额济纳绿洲草地蒸散系数研究

联合国粮农组织推荐的蒸散计算方法中,蒸散系数是计算实际蒸散必不可少的参数。本文从蒸散系数的定义出发,在2005年额济纳绿洲生长季连续观测的基础上,运用波文比能量平衡法计算额济纳绿洲草地的实际蒸散量,利用FAO 56Penman-Monteith模型计算草地的参考蒸散,将实际蒸散与参考蒸散相除即得到额济纳绿洲草地的蒸散系数。通过研究发现:生长季草地的蒸散量(ETc)为446.96mm,从生长季初期开始,草地的蒸散量开始增加,在6月后半月达到最大值6.724mm/d,此后蒸散量开始快速下降,在生长季末期达到最低值1.215mm/d;蒸散系数(Kc)呈现出与蒸散量(ETc)相同的变化趋势,自生长季初期开始蒸散系数快速上升,在6月后半月达到生长季最大值0.623,之后随着草地生长减缓,蒸散系数快速下降,直至生长季末期草地停止生长。对额济纳绿洲草地蒸散系数的计算可以为该地区准确估算草地生态需水量提供依据。     

基于STME模型和MODIS数据的滹滏平原实际蒸散量遥感估算

滹滏平原光、热及土壤资源优越,是华北平原重要的粮食生产基地,灌溉是该区农业获得稳产高产的重要保障,持续抽取地下水和无节制利用地表水已经引起了严重的水资源危机,合理高效利用有限水资源进行农业生产势在必行。本文利用单源梯形遥感蒸散发模型(a single-source trapezoid model for evapotranspiration,STME)和中等分辨率成像光谱仪MODIS(2011—2012年共115期)地表温度和反射率产品估算区域地表土壤缺水状况及实际蒸散量,并利用中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")和赵县梨园涡度相关系统地表水热通量的观测值对STME模型估算结果进行验证。结果表明该模型可以很好地估算区域蒸散量,误差在可接受范围内。赵县梨园净辐射Rn的观测平均值为4.10 mm,估算平均值为4.69 mm,均方根差RMSD为0.80 mm;赵县梨园蒸散量观测平均值为2.86 mm,估算平均值为3.01 mm,均方根差RMSD为0.95 mm;栾城站蒸散量的观测平均值为2.67 mm,估算平均值为2.44 mm,均方根差RMSD为0.87 mm。将STME模型应用到滹滏平原估算日蒸散量,明确了区域尺度蒸散发的时空变化特征:10月份果园生态系统蒸散量多于农田生态系统;11月份区域蒸散量整体小于1 mm;第2年春季小麦返青、拔节期,农田生态系统蒸散量多于果园生态系统蒸散量;5月份处于植被生长旺盛期,农田和果园生态系统的蒸散量相差不大;6月份小麦收获,玉米播种,农田生态系统蒸散量少于果园生态系统;7月份整个区域蒸散量达到最大,蒸散量不仅与植被长势相关,而且与土壤湿度相关;8、9月份随着植被的成熟和收获,区域蒸散量整体变小。不同时期区域水分亏缺指数不同,可根据其指导区域灌溉量。STME模型继承了基于数理计算确定梯形顶点的方法和水分亏缺指数,使得计算过程得以简化且物理机制明确。     

基于地形校正的山区蒸散时空格局模拟

利用实测气象数据采用Thornthwaite模型对岷江上游区域蒸散时空格局进行了模拟,同时引入山区日照时数算法对模型进行校正以提高模拟精度。结果表明.校正后的Thornthwaite模型模拟误差在0.13%～20.72%之间,与未校正结果0.72%～46.72%的误差相比有显著降低,误差平均降低5%左右。研究表明,近30年来,研究区域多年蒸散呈现先上升后下降的趋势。1970s初期生长季蒸散量为307.11 mm;而1980s中期上升为315.84 mm,上升8.73 mm,相当于1970s初期生长季蒸散量的2.8%。1980s中期岷江上游蒸散上升到峰值,之后开始逐步下降。到1990s末期岷江上游生长季蒸散下降为305.72 mm,与1980s中期相比下降10.12 mm,为1980s中期生长季蒸散的3.2%。     

