分别利用Hargreaves和PM公式计算西北干旱区ET0的比较

该文根据甘肃张掖气象站1991～2000年的气象资料，利用Hargreaves公式和Penman-Monteith公式计算了参照作物需水量(ET₀)。对比分析结果表明：Hargreaves公式计算的ET_0H年值比Penman-Monteith公式的计算ET_0PM偏低，而在年内6、7、8月份，ET_0H>ET_0PM，9月份两种方法计算结果几乎相等，其他月份ET_0H<ET_0PM。造成这种结果的原因是风速和降雨的影响。根据两种方法的计算结果，提出了适合西北干旱区ET₀的计算公式。     

不同灌溉条件下不同类型冬小麦产量水分利用效率差异原因分析

以旱地品种"西峰20"和"晋麦47"、水旱兼用型品种"石家庄8 号"、高水肥地品种"石4185"和"科农9204"5 个冬小麦品种为材料, 通过田间不同灌溉处理试验研究了不同抗旱类型冬小麦品种收获指数和群体水分利用效率对产量水分利用效率的影响差异。结果表明: 不同抗旱类型的小麦在不同灌溉处理下, 产量水分利用效率(WUE_y)以及变化趋势存在显著差异。旱地冬小麦品种WUE_y 和收获指数(HI)显著低于水地品种和水旱兼用型品种。不同品种间WUE_y 最大相差42.01%, HI 相差25.91%。HI 和群体水分利用效率(WUE_bm)与WUE_y 呈显著正相关关系。株高与HI 呈显著负相关关系(R²=0.574)。在不灌溉条件下, 品种间WUE_y 差异源自HI 的差异; 而在补充灌溉条件下, 品种间WUE_y 的差异源自WUE_bm 和HI 的共同作用。说明不同抗旱类型的小麦对不同灌溉处理的响应方式和适应策略不同。旱地品种在干旱胁迫条件下, 主要靠增加WUE_bm 来提高WUE_y; 而水地品种和水旱兼用型品种在补充灌溉中凭借较高的WUE_bm 和HI 共同作用提高WUE_y。     

西北旱区石羊河流域作物耗水点面尺度转化方法的研究

基于DEM与GIS空间分析功能研究了石羊河流域主要农作物春小麦需水量ET_c的时空分异规律。根据8个气象站近50年气象资料，应用1998年FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸发蒸腾量ET₀，由收集到的春小麦需水量试验资料获得多年平均作物系数K_c。近50年来流域上游的古浪、天祝春小麦全生育期ET_c呈微弱的增加趋势，中游的凉州区表现出极显著的减少趋势，其他站减少趋势不显著。确立了ET_c与海拔高度、纬度、坡向的多元回归关系，借助Arcview3.3、ArcGIS9.0与Visual Basic6.0软件实现了春小麦ET_c的空间尺度转换，并分析了石羊河流域25%、50%、75%三个不同水文年春小麦ET_c的空间变异情况。石羊河流域春小麦ET_c由山区向绿洲平原递增，多年平均值为270～591 mm。估计值与计算值相差在11.1%以内。     

