 mm,全市西南部蒸散量最小,东部最大,年内夏季达到最大值,春、秋季次之,冬季最小;② 近46 a来,平凉市大多数站点参考作物蒸散量呈显著下降趋势;③ 影响平凉市参考作物蒸散量季节变化的主要气候因子是风速和日照,其中,风速是影响全市蒸散量呈下降趋势的主导因子。     

两种遥感蒸散产品在干旱半干旱地区的应用对比

为探讨MOD16和BESS两种蒸散产品在干旱半干旱地区的适用性,从区域尺度、逐像元尺度和不同植被类型等层面对两种蒸散进行了对比。结果表明,MOD16估算的宁夏近15a平均蒸散为264. 23mm,略高于BESS估算的259. 39mm,二者均略低于该地区的年平均降水量;空间上,MOD16在中部干旱带低估了蒸散,而在南部丘陵山区高估了蒸散;两种蒸散在像元尺度达到了极显著正相关,相关系数在0. 87-0. 95之间(P <0. 01);两种模型对不同植被类型地表蒸散的估算一致,均为林地蒸散最高,农田蒸散次之,草地蒸散最低;两种蒸散在年尺度上和年降水量序列具有较为一致的波动特征;总体来看,两种遥感蒸散产品在干旱半干旱地区的适用性较一致,均能反映出不同植被类型和地理单元的蒸散差异特征,但因模型机理不同又表现出各自的特点。     

西藏参考作物蒸散量时空变化特征与影响因素

为深入认识西藏参考作物蒸散量(ET_0)的变化特征,采用联合国粮农组织1998年推荐的Penman-Monteith公式计算西藏37个气象站点32 a(1981—2012年)的逐日ET_0,通过联合国防治荒漠化公约提出的全球干旱指数(UNEP)进行气候评价,利用空间插值及Mann-Kendall趋势检验法对西藏及各气候区ET_0时空变化特征进行分析,并通过偏相关分析法对其主要影响因素进行探讨,结果表明:西藏共分为特干旱、干旱、半干旱、干旱半湿润、湿润半湿润和湿润气候区,主要为半干旱气候区。近32 a参考作物蒸散量整体呈减小趋势,变化趋势为-1.508 mm·a~(-1),可将32 a分为3个时段,1981—1989年处于高蒸散阶段,1989年后处于低蒸散阶段,2005年起又持续回升。西藏西部到东部,年际ET_0呈减小趋势。各气候区气象因子的影响基本符合平均气温日照时数平均风速相对湿度,且平均气温、日照时数及平均风速在干旱区的影响较湿润区更为显著。     

近50年黄土地区气候与潜在蒸散量变化及其影响因素分析

根据黄土地区1951—2000年14个站点的日气象资料以及FAO56 Penman-Monteith公式,计算各站逐月潜在蒸散量,分析近50 a各站年平均气温、降水量、日照时数、风速和相对湿度等气候要素以及年潜在蒸散量的变化趋势和变化特征,并据此分析ET0变化的气候成因。结果表明:(1)近50 a来黄土地区基本都表现为显著的增温趋势,增温速率为0.039～0.396℃/10a,与全国平均水平0.22℃/10a相当;降雨量、风速、日照时数和相对湿度总体上均呈下降趋势;(2)潜在蒸散量年际间除驻马店和介休显著下降外,其他大部分站点呈显著上升趋势;(3)敏感性分析表明黄土地区潜在蒸散量的主要影响因素是相对湿度,其次是太阳辐射(日照时数)和气温,风速变化的影响最弱。     

1960-2008年黑河流域地表干湿状况的时空变化分析

利用1960-2008年黑河流域16个气象站的逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算最大可能蒸散量,进而计算该流域的湿润指数,对地表干湿状况的时空变化特征及其主要影响因素进行分析。结果表明：黑河流域及其上、中、下游地区的湿润指数总体呈上升趋势,地表湿润状况有所改善,且湿润指数的年际波动性较明显,变异系数分别为14.97%、13.63%、25.47%、37.72%。除下游地区外,夏季的湿润指数变化速率最快,冬季的变化速率最慢;春季,黑河流域地表以变干趋势为主,其他季节均以变湿趋势为主。影响黑河流域地表干湿状况的主要因素是降水量,其他气候因子的变化对地表干湿状况起增强或削弱作用。     