黄土高原不同降雨年型乔、灌木蒸散特征与影响因素

以黄土高原地区17个乔木和15个灌木测定点生长季观测数据为基础,结合气象资料,综合分析了降水量、土壤前期储水量、潜在蒸散量与乔、灌木实际蒸散量的关系,研究了不同降雨年型乔、灌木生长季实际蒸散的差异及其影响因素。结果表明,无论是丰水年还是干旱年,乔木生长季实际蒸散量均高于灌木。不同降雨年型影响乔灌木实际蒸散的主要因素不同,丰水年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为降水,其次为潜在蒸散量而干旱年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为前期土壤储水量,其次为降水因素。     

毛乌素沙地麻黄的蒸散耗水特征和水分供求关系

麻黄是毛乌苏沙地重要的药用植物,对麻黄蒸散量以及水分供求关系的研究将有助于了解其蒸散耗水以及水分生理生态的特征。本研究于2004年生长季(4月20日-9月20日),利用由涡度相关技术测算得到的麻黄蒸散通量数据,并结合自动气象观测系统同步观测得到的麻黄冠层微气象参数,分析了毛乌素沙地麻黄蒸散耗水特征及水分供求关系。结果表明:(1)在生长季,麻黄蒸散(ET)具有明显的时间变化特征。在晴和多云天气,ET变化为单峰曲线,在阴天呈多峰曲线变化趋势;在日际变化方面,日ET值的变化过程表现为,4月下旬逐渐升高、6-7月达到高峰、8月逐渐降低、9月中旬降至最低。生长季的ET日均值为0.60mm.d-1,总ET量为93.6mm。(2)主要生长期内,蒸散速率(ET)与冠层太阳总辐射(Ra)、空气温度(Ta)、相对湿度(RH)、风速(V)等气象要素有极显著相关关系(R2=0.731,P0.01),其中影响ET的主要微气象因子是太阳总辐射(Ra)。(3)就整个生长季而言,降水总量与麻黄蒸散耗水总量的比值为2.9,说明试验区降水可以满足麻黄生长的水分需求。但在麻黄返青初期的降水量较低,麻黄生长受到降水量与土壤含水量的制约。     

青海云杉和华北落叶松混交林林地蒸散和水量平衡研究

2004年5～10月．通过测定青海大通一块退耕地上17年生的青海云杉和华北落叶松混交林树木蒸腾速率的日变化、月变化动态规律以及树木蒸腾总面积来确定混交林的蒸腾量，根据植物的蒸腾量估算树木在生长季的耗水量，进而推算出林地蒸散和水量平衡。研究表明．青海云杉、华北落叶松混交林生长季林地总蒸散量为251.80mm，以林木的蒸发散为主，占总蒸散量的80％，占同期降雨量的58％；灌草蒸散占总蒸散的13％；而土壤蒸发仅为25．71mm，占总蒸散的7％。     

内蒙古典型草原区地表干湿状况变化趋势及影响因素分析

分析气候变化对典型草原区干湿状况的影响,对于了解草原退化原因、恢复草原生态环境有重要的指导意义。本文根据FAO推荐的彭曼一孟蒂斯方程,利用典型草原区1961—2008年25个地面气象站资料,通过计算潜在蒸发量、地表干燥度指数和水分盈亏量,分析了典型草原区地表干湿状况的空间分布规律及其年代际变化趋势,并探讨了它们与气候要素的相互关系。结果表明：（1）典型草原区牧草生长季干燥度指数均在2．0以上,水分亏缺量在400mm以上,属于地表干燥、水分亏缺状态。且整个牧草生长季4—9月,地表仍以干燥、水分亏缺为主。（2）典型草原区地表干湿状况存在着明显的阶段性变化特征。20世纪60、70年代水分亏缺多、干燥度大,属于气候相对干燥时期;80、90年代水分亏缺减少、干燥度降低;2001—2008年,水分亏缺量和干燥度指数逐渐增大,甚至达历史最大值,成为气候最为干燥时期,且变干倾向显著。（3）对典型草原区地表干湿状况影响最显著的因子为降水量和相对湿度（相关系数在0．8以上）,其次为日照时数（相关系数在0．6以上）,平均气温和平均风速对其影响相对较小。     