呼伦贝尔草甸草原不同显热通量观测方法比较

显热通量（sensible heat flux，H）是反映地表湍流运动的重要参数，准确获取该参数对于区域内热量交换规律的认识和农业生产及水资源的有效管理具有重要意义。涡动相关仪（eddy covariance system，EC）和大孔径闪烁仪（large aperture scintillometer，LAS）是目前生态系统水热通量的主要测量手段，但两者观测范围的空间尺度存在差异。该研究以呼伦贝尔草甸草原生态系统为对象，通过对比分析两种方法观测的显热通量（H_LAS和H_EC）变化特征，对两者之间的差异（ΔH）及产生原因进行探究，并且定量研究了不同因子对ΔH的影响程度。结果表明，在不同时间尺度内，H_LAS和H_EC的变化趋势基本一致，显热通量主要受到净辐射的驱动作用，同时ΔH与净辐射存在正相关性；对应时刻H_LAS和H_EC之间线性回归方程斜率为1.13，拟合优度R²为0.81，说明大孔径闪烁仪在草甸草原区有着很好的适用性；EC能量平衡闭合程度会影响H_LAS和H_EC之间差异，剔除能量平衡闭合率（energy balance ratio，EBR）小于0.8的数据后，H_LAS和H_EC之间线性回归方程斜率减小至1.05，说明能量平衡闭合程度越高ΔH越小；净辐射（net radiation，R_n）、风速（wind speed，WS）、波文比（Bowen ratio，Bowen）和饱和水汽压差（saturated water vapor pressure difference，VPD）与ΔH之间相关性显著，是ΔH的主要气象环境因子；ΔH单个影响因子的解释能力从高到低依次为净辐射、风速、EC能量平衡闭合率、饱和水汽压差、波文比，任意两个不同影响因子之间均呈现双因子增强作用，解释能力较高的交互影响因子为净辐射/风速和风速/波文比。研究结果有利于准确理解LAS与EC显热通量观测过程中的空间尺度效应，同时可为区域尺度扩展和遥感地面验证过程中通量数据的质量控制提供科学参考依据。     

气候与下垫面变化对黄土高原蒸散发变化的影响评估

为了揭示近20年黄土高原蒸散发(evapotranspiration,ET)时空变化规律,明晰气候和下垫面变化对蒸散发的影响作用。基于黄土高原295个气象站数据、PML_V2 ET产品及MOD13A1 EVI产品,采用趋势分析和多元回归分析等统计方法,分析了2000—2018年黄土高原蒸散发时空变化特征,并评估了降雨、温度、日照时间、饱和水汽压差、植被和非植被下垫面等影响要素的相对贡献率。结果表明:(1)2000—2018年黄土高原蒸散发年际变化率为4.47 mm/a,62.8%的区域蒸散发呈显著增加趋势,主要分布在山西、青海、陕西省北部地区;不同土地覆盖ET为森林＞农田＞草地＞灌木。(2)植被显著增加是黄土高原ET变化的主导因子,其相对贡献率最大(32.1%);不同气象要素对黄土高原ET相对贡献率大小为降雨(14.6%)＞饱和水汽压差(13.2%)＞温度(12.4%)＞日照时数(10.0%);非植被下垫面变化(水土保持工程措施等)对ET变化的影响作用不容忽视。(3)气象要素和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)对林草覆被ET影响作用＞农田覆被ET,而非植被下垫面要素对农田覆被ET的影响作用较大。研究结果为黄土高原生态建设、水资源消耗恢复和水资源可持续性评价提供科学支撑。     

小麦不同品种的水分利用特性及对灌溉制度的响应

为了研究不同小麦品种的水分利用特性和对灌溉制度的响应，该文于2003～2004年在中国科学院栾城农业生态试验站对19个抗旱节水性不同小麦品种进行了不同灌溉处理下，其生长发育特性、产量、耗水量和水分利用效率(WUE)的比较研究，结果表明不同小麦品种的水分利用特性有显著差异。不同小麦品种产量相差最大达44.86%，水分利用效率相差可达42.18%。根据系统聚类分析，把19个小麦品种分为高产高WUE型、中产高WUE型、中产中WUE型和低产低WUE型4种类型。不同类型的小麦，对灌溉制度的响应不同。高产高WUE类型在本试验年灌溉60 mm，产量可达到7415 kg/hm²，水分利用效率可达15.91 kg/(mm·hm²)。在华北平原适于种植石家庄8号等高产高WUE型小麦，其在不降低产量和水分利用效率的情况下，减少灌水60～120 mm，具有明显的节水增产效益。     

纵向岭谷区参考作物腾发量变化的特点和趋势

以Penman Montieth方程分析了西南纵向岭谷区大理、元江、保山、昆明、景洪站46～48年的逐日ET₀及其余25个站1961～2000年逐月ET₀系列。研究结果表明：日最高温度是年内ET₀变化主导因素，年际变化主要受日照时数影响，个别站为最高气温或风速，短期ET₀变化与雾无直接关系。利用Mann-Kendall法对各站年际、年内分季节ET₀趋势检验，56.7%站点的年ET₀呈显著增加趋势，分布于澜沧江耿马-思茅-勐海一带以及横断山区维西、福贡等地。分季节逐日ET₀变化趋势为，昆明夏秋季显著下降，景洪冬春季显著增加，元江、保山、大理有增有减。降水量增加、气温升高，蒸发和日照时数减少，导致80%的站ET₀呈下降趋势，湿润指数普遍增加。     

