杨树防护林土壤蒸发及其影响因素

[目的] 研究杨树林地土壤蒸发规律,探索估算林下土壤蒸发量的方法,为林业高效用水和研究水循环规律提供理论支撑。[方法] 利用20 cm蒸发皿和微型蒸发器测量杨树林下水面和土壤蒸发量,分析气象要素与林下土壤和水面蒸发的关系。测量土面温度和蒸发皿水体温度,计算两者温度差相对值（RT）,以水面蒸发量为参考计算土壤相对蒸发量（RE）,分析RE与RT的关系,进而建立估算土壤蒸发量的经验公式。[结果] 太阳辐射是影响林下土壤及水面蒸发量最主要的因素,温度、相对湿度和风速等气象要素与土壤蒸发的相关性较差;随着林下土壤与水面温度差相对值RT的增大,相对蒸发量RE逐渐减小,当RT增大到约0.11后,RE趋近于常数0.164,认为此时土壤的蒸发已经进入到水汽扩散阶段。[结论] 杨树防护林下土壤相对蒸发量随土壤与水体温度差相对值的增加而逐渐减小,后趋于常数。经验证本研究提出的方法和建立的公式可较好地估算土壤蒸发,为土壤蒸发量的原位测算提供了新的手段。     

潜水埋深为零时塔里木盆地不同土质潜水蒸发与水面蒸发关系分析

根据渭干河灌区潜水蒸发试验站和阿克苏水平衡试验站的实际监测资料,分析了E601型蒸发器与E20蒸发皿观测的水面蒸发的关系、不同土质潜水埋深为零时潜水蒸发与水面蒸发的关系,提出了潜水蒸发能力系数的概念,并分析了其与土壤机械组成的关系.结果表明塔里木盆地非冻结期E601型蒸发器与E20蒸发皿观测的水面蒸发的折算系数变化在0.65～0.78之间;除细砂土外,E601蒸发器观测的水面蒸发强度不能代替潜水埋深为零时的潜水蒸发强度;不同质地土壤的粉粘粒(d<0.02 mm)含量百分数与潜水蒸发能力系数呈指数相关关系.     

吉林省蒸发皿蒸发量时空变化特征及其成因定量化分析

为了分析气候变化背景下吉林省蒸发皿蒸发量时空变化特征及其成因,利用吉林省45个气象站1970-2014年的蒸发皿资料,分析45 a蒸发皿蒸发量的变化趋势,同时结合其他常规气象资料定量化分析了影响蒸发皿蒸发量变化的因素。结果表明:过去45 a中吉林省年蒸发皿蒸发量呈显著下降趋势(-22.49 mm/10 a)。四季中,春季蒸发皿蒸发量减少的最多,而其他3个季节中虽有小幅上升,但并不显著。影响吉林省地区年蒸发皿蒸发量变化主导因子是风速和水汽压差,由于负贡献超过正贡献,导致45 a中年蒸发皿蒸发量呈下降趋势。影响春季蒸发变化的主导因素是风速,而夏、秋、冬3个季节中的主导因素则是水汽压差。空间上,影响吉林省西部和中部蒸发年变化的主导因子是风速和日照时数,而南部地区则是水汽压差。四季中,风速和日照时数是影响多数气象站春季蒸发变化的主导因子,其他季节中水汽压差的正贡献是影响蒸发变化的主导因子。     

潜水埋深为零时塔里木盆地不同土质潜水蒸发与水面蒸发关系分析

根据渭干河灌区潜水蒸发试验站和阿克苏水平衡试验站的实际监测资料，分析了E₆₀₁型蒸发器与E₂₀蒸发皿观测的水面蒸发的关系、不同土质潜水埋深为零时潜水蒸发与水面蒸发的关系，提出了潜水蒸发能力系数的概念，并分析了其与土壤机械组成的关系。结果表明：塔里木盆地非冻结期E₆₀₁型蒸发器与E₂₀蒸发皿观测的水面蒸发的折算系数变化在0.65～0.78之间；除细砂土外，E₆₀₁蒸发器观测的水面蒸发强度不能代替潜水埋深为零时的潜水蒸发强度；不同质地土壤的粉粘粒(d<0.02 mm)含量百分数与潜水蒸发能力系数呈指数相关关系。     