甘肃陇东黄土高原陆面实际蒸散测算方法比较研究

为了更好地研究甘肃黄土高原比较接近实际蒸散的估算方法,运用西峰农业气象试验站1981~2010年土壤湿度测量资料及西峰国家基准气象站蒸发、气温、降水、相对湿度、日照时数、风速等资料。分析了实际蒸散变化特点及与蒸发量、彭曼方法蒸散量计算值及降水量的关系。结果表明,1981~2010年100 cm土层实际蒸散量存在着13年的周期变化。30 cm、50 cm土层实际蒸散量分别占100 cm土层实际蒸散量96%和98%。3~6月、10~11月,蒸散量大于降水量,为土壤的失墒期;7~9月,降水量大于蒸散量,为土壤收墒期。降水量拟合实际蒸散量效果较好,其次为蒸发量及彭曼蒸散量。浅层贮水量与实际蒸散量相关性比深层显著,蒸散对上层土壤水分的影响较大。     

基于蒸散演变驱动的宁夏绿洲平原生态系统耗水变化

为揭示宁夏绿洲平原蒸散水文过程演变引起的区域耗水变化规律,在谷歌地球引擎平台下,利用2001—2020年的MOD16A2蒸散数据,基于Sen趋势度、重新标度极差分析、多元回归残差分析等时空分析手段,对宁夏绿洲平原蒸散时空演变特征开展研究,并分析其驱动因素。结果表明：(1)2001—2020年间,宁夏绿洲平原的年平均蒸散量为355.37 mm,且呈6.75 mm/a的增加趋势(p<0.01),其中,耕地的年蒸散为443.50～605.47 mm,明显高于区域平均蒸散;同时,多年平均蒸散远高于同期降水量,故维持绿洲生态系统平衡需要大量引黄灌溉水源。(2)宁夏绿洲平原蒸散在空间上有一定的异质性,并与地表覆盖类型差异有关,表现出耕地区高、草地和城市建成区低的规律。(3)宁夏绿洲平原有77.60%的区域其蒸散呈显著增加,但2020年后将有93.90%的区域蒸散变化趋势将发生逆转。(4)人类活动强烈地驱动宁夏绿洲平原蒸散的增强,其中,人类活动协同气候变化共同正向驱动的区域占53.96%。(5)蒸散的逐渐增强,导致宁夏绿洲平原流域内的水分亏缺显著,即供给生态系统光合生产以及回补土壤储水在减少。...     

基于SEBAL模型的漓江流域蒸散量变化分析

基于1993年、1999年、2006年和2010年Landsat TM/ETM+影像,应用SEBAL模型估算了漓江流域四期不同时相的日蒸散量,并应用P-M公式对估算结果进行验证。通过对研究区蒸散量结果进行分析,得出以下结论:(1)日蒸散量分布受到季节及气候的影响,植被生长季的蒸散量明显高于其他季节;(2)漓江流域的蒸散分布具有明显的空间差异性,不同土地利用类型的蒸散均值相差较大,不同时期的蒸散量均表现出林地水体灌木/草地耕地建设用地的规律;(3)近20a来漓江流域土地利用变化显著,除去气候及降水量等因素的影响,蒸散量受到土地利用变化的影响明显。随着漓江水源林地的减少与退化,日蒸散量呈现下降的趋势,进一步揭示了经济发展与人类活动对漓江流域生态环境及水热平衡的影响。     