太子河流域参考作物腾发量演变特征及气候影响因素分析

采用太子河流域内8个气象站1960～2005年间气象资料，应用Penman-Montieth公式计算了46年间逐月参考作物腾发量(ET₀)，对参考作物腾发量及气象要素的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行了分析，应用统计检验方法分析了影响流域参考作物腾发量变化的主要气象因素。结果表明：近46年间太子河流域ET₀值呈现缓慢下降趋势，年内ET₀值分布以5、6月份最高，1月份最低。影响ET₀的主要气候要素按影响程度强弱依次为日照、风速、温度、相对湿度。     

基于静止气象卫星的河北平原实际蒸散量遥感估算

本文提出利用中国第1 颗可操作性静止气象卫星风云2 号C 星(FY-2C)数据结合中等分辨率航天成像光谱仪MODIS 产品估算河北灌溉农田实际蒸散量(ET)的方法, 其中FY-2C 的第1、2 波段用于反演区域地表温度, 再结合16 d MODIS 合成的植被指数产品(MOD13), 得到地表温度与植被指数的三角空间分布图(Ts-NDVI)。通过Ts-NDVI 空间分布的关系, 利用改良三角算法得到区域的蒸发比(EF)。最后结合MODIS 地表反射率产品MCD43 估算得到的日净辐射量, 根据能量平衡计算得到该地区的日实际蒸散量。模型结果与地表Lysimeter 观测数据比较, 显示该模型估算得到的蒸发比和日蒸散量结果较为合理, 误差在可接受范围。此外, FY-2C 用于估算地表ET, 其时间分辨率具有较强的优势, 从而为获得多幅无云蒸散图提供了有利条件。     

黄土高原不同土地利用方式分层植被的盖度差异

[目的] 分析不同土地利用方式黄土高原植被的覆盖状况,为监测该区植被特别是非绿色植被盖度的变化提供数据支持,为遥感估算植被覆盖度(FVC)在土壤侵蚀预测中的应用提供可靠依据。[方法] 选择黄土高原不同土地利用类型的7块植被样地,采用样带法进行逐半月的分层植被盖度调查,分析了绿色植被盖度(f_PV)和非绿色植被盖度(f_NPV)在不同类型以及不同层次结构下的年内变化,为侵蚀过程模型中植被因素的获取提供参数。[结果] ①沙地、草地、人工柠条林地、人工油松林地、黄陵和秦岭的天然林地等6个样地中,植被的年内投影总盖度变化不大。投影f_PV和其所占投影总盖度的比例年内均随时间先逐渐增加,7—9月达到最大值,其后迅速减小。而投影f_NPV随时间的变化趋势与f_PV相反。受耕作制度影响,耕地投影f_PV和f_NPV年内变化剧烈。②7—9月,在黄陵和秦岭的天然林样地,投影f_PV比例可达100%,其他4种样地分别可达60.6%,70.5%,58.8%和84.9%,意味着仅考虑投影f_PV,将忽略占总盖度39.4%,29.5%,41.2%和15.1%的f_NPV的生态效益。③人工柠条、人工油松林地,黄陵、秦岭的天然林地等4种具有明显植被垂直结构的样地中,乔木层、灌木层和地表层的f_PV与f_NPV的年内变化与投影f_PV与f_NPV的变化趋势基本一致;4种样地植被的投影总盖度与地表层总盖度呈线性关系,其相关性可达0.85(R²)。[结论] 黄土高原不同土地利用方式耕地投影f_PV和f_NPV年内变化剧烈,其他样地年内投影f_PV先增加后减小,投影f_NPV与其相反。占总投影盖度的15.1%～41.2%的投影f_NPV,在该区是不可忽略的地被组成。不同层次的f_PV和f_NPV年内变化趋势与投影f_PV和f_NPV一致,地表层总盖度与投影总盖度也存在显著的线性相关性。在区域监测时应重点关注耕地植被盖度的提取季节与地表总盖度。     