近15 a秦岭林区水源涵养量变化特征

秦岭是陕西省乃至全国最主要的水源涵养区之一,也是"南水北调"中线工程的重要水源涵养区。研究秦岭地区水源涵养能力的空间分布,以及随时间的时空演化规律,对于寻找影响水源涵养能力变化的自然因素与人为因素都具有重要意义。在地表能量平衡原理和水均衡原理的基础上,利用2000—2014年降雨量和蒸发量数据对秦岭地区的水源涵养量进行定量评估,探讨近15 a来秦岭水源涵养量的时空演化特征,结果表明:在降雨量和陆地蒸散等多种因素的共同作用下,秦岭地区年水源涵养量在8.22~441.4 mm之间波动,整体呈现出波动增加的趋势,其中2011年最大,为441.4 mm,2002年最小,仅为8.22 mm;年水源涵养量安康市最高,宝鸡市最低;近15 a来,秦岭地区水源涵养能力的结构有所改善,0 mm和0~300 mm所占比例呈下降趋势,占总面积的比例由84.48%下降至76.95%;300~600 mm和600 mm所占比例呈现出波动上升的趋势,占总面积比例由15.52%上升至23.01%。秦岭地区年水源涵养量线性变化趋势以增加为主,增加的面积占总面积近9成,其中微弱增加占主导;增加最显著的地区主要集中在汉江中段。该研究结果可以为秦岭地区水资源保护提供科学的参考。     

Characterizing the spatiotemporal variations of evapotranspiration and aridity index in mid-western China from 2001 to 2016

Mid-western China is one of the most sensitive and fragile areas on the Earth. Evapotranspiration (ET) is a key part of hydrological cycle in these areas and is affected by both global climate change and human activities. The dynamic changes in ET and potential evapotranspiration (PET), which can reflect water consumption and demand, are still unclear, and there is a lack of predictive capacity on drought severity. In this study, we used global MODIS (moderate-resolution imaging spectroradiometer) terrestrial ET (MOD16) products, Morlet wavelet analysis, and simple linear regression to investigate the spatiotemporal variations of ET, PET, reference ET (ET₀), and aridity index (AI) in mid-western pastoral regions of China (including Gansu Province, Qinghai Province, Ningxia Hui Autonomous Region, and part of Inner Mongolia Autonomous Region) from 2001 to 2016. The results showed that the overall ET gradually increased from east to southwest in the study area. Actual ET showed an increasing trend, whereas PET tended to decrease from 2001 to 2016. The change in ET was affected by vegetation types. During the study period, the average annual ET₀ and AI tended to decrease. At the monthly scale within a year, AI value decreased from January to July and then increased. The interannual variations of ET₀ and AI showed periodicity with a main period of 14 a, and two other periodicities of 11 and 5 a. This study showed that in recent years, drought in these pastoral regions of mid-western China has been alleviated. Therefore, it is foreseeable that the demand for irrigation water for agricultural production in these regions will decrease.     

Spatiotemporal variations of evapotranspiration and reference crop water requirement over 1957-2016 in Iran based on CRU TS gridded dataset

Agriculture needs to produce more food to feed the growing population in the 21^st century. It makes the reference crop water requirement (WREQ) a major challenge especially in regions with limited water and high water demand. Iran, with large climatic variability, is experiencing a serious water crisis due to limited water resources and inefficient agriculture. In order to overcome the issue of uneven distribution of weather stations, gridded Climatic Research Unit (CRU) data was applied to analyze the changes in potential evapotranspiration (PET), effective precipitation (EFFPRE) and WREQ. Validation of data using in situ observation showed an acceptable performance of CRU in Iran. Changes in PET, EFFPRE and WREQ were analyzed in two 30-a periods 1957-1986 and 1987-2016. Comparing two periods showed an increase in PET and WREQ in regions extended from the southwest to northeast and a decrease in the southeast, more significant in summer and spring. However, EFFPRE decreased in the southeast, northeast, and northwest, especially in winter and spring. Analysis of annual trends revealed an upward trend in PET (14.32 mm/decade) and WREQ (25.50 mm/decade), but a downward trend in EFFPRE (-11.8 mm/decade) over the second period. Changes in PET, EFFPRE and WREQ in winter have the impact on the annual trend. Among climate variables, WREQ showed a significant correlation (r=0.59) with minimum temperature. The increase in WREQ and decrease in EFFPRE would exacerbate the agricultural water crisis in Iran. With all changes in PET and WREQ, immediate actions are needed to address the challenges in agriculture and adapt to the changing climate.     