松嫩平原50年来气温及降水变化分析

运用趋势系数和气候倾向率分析了松嫩平原地区50a来气温及降水的时空变化规律。结果表明，50a来本区气温有显著上升趋势，平均气温以0．3487℃／10a幅度升高。全年各月气温均呈上升趋势，但是冬春季升温剧烈，达0．5754℃／10a；夏秋季较弱，仅为0．1868℃／10a。由于最冷月平均温度升高比最热月大，导致气温年较差减少。气温升高存在显著的区域差异，平原西北部地区增温强烈，气温倾向率大于0．45℃／10a；平原东部地区气温倾向率较低，小于0．20℃／10a。全区降水总体趋势性变化不显著，但还是呈现弱的减少趋势，平均年降水量倾向率为-0．0783mm／10a，且秋季降水减少明显。     

基于光能利用率模型的松嫩平原玉米单产估算

区域作物产量估测对于农业用地管理、粮食安全和宏观调控具有重要意义。以中国重要的玉米主产区之一松嫩平原为研究区,利用2001—2013年长时间序列遥感和气象数据,基于光能利用率模型估算玉米生育期5—9月累积地上生物量,进而根据地面实测的玉米收获指数校正,建立了研究区玉米单产估算模型。结果表明:该模型估算结果达到了大范围估产的精度要求;2001—2013年松嫩平原年均玉米单产为12 397.44kg/hm~2,总体呈增加趋势。该区玉米单产空间分布差异显著,总体为西低东高。从玉米单产年际变化的空间分布来看,研究区91.7%的区域玉米单产均有所增加,尤其是在松嫩平原西部的白城、齐齐哈尔等地,增产趋势更为明显。松嫩平原南部地区玉米单产与降水间具有显著的正相关性,但与气温呈负相关性,而研究区其他地区玉米单产与降水和气温相关性不明显。     

不同种植制度与土下微膜覆盖的小麦玉米水分利用效果

针对华北平原北部水资源极度稀缺与小麦-玉米一年两熟生产水资源高耗的矛盾,在河北省平原代表性区域采用大田试验方法,在常规露地(-PM)和土下微膜覆盖(+PM)条件下设置冬小麦-夏玉米一年两熟(W-M)、冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟(W-M-M)2种种植制度,分析了不同种植模式的产量、水资源利用效果与土壤水分的时空变化动态。结果表明:土下微膜覆盖的冬小麦平均产量较露地降低3.9%~4.8%,夏玉米产量提高5.1%~6.0%,覆盖与露地的周年产量无显著差异;春玉米较夏玉米产量提高16.9%~24.6%,但两年三熟较一年两熟产量在2年周期内平均降低了13.4%。常规一年两熟平均年耗水量859.9mm,两年三熟周年比一年两熟平均减少耗水15.5%,因产量降低水分利用效率(WUE)未能显著提高;土下微膜覆盖可减少周年耗水200mm,WUE提高28.4%~36.0%,覆盖的节水效果冬小麦季好于夏玉米季,两年三熟下减少非生育期(上年夏玉米收获至翌年春玉米播种)耗水是节水的关键所在。常规露地条件下一年两熟农田水分亏损两年累计616.6~799.0mm,两年三熟比一年两熟可减少农田水分亏损38.6%~55.8%,覆盖比露地减少56.8%~73.5%,在年均降水560mm条件下土下微膜覆盖结合两年三熟基本可实现地下水和农田水分的平衡。土下微膜覆盖和减少熟制可有效平衡土体水分垂直分布、减少土壤表层水分损失。实施周年农田土下微膜覆盖结合小麦玉米两年三熟种植,是有效缓解华北水资源危机与稳定粮食生产的新型实践方法。     