Adequate supply of potassium improves plant water‐use efficiency but not leaf water‐use efficiency of spring wheat

Enhancing crop water‐use efficiency (WUE) is a major research objective in water‐scarce agroecosystems. Potassium (K) enhances WUE and plays a crucial role in mitigating plant stress. Here, effects of K supply and PEG‐induced water deficit on WUE of spring wheat (Triticum aestivum L. var. Sonett), grown in nutrient solution, were studied. Plants were treated with three levels of K supply (0.1, 1, 4 mM K⁺) and two levels of PEG (0, 25%). WUE was determined at leaf level (WUE_L), at whole‐plant level (WUE_P), and via carbon isotope ratio (δ¹³C). Effects of assimilation and stomatal conductance on WUE_L were evaluated and compared with effects of biomass production and whole‐plant transpiration (E_P) on WUE_P. Adequate K supply enhanced WUE_P up to 30% and by additional 20% under PEG stress, but had no effect on WUE_L. E_P was lower with adequate K supply, but this effect may be attributed to canopy microclimate. Shoot δ¹³C responded linearly to time‐integrated WUE_L in adequately supplied plants, but not in K‐deficient plants, indicating negative effects of K deficiency on mesophyll CO₂ diffusion. It is concluded that leaf‐scale evaluations of WUE are not reliable in predicting whole‐plant WUE of crops such as spring wheat suffering K deficiency.     

Satellite-based estimation of evapotranspiration of an old-growth temperate mixed forest

Evapotranspiration (ET) is a key flux in the water cycle and has strong seasonal dynamics for forest ecosystems. Recently eddy flux covariance measurements are continuously taken at a temperate mixed forest in Northeastern China since 2002. In an effort to better understanding the factors that control the seasonal dynamics of ET, here we (1) calculate ecosystem-level water use efficiency (WUE) from observed water and CO₂ flux data, and (2) relate the resultant WUE with satellite-derived vegetation indices, and (3) develop and evaluate a simple model that uses satellite images and climate data as input data to predict ET on the coupling of photosynthesis and transpiration processes. Ground WUE estimates obtained from eddy covariance tower were correlated with moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) vegetation indexes (VIs) and ground micrometeorological data over 3 years (2003–2005). The enhanced vegetation index (EVI) was more closely correlated (r = 0.82) with WUE than the normalized difference vegetation index (NDVI; r = 0.64). Air temperature (T_A) measured over the canopy was the meteorological variable that was most closely correlated with WUE (r = 0.74) over years. For the significant correlation between EVI and T_A (r = 0.82, P < 0.05), EVI was selected as the single variable to predict WUE to simplify calculation. We calculated ET by ET = GPP/WUE, gross primary production (GPP) was predicted by vegetation photosynthesis model (VPM) that uses satellite images and meteorological variables. At a temporal resolution of 8 days, the annual curves showed good correspondence between measured and predicted values of WUE and ET in terms of phase and magnitude for each year. Seasonally integrated predicted ET was +4% (in 2003), +2% (in 2004), +0.4% (in 2005) higher than observed values.     

基于GEP和地理位置信息的湘鄂地区月参考作物腾发量模拟计算

参考作物腾发量(ET0)是计算植被蒸散发的关键因子,准确估算ET0对水资源管理、灌溉制度设计等具有重要意义。本研究利用湘鄂地区46个气象站点1955—2005年的逐月气象数据,包括月最高气温、最低气温、平均风速、日照时数以及相对湿度,用FAO-56 Penman-Monteith法计算各站的逐月ET0值。然后结合基因表达式编程(GEP)算法挖掘公式的能力,以各站点的地理位置信息(纬度、经度、海拔)及月序数为输入,以多年逐月平均ET0值为输出,建立基于地理位置信息的月ET0模型,并与传统ET0模型的计算结果进行比较。结果表明,所建立的模型具有足够的精度,校正、检验阶段的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.934、0.951和10.050 mm、8.628 mm;与Hargreaves和Priestley-Taylor法相比,基于地理位置信息建立的GEP模型的结果均方根误差最小,变化范围为8.628~9.967 mm。本研究所建立的月ET0模型具有明确的表达式,简单易用,在湘鄂地区仅利用地理位置信息计算逐月ET0是可行的,可以利用该模型进行月尺度的灌溉制度设计和植被蒸散发的估算。     