准噶尔盆地地表反照率时空变化特征及其影响因素分析

地表反照率变化影响地表辐射收支与能量平衡,从而对区域和全球气候产生影响。以准噶尔盆地为研究对象,利用MODIS卫星遥感数据产品MOD09A1反演地表短波反照率,结合气象数据和植被指数分析准噶尔盆地2001—2018年荒漠草地地表反照率时空变化特征及其影响因素。结果表明:准噶尔盆地地表反照率空间分布地域差异明显,地表反照率年均值为0.303,整体呈东北高、西南低的特点;其年际变化速率呈减少趋势,平均每年为1.4×10^-4,减少面积约占总面积的52.8%;四季空间分布变化明显,春、夏、秋三季空间分布相似,冬季值最高(0.551),夏季最低(0.203)。准噶尔盆地东北缘的阿尔泰山地表反照率年内变化较为剧烈;生长季归一化植被指数(NDVI)值大小为:夏季>秋季>春季。准噶尔盆地整体地表反照率与NDVI呈负相关,大部分区域与平均气温呈负相关,与降水呈正相关,且相关性大小依次为气温>NDVI>降水。MODIS反演结果与地面实测值之间存在显著的相关性(R²=0.8908,P<0.01),均方根误差为0.014。为了解准噶尔盆地陆面特征,客观评价全球气候变化下干旱区陆面变化及其正负反馈响应机制提供一定的理论依据。     

辽宁省洪涝灾害规律的初步研究

根据辽宁省21个气象站点1958-2008年逐日降水观测数据,采用Z指数方法和区域旱涝等级评定,并运用Morlet小波分析和Kriging空间插值法对辽宁省近51年洪涝灾害的时空分布特征进行经验正交函数(EOF)方法对比分析。研究结果表明:从时间变化方面来看,1958-2008年间的降水变化呈波动式下降趋势,减小趋势为1.96mm/a,年际变幅比较大,且呈周期性变化,主周期约为9年,次周期约为24年和3年;从空间变化方面来看,根据EOF分析,辽宁省降水分布呈现整体一致性、东南-西北对称相反性、中部-两侧对称相反性。主体变化是由辽东南沿海向西北内陆递减;洪涝灾害区主要集中在辽北、辽中、辽西北部分地区的大、中河流的中下游平原。     

1971-2014年青藏高原参考蒸散变化及其归因

研究参考蒸散时空变化格局并辨识其驱动因子，是认识区域水文过程及其对气候变化响应的重要途径。基于修正的FAO 56 Penman-Monteith公式和青藏高原75个台站逐日气象观测资料，分析了1971—2014年高原参考蒸散变化的转折特征，并探讨转折前后的年际与季节变化趋势及其主导因素。结果表明：1971—1996年青藏高原参考蒸散呈急剧下降态势〔-27.07 mm·(10a)^-1〕，而1997—2014年高原参考蒸散增加趋势显著〔40.16 mm·(10a)^-1〕，尤以33°N以南区域最为突出。这与影响参考蒸散变化的气候因子变化趋势的年际转折密切相关。其中，风速变小是1971—1996年高原年参考蒸散减少的主要因素，特别是在高原北部；相对湿度降低则极大地促进了1997—2014年高原主体(除高原北缘外)参考蒸散的显著增加。此外，从季节上看，春、秋、冬季参考蒸散变化的最大贡献因子由之前的风速减小转变为1997—2014年的相对湿度下降；影响高原夏季参考蒸散的主导因子是1971—1996年相对湿度的增加，之后则转变为1997—2014年日照时数的增加。