基于SEBAL模型评估干旱半干旱区人工灌丛植被对陆表蒸散的影响

评估人工灌丛植被重建对干旱半干旱区陆地生态系统蒸散的影响,不仅能揭示植被变化与水文过程的耦合机理,又可为区域生态治理与水资源管理提供科学指导。该研究利用Landsat-8OLI/TIR遥感影像及气象数据等驱动SEBAL模型,反演宁夏盐池县的年内不同日期的陆表蒸散,结合目视解译选取的人工灌丛区与对照草地,评估了人工灌丛植被对陆表蒸散的影响。结果表明:1)SEBAL模型的蒸散反演精度与站点观测结果较为一致,可用于干旱半干旱区蒸散反演及空间特征研究;2)盐池县人工灌丛植被区日平均蒸散为1.20mm/d,高于对照草地1.17mm/d的日平均蒸散量,即干旱半干旱区人工种植灌木林增加了生态系统水分消耗,但不同季节和不同生物地理条件下的蒸散增强作用存在差异,蒸散增强在8月份最大,而3、4月份呈现负效应;3)人工灌丛的密度越大、植被盖度越高,对陆表蒸散的增强作用越强,特别在NDVI0.4的高盖度情况下蒸散增强作用更加明显。由此可知,在水资源紧缺的干旱半干旱区开展以灌木树种为主的植被重建需在合理的生态水文阈值范围内开展,才能构建出稳定可持续的人工生态系统。     

基于Shuttleworth-Wallace模型的水稻蒸散组分模拟及其特征分析

农田蒸散(ET)及其组分的模拟是精准灌溉及准确估算生产力的基础。基于2013-2015年的涡度相关通量观测及辅助观测资料,利用Shuttleworth-Wallace模型(S-W模型)对盘锦水稻的蒸散及其组分进行模拟,并利用结构方程模型分析土壤蒸发占蒸散比例(ES/ET)的控制机制。结果表明:(1)S-W模型模拟蒸散值在生长季前期偏低,在生长旺季总体偏高;而在生长季后期与观测蒸散基本吻合。(2)就季节变化过程而言,水稻蒸散模拟值呈现明显的日间波动(0.5~10.4mm·d-1),但季节总体变化趋势不明显;蒸腾(TR)则先增大后降低,变化范围为0.1~8.4mm·d-1;土壤蒸发(ES)呈U型曲线,变化范围为0.1~4.7mm·d-1。(3)模拟水稻蒸散3a均值为892mm。在年尺度上,TR与ES各占ET的50%;但在生长季,TR是ET的主要消耗方式:在移栽分蘖期,水稻的植物蒸腾与土壤蒸发较接近,而在其它各生育期及全生育期,水稻的植物蒸腾均达土壤蒸发的2倍以上。(4)结构方程模型分析结果表明,气温是ES/ET最重要的影响因子,ES/ET随气温上升而下降(总影响系数为-0.82)。气温不仅对ES/ET有显著的直接影响(直接影响系数为-0.50),还通过叶面积指数(LAI)对ES/ET产生显著的间接影响(间接影响系数为-0.32)。除气温外,LAI和风速也是ES/ET的重要影响因子,ES/ET随LAI增大而下降(总影响系数为-0.39),随风速增大而增大(总影响系数为0.38)。     