喀斯特与非喀斯特地区参考作物蒸散量时空变化分析——以广西壮族自治区为例

参考作物蒸散量(ET_0)是确定植被生态系统需水量的关键因子,其时空分布特征及主要影响因素分析对于制定植被恢复策略与区域水资源配置方案具有重要意义。本文基于FAO-56 Penman-Monteith公式和广西地区25个气象站点1960—2010年的逐日资料,计算了各站点的ET_0,在此基础上采用GIS的克里金插值、Spearman秩次相关法和通径分析方法分析了广西喀斯特与非喀斯特地区ET_0的时空变化特征及其影响因子。结果表明,51年来广西各站点多年平均ET_0为1 138 mm×a~(-1);空间分布呈由南向北、由低纬度向高纬度递减的特征,高值区主要分布在非喀斯特地区,低值区主要分布在喀斯特地区。喀斯特与非喀斯特地区年ET_0累积距平曲线均呈"N"型分布;20世纪70年代最高,90年代最低,21世纪以来年ET_0有所回升,但仍低于51年平均值。此外,喀斯特地区ET_0年际变化小于非喀斯特地区。日照时数、风速和平均温度是影响非喀斯特地区年ET_0变化的主要气象因子,而相对湿度则通过与其他气象因子的相互作用间接对喀斯特地区年ET_0的变化产生较大影响。在季节尺度上,日照时数和平均气温在各季节都是ET_0最主要的影响因子,与ET_0呈正相关关系;风速在喀斯特地区冬、春两季对ET_0的间接作用系数为负,在非喀斯特地区并未发现这一现象。了解不同地区ET_0的变化趋势是植被生态需水定额计算的必要措施。     

旱稻水分利用率与碳同位素识别值之间的关系

通过温室盆栽试验 ,分析和探讨了三个水平的土壤水分条件对分蘖期和成熟期收获的旱稻(OryzasativaL .)生物量累积、水分利用率 (WUE)、植株不同部位的碳同位素识别值 (CID)的影响 ,并了解了它们之间的相互关系。水分条件包括 :饱和含水量 (W1 )、饱和含水量的 70 %(W2 )、饱和含水量的 4 0 %(W3)。结果表明当土壤水分条件从W1降低到W2时 ,分蘖期收获的生物量降低 4 5 %左右 ,成熟期收获的生物量降低 1 6 %～ 1 9%;而当从W1降低到W3时 ,分蘖期收获的生物量降低 73%左右 ,成熟期收获的生物量降低 5 5 %～ 5 7%。然而 ,根据地上部干重计算而来的WUE(WUE 地上部 )和根据全株干重计算而来的WUE(WUE 全株 )则随土壤含水量的降低而增加 ,其增幅在分蘖期为 0 .0 7～ 0 .2 8gkg-1 ,在成熟期为 0 .0 7～ 0 .4 5gkg-1 。植株的CID值变幅为 1 7.0～ 2 0 .6 ,但植株不同部位间差别显著 ,分蘖期收获的样品CID值从小到大的顺序为 :根 <最近完全伸展叶 <叶芽 <茎秆 ;而成熟期收获的样品CID值从小到大的顺序为 :籽粒 <根 <茎秆 <旗叶。随着土壤含水量的降低 ,植株所有部位的CID值亦显著减小。叶部的CID值与WUE 地上部(和WUE 全株 )之间呈一致的负相关关系。     