塔里木盆地裸地潜水蒸发计算模型

为了研究潜水蒸发规律,提高对极限蒸发强度和极限埋深等关键问题的认识,本研究根据中国科学院阿克苏水平衡试验站1990年至1996年裸地潜水蒸发及水面蒸发资料,通过分析潜水蒸发计算模型的控制条件,建立了新的潜水蒸发计算模型。研究结果表明：所建立的模型符合控制条件,对于给定的潜水埋深,潜水蒸发强度随水面蒸发强度的增大而非线性增加,当水面蒸发强度趋于无穷大时,潜水蒸发强度应趋近于潜水极限蒸发强度;潜水蒸发极限埋深在理论上不存在。本文建立的裸地潜水蒸发计算模型结构合理,克服了当大气蒸发力较大时过高估计潜水蒸发量、潜水蒸发随水面蒸发的增大而线性增加的缺点。模型计算精度较高,可供相似地区参考使用。     

河北省近50年气候变化对地表径流量的影响

利用河北省境内68个气象站、105处水文站1956-2000年近50年的气象数据、地表水资源评价数据,分析了气象要素和径流量的变化规律。20世纪60年代以来,河北省年平均气温逐渐上升,90年代比60年代升高0.9℃。从年代上看,河北省年平均水面蒸发量总体上呈现下降趋势,平均每10年下降62 mm。全省多年平均降水量,随年代逐渐减少,90年代比50年代减少60 mm。全省多年平均地表径流量为120.2×108m3,从20世纪50年代至90年代呈逐渐减少的趋势,平均每10年减少19.4×108m3。地表径流量随降水量的减少而减少,随气温的升高而下降,用回归方法建立的径流量与气象要素之间的模型为对数型非线性模型。通过灵敏度分析,降水量变化对径流量的影响明显大于气温、水面蒸发量变化对径流量的影响。根据未来气候变化情景对径流量的预测,2030年全省地表径流量为114.36×108m3~138.24×108m3;2050年为106.8×108m3~137.8×108m3。     

阿克苏流域可能蒸发量的计算

利用阿克苏流域内的9个气象站的日风速、最高温度、最低温度等气象要素资料,通过彭曼-蒙特斯公式计算出气象单站的可能蒸发量,再通过采用梯度距离平方反比法(GIDS)作为差值公式计算出阿克苏流域内的每个网格点的可能蒸发量。结果表明:阿克苏流域年平均可能蒸发量约为848.3亿m3,且分布不均匀,最大值达到1 600mm,最小值约为600mm。在阿克苏流域,海拔高差变化和温、湿度是影响可能蒸发量大小的主要因素;可能蒸发量的总体变化趋势随着海拔高度的降低而逐渐增大,随着平均温度的增大而逐渐增大;阿克苏流域的可能蒸发量只是实际蒸发量的区间上限。     

淮北平原裸土潜水蒸发趋势及其影响因素分析

为揭示淮北平原裸土潜水蒸发规律及机理,该文依据五道沟实验站1991－2008年潜水蒸发及水文气象观测资料,分析裸土潜水蒸发的年内分配规律以及随土质、埋深的变化趋势,采用累积距平曲线法和Mann-Kendall法联合检测了该区域年、季节时间序列的裸土潜水蒸发变化趋势,并用SPSS统计学软件分析不同气象要素对2种土质、不同埋深裸土潜水蒸发的影响。结果表明：黄潮土潜水蒸发量与砂姜黑土的潜水蒸发量比值随着埋深的增加在扩大;淮北平原裸土历年潜水蒸发量呈增加趋势,不符合“蒸发悖论”,春季对年潜水蒸发量增加的贡献率最大;气象要素对砂姜黑土和黄潮土的最大影响深度分别是0.4和1.0 m;在垂直方向上热量的年内传递过程与潜水蒸发量年内分配一致。该研究为准确把握潜水蒸发规律、更好的认识水文循环提供依据。     