若尔盖高原高寒草甸地表能量交换和蒸散研究

若尔盖高原高寒草甸生态系统是青藏高原能量和水分循环的重要组成部分,但该地区地面水热通量观测数据非常缺乏。本研究基于涡动相关法,于2013年11月1日−2014年10月31日,利用三维超声风温仪和红外开路二氧化碳/水汽分析仪在若尔盖高原一典型高寒草甸开展周年通量观测,以揭示其地表能量交换和蒸散特征及影响因素。结果表明：高寒草甸地表能量通量各组分呈显著的日变化和季节变化特征,净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年均值分别为94.5、21.0、51.8和1.2Wm−2。非生长季感热稍占优势,生长季潜热占绝对主导地位,波文比全年平均值为0.70,能量平衡闭合率年平均值为0.77。辐射是感热通量的主要气象影响因子,潜热通量则受温度、辐射和饱和水汽压差共同影响。日蒸散量变化范围为0.12～5.09mmd−1,全年平均值为1.82mmd−1。非生长季蒸散主要受土壤表面导度因子控制,生长季则由辐射主导,土壤和植被表面导度因子为次要影响因素。在季节尺度上,蒸散的变化取决于降水分布,全年降水和蒸散量分别为682.7mm和673.6mm,其中生长季分别占全年总量的84%和82%。6−7月降水匮乏抑制了蒸散,此时土壤储水成为蒸散的主要水源,从全年看,降水基本都以蒸散的方式返回大气。与青藏高原上同类观测研究相比,地表能量通量和蒸散都有相似的季节变化趋势,但观测到的年平均波文比和年蒸散量最大,气温、降水、地表植被等因素的共同作用导致这一结果。研究数据可作为地面验证资料,用于若尔盖地区陆面模式参数化方案的优化和卫星遥感反演资料的校验。     

基于MODIS产品和SEBAL模型的三江平原日蒸散量估算

在SEBAL模型的基础上,集成MODIS产品和气象数据进行了三江平原的日蒸散量估算,然后以2005年6月22日的蒸散量估算结果为例,在ArcGIS空间分析模块的支持下对不同土地覆盖类型的日蒸散量进行统计分析。结果表明:遥感估算的蒸散量与利用涡度相关系统实测的蒸散量的相对误差较小且相关性较好,平均相对误差为11.2%;不同土地利用类型的日蒸散量间差别显著。水体和林地的蒸散量较大,平均蒸散量分别为8.2mm和6.5mm;湿地和水田次之,平均分别为5.2mm和4.8mm;旱田的蒸散量最低,平均仅为3.7mm,基本符合蒸散规律。     

松嫩平原盐碱化反演及其动态变化过程

[目的]监测2000—2013年来松嫩平原盐碱地时空演变过程,为松嫩平原盐碱地防治提供理论依据。[方法]以MODIS影像为主要数据源,结合野外实测样点建立回归模型,对松嫩平原土壤含盐量进行定量反演。将整个研究时期分为3个时段:时段1(2000—2004年),时段2(2004—2008年),时段3(2008—2013年)。[结果]时段1和时段2盐碱地面积增加,增加速度为5 109.75和2 240.62km2/a,同时盐碱化程度加剧;以2008年为转折点,时段3盐碱地面积减少,主要是轻度盐碱地的减少,但是盐碱化程度仍在加剧。[结论]松嫩平原的盐碱化趋势不容乐观,应该采取紧急措施防止盐碱化程度进一步恶化,保护松嫩平原的生态环境健康发展。     

基于FAO-Blaney-Criddle方法的河套灌区参考作物蒸散发量估算

实时灌溉预报是河套灌区管理科学化与信息化的要求，利用天气预报中相对准确的气温数据估算参考作物蒸散发量对实时灌溉预报非常重要，因此需要建立一种基于温度的参考作物蒸散发量估算方法。利用 FAO-Penman-Monteith方法估算河套灌区解放闸灌域历史参考作物蒸散发量，以此作为标准值率定 FAO-Blaney-Criddle 公式中逐旬的修正系数，得到基于温度的参考作物蒸散发量估算方法。结果表明，在作物的生长季（4－9月），FAO-Blaney-Criddle 方法与FAO-Penman-Monteith 方法的估算结果相近。率定期各旬相对误差均<5%，标准误差<0.65 mm/d，验证期各旬相对误差均<9%，标准误差<0.70 mm/d。10 d 滑动平均的参考作物蒸散发量估算精度，Nash 效率系数达到0.75，误差0.5 mm/d 的精确度达到了68%，误差在1 mm/d 以内的准确率达到95%。FAO-Blaney-Criddle 方法可以应用于河套灌区的灌溉预报中。另外，FAO-Blaney-Criddle 方法的参数具有较强的地区差异性，需要针对不同地区的气象数据进行率定和验证。