小流域水文循环过程中蒸散发量模拟方法评价

蒸散发(ET)在农业灌溉和水资源管理中起着重要作用。ET可通过FAO-Penman-Monteith方法(ET_(FPM))进行准确估算,ET_(FPM)方法是ET估算的标准参考方法,此方法需要提供更为详实的气象数据。对于ET的估算,需要寻找使用较少的输入数据,而不会影响预测准确性的替代方法。研究运用5个基于辐射的模型,包括Makkink(ET_(MAK))、Priestley和Taylor(ET_(PT))、Abtew(ET_(ABT))、Jensen-Haise(ET_(JH))、McGuinness和Bordne(ET_(MB)),3个基于温度的模型,包括Hargreaves and Samani(ET_(HS))、Hamon(ET_(HAM))和Linacre(ET_(LIN)),以及1个基于空气动力学的模型Penman(ET_(PEN)),通过使用韩仓河流域周边6个气象水文站的长期数据,将选取的模型与ET_(FPM)模型在月尺度和生长季节尺度上进行比较评价。结果表明,ET_(JH)、ET_(HAM)分别是67%,33%研究区域每月ET的最佳预测方法。在研究区域中,基于辐射的方法优于基于温度的方法。植被生长季节ET累积值表明,Jensen-Haise和Hamon方法在暖季和秋冬季生长期表现最佳,而春季生长期最佳预测方法仅包括Jensen-Haise方法。最佳替代方法和ET_(FPM)方法之间的差异表明,最佳替代方法在某些地区的估算可信度不高,因此在使用之前应考虑ET模型可预测性能的时空变化。     

秦岭北麓陆地生态系统水源涵养功能的空间格局

[目的]对秦岭北麓陆地生态系统水源涵养功能空间格局进行分析,为该地区的水资源空间规划与管理,均衡各流域的水资源分配及城市经济发展等提供科学参考。[方法]基于InVEST模型从流域尺度分析秦岭北麓2000年和2010年的水源涵养能力与空间格局异质性,并对水源涵养能力的影响因素进行分析。[结果](1)2000年秦岭北麓水源涵养总量为4.02×10~9 m~3,平均水源涵养能力为242.37mm;2010年水源涵养总量为4.45×10~9 m~3,平均水源涵养能力为265.33mm。(2)黑河、石头河、灞河和浐河流域为秦岭北麓主要的水源涵养区,其高值区出现在黑河流域南部、石头河流域南部、神沙河流域、灞河流域南部小流域。(3)气候因子与水源涵养能力密切相关,土地利用/覆被通过植被面积变化影响到区域水源涵养功能的发挥,从植被类型来看,水源涵养贡献率最高的是落叶阔叶林;从土壤属性来看,棕壤的水源涵养贡献率最高。[结论]区域的水源涵养能力受气候、土地利用方式、植被覆盖及土壤条件等的综合作用而产生差异。秦岭北麓的水源涵养能力总体表现为越靠近秦岭主脊水源涵养能力越强。     

Forecasting daily reference evapotranspiration using the Blaney–Criddle model and temperature forecasts

Accurate daily reference evapotranspiration (ET_o) forecast is essential for real-time irrigation scheduling. An attempt was made to forecast ET_o using the Blaney–Criddle (BC) model and temperature forecasts in this study. Daily meteorological data for the period 2000–2014 at five stations in East China were collected to calibrate and validate the BC model against the FAO56 Penman–Monteith (FAO56-PM) model. Temperature forecasts up to 7 days’ lead time for 2012–2014 were input to the calibrated BC model to forecast ET_o. It is found that the performance of the BC model for ET_o forecast is further improved at all stations after monthly calibration. Average accuracy of forecasted ET_o (error within 1.5 mm d^?1) ranged from 82.7% to 89.3%, average values of mean absolute error (MAE) varied between 0.73 and 0.82 mm d^?1, average values of root mean square error (RMSE) ranged from 0.95 to 1.08 mm d^?1, and average values of the correlation coefficient (R) and concordance index (d) were more than 0.75 and 0.89, respectively. Furthermore, the error in ET_o forecast caused by error in temperature forecast is acceptable. The encouraging results indicate that the proposed method can be an alternative and effective solution for forecasting daily ET_o in East China.