以水面蒸发量为参考推求土壤实际蒸发量的数学模型

为了准确估算土壤在实际条件下的蒸发量,该文以水面蒸发量为参考,结合能量平衡方程及微气象学方法,推导计算土壤实际蒸发量的数学模型.结果表明所建模型所需参数为水面及蒸发土壤表面的日最高温度和日平均温度、水面日蒸发量、风速等.模型的验证结果表明计算的土壤蒸发量与实测蒸发量比较吻合(R2=0.90).模型所引入的参考蒸发面使其避开了土壤蒸发复杂的物理本质,从而使得对土壤蒸发的计算变得简单易行.     

秦巴山区土壤信息系统的建设研究

棵间土壤蒸发是塔克拉玛干沙漠公路防护林耗水的重要组成部分。应用Micro-Lysimeters测定了1个灌溉周期内咸水滴灌下距林木不同位置处的土壤蒸发量。分析了土壤蒸发与水面蒸发的关系,通过一维平差处理对防护林土壤蒸发量进行了估算。结果表明,塔里木沙漠公路防护林棵间土壤蒸发具有明显的季节变化特征。试验初期棵间土壤蒸发量:根基部>距根基50cm处>距根基100cm处;第5d以后,根基50cm处>根基部>距根基100cm处。林地土壤蒸发随土壤含水量的减低呈整体下降趋势。通过估算,咸水滴灌下整个防护林年土壤蒸发总量为2.63×106 m3,占总灌水量的21.43%,生长季蒸发量占全年蒸发量的92.28%。     

江西省近46年蒸发皿蒸发量变化特征及其影响因素分析

利用江西省79个常规气象站1960-2005年的观测资料,综合分析了蒸发皿年蒸发量的变化特征及其与相关环境因子包括日照百分率、云量、气温(日平均温度、日较差、最高温度、最低温度)、10m风速、饱和水汽压差、年降水量和相对湿度的相关关系,试图找出蒸发皿年蒸发量变化的主要原因。结果表明:(1)江西省西部及中部年蒸发量较小;南部及鄱阳湖周边地区年蒸发量较大。在过去46a中,蒸发皿年蒸发量呈显著下降趋势,其速率为-4.57mm/a;79站中,有68站蒸发皿年蒸发量下降趋势显著;(2)以日照百分率为代表的能量供给因子与蒸发皿年蒸发量的相关系数最大,其次为动力因子(10m风速),以相对湿度为代表的湿度因子相对较小,三者的完全相关系数分别为0.37、0.33、0.23;(3)空间上,整个江西省受日照百分率影响均比较大,风速、相对湿度对江西省的影响在鄱阳湖附近、西南部分地区更大,日照百分率、风速的降低以及相对湿度的增加导致了蒸发皿蒸发量的减小;(4)利用日照百分率、风速、相对湿度拟合的蒸发皿年蒸发量多元回归方程,能够反映该地区平均年蒸发量的情况,精度较高。     

基于气象因子的金华市土壤墒情预测模型

利用金华2007—2008年土壤墒情资料和相关气象资料,分析了土壤湿度的基本变化规律,对土壤湿度与相关气象因子进行了灰色关联度分析,找出关键气象影响因子,建立了基于关键气象影响因子的土壤墒情预测模型并进行了试报和验证。结果表明：金华市冬季、春季土壤较为湿润、变化较为平稳,夏季、秋季土壤相对较干、变幅较大;5mm降水与蒸发的差为影响土壤相对湿度变化的首要因子;基于关键因子的土壤墒情预测模型试报2008年夏季的10cm、10—20cm、20—30cm土层相对湿度的平均误差分别为15．75％、6．89％、8．21％,该模型预测的土壤湿度状况基本能反映旱情发展的动态趋势。模型可为准确预测土壤墒情的变化状况,为农业生产合理用水和防灾减灾提供参考。     

渭河中游气候变化及其对水文要素的影响

为了探究渭河中游气候变化及其对水文要素的影响,基于渭河中游1970-2017年气候与水文要素资料,运用线性回归、Mann-Kandall检验、小波分析等方法分析了50年来气候及水文要素的时空变化趋势、周期及突变特征。采用双累积曲线法判定径流量突变点,累积量斜率变化率法探讨了气候变化与人类活动对径流量变化的影响程度。结果表明:渭河中游年均气温、气压、水汽压和潜在蒸发量分别呈0.349℃/10 a,0.96 hPa/10 a,0.11 hPa/10 a,2.66 mm/10 a的上升趋势;风速与大气相对湿度每10 a呈-0.16 m/s,-0.65%的下降趋势,各气候要素冬春季节的变化幅度更大;除水汽压外各气候要素均存在明显的周期变化;气温、水汽压及大气相对湿度分别在1996年、1983年和2003年发生显著突变。水文要素中径流量与降水量呈显著下降趋势。气候要素与水文要素的变化有较强相关性。人类活动对径流量减少的贡献率大于气候变化的贡献率,但气候变化的贡献率近年来有增长趋势。     

近50年福建省日照时数的变化特征及其影响因素

采用气候倾向率方法,对福建省64个站1961-2008年逐月日照时数以及对日照有影响的总云量、低云量、水汽压和相对湿度等资料进行了统计分析。结果表明：近50a福建省的年日照时数呈现出显著的减少趋势,平均减速为71.7h/10a,闽南地区减速最大。四季日照时数也表现出明显的减少趋势,减速为13.8～26.5h/10a,以夏季减速最大,秋季减速最小;最近30a夏季日照时数的减幅更大,春、秋季则呈增加趋势。从年代际变化看,20世纪60-70年代四季日照充足,均为正距平;80年代夏季偏多,其它三季为负距平;90年代春季正常,其它季节偏少。年日照时数异常偏多出现在1963、1971年,但从未出现过异常偏少年。年、季日照时数减少与低云量增加关系密切,而冬季日照时数的减少还与水汽压的增加有关。     

北疆平原水库水面蒸发模型的建立与关键参数确定

北疆平原地区的温带大陆性干旱半干旱气候具有空气干燥、温差大、气压差异明显、风多且风速大等特点;而该地区平原水库又具有坝长,面积广而水深较浅的特点。已有的水面蒸发模型并未充分考虑到上述区域性和平原水库的特点,计算误差较大,不能准确估算出新疆灌区平原水库的蒸发量。文中以道尔顿模型为基础,依据已有3因子模型的研究方法,充分考虑了气压差、风速、湿度和温度共4个主要因素对水面蒸发的影响,建立4因子模型。通过理论分析得到各影响因素的表达式,由20 m2蒸发池试验观测获取公式中的关键参数。通过大泉沟平原水库完整的水文水资源观测资料,采用水量平衡法计算出水库蒸发量,4因子模型计算结果能与其基本吻合;同时考虑到尺度上的差异,引入修正系数对模型进一步进行修正,通过对观测数据的深度分析最终确定,在冰冻期修正系数为0.886,非冰冻期修正系数为0.939。修正后的4因子计算模型不仅能准确模拟出大泉沟水库的水面蒸发量,而且与北疆其他地区的7座水库蒸发量也能够较好吻合,验证了该模型的精确性和可靠性。该模型所需的数据都是基本的气象资料,易于获取,计算简便,实用性好。综上所述,该模型方法正确,能准确估算内陆干旱区平原水库的蒸发量,为内陆干旱区水资源合理利用与科学管理提供理论支持。     

A soil surface psychrometer for measuring humidity and studying evaporation

The gradient of water vapor pressure between soil and air controls the rate of evaporation from soil, but it has not been possible to determine the humidity at the soil surface. We have devised an instrument to measure the surface humidity in the field. Thermocouple psychrometry is used to monitor air equilibrated with the soil surface in a chamber placed briefly on the soil. A programmable data logger scans the thermocouples and stores the data. We calibrated the instrument over saturated salt solutions, and over soils whose relative humidity was calculated from measured water potentials. The instrument worked well, but underestimated slightly at relative humidities above 90%. It can be used to distinguish between stage 1 and stage 2 evaporation for soils. In field trials, the surface psychrometer was used to monitor diurnal and day-to-day changes in soil surface humidity during the drying cycle after irrigation. The cumulative vapor pressure difference between the soil surface and the air at 1.5 m was highly correlated with soil evaporation from microlysimeters set between crop rows. Changes in the cumulative difference in vapor pressure were also closely related to the changes in the evaporation component of measured evapotranspiration, as estimated with a simulation model.     

山东地区木本植物春季物候对气候变化的响应

利用山东省境内10个国家级农业气象观测站1981-2009年逐年春季物候序列和同期逐日气象资料,通过一元线性回归、相关分析和突变检验方法,分析了山东地区木本植物春季物候期的趋势变化特征及物候期对气候变化的响应关系。结果表明：（1）1980-2009年山东地区春季气温明显升高,春季水汽压呈增大趋势;（2）山东地区近29a的木本植物春季物候期普遍提前,提前的线性倾向率为0.13～1.11d.a-1;（3）山东地区木本植物春季物候期与其前期活动积温、春季气温和3月份水汽压呈负相关关系,物候前期的活动积温是诱发春季物候现象的重要因子,春季气温升高和3月份水汽压增大是近29a春季物候现象提前的可能原因。     

基于支持向量机的土壤湿度模拟及预测研究

基于中山大学珠海校区气象观测站日平均风速、日平均气温、日平均空气湿度、日平均水汽压、日平均总辐射量、日平均地表温度、日平均降雨量、日平均蒸发量以及日平均10 cm、20 cm、30 cm土层土壤的含水量,利用支持向量机方法建立气象因子与土壤湿度统计关系,并以此为基础建立土壤湿度模拟与预测模型.结果表明,土壤湿度对气象因子有一定滞后相关性,不同土层土壤湿度对气象因子的滞后相关性不同.研究发现考虑滞后相关性的预测模型在精度上要高于不考虑滞后相关性的预测模型.此外,利用气象因子对地下10 cm的土壤湿度模拟与预测精度较高,而对地下20 cm、30 cm的土壤湿度模拟精度较低.利用地下10 cm与20 cm、20 cm与30 cm的土壤湿度相关性大的特点,可以考虑利用支持向量机方法以10 cm土壤湿度模拟与预测20 cm的土壤湿度,以20 cm的土壤湿度模拟与预测30 cm的土壤湿度,分析结果表明模拟精度较高.     

海河流域不同地貌气候变化时空分析

近百年来,全球气候变暖显著,潜在改变了区域水循环。过去50 a,海河流域气温增温明显,水分亏缺严重,影响了社会、经济的发展。为了探究海河流域气候时空变化特征,考虑了流域地貌差异性,将海河流域划分为山区、丘陵、平原3个区域进行研究。选用1958—2011年34个站点的8种气象要素资料,采用线性趋势法分析要素年际趋势;用M-K进行趋势显著性检验;用P-M公式计算流域潜在蒸散发并用Spearman法分析气象要素与潜在蒸散发之间的相关性,以探求海河流域子区域的时空变化规律和改变区域水循环的主要驱动力。分析结果显示,海河流域气候变化明显,气象要素时空变化具有显著的地带性、季节性和年际性特征。气温先下降后上升,山区升温速度较丘陵、平原快;流域降水呈整体下降,平原地区降水量降幅较山区、丘陵大;平均风速、日照时数、相对湿度均呈明显下降趋势;海河流域潜在蒸散发与相对湿度呈负相关,与日较差呈正相关。