基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。     

饱和修正系数提高ZZLAS型闪烁仪测量显热通量精度

为了研究饱和效应对大孔径闪烁仪估算区域显热通量的影响,在2014年8—9月期间进行试验,以具有抗饱和性能的双光路BLS900型闪烁仪为参考,以孔径尺寸为0.075 m(文中简记为LAS1)、0.15 m(文中简记为LAS2)的中国产ZZLAS型闪烁仪为研究对象,通过光学传播原理计算出饱和修正系数,并对ZZLAS型闪烁仪的观测结果进行饱和修正分析。结果表明:LAS1的饱和修正系数为1.034,LAS2的饱和修正系数为1.019。试验观测中LAS1饱和率为24.58%,LAS2饱和率为2.04%,进行饱和修正后,LAS1的有效饱和修正率为12.87%。与BLS900相比,LAS1修正后显热通量均方根误差变为25.67 W/m2;LAS2的饱和修正率仅为0.32%,修正前后显热通量均方根误差基本无变化。进行饱和修正前,对BLS900与LAS1观测的显热通量进行F检验,未达到显著水平(P=0.15);通过计算得出的修正系数修正后,达到极显著水平(P=0.004);而利用BLS900的实时修正系数进行修正后,接近显著水平(P=0.06)。利用试验计算得出的饱和修正系数修正后,显热通量与参考标准的误差范围为1.28~53.42 W/m2,比修正前更接近BLS900的观测结果。研究对农田、人工林下垫面条件下的观测结果采用文中的饱和修正方法进行验证,结果也表明,经饱和修正后,闪烁仪观测的显热通量更接近BLS900的观测结果。当ZZLAS型闪烁仪发生明显饱和现象时,利用光学传播原理计算得出的修正系数对饱和数据进行修正效果显著。     

基于标准化降水蒸散指数的甘肃省干旱时空特征分析

为明确气候变化条件下甘肃省不同时间尺度的干旱特征，选用1951-2015年甘肃省33个气象站点逐日气象数据，计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI，同时结合Mann-Kendall突变检验、复小波分析、经验正交函数分解、旋转经验正交函数分解等方法，对甘肃省65 a来干旱时空格局特征进行了分析。结果表明：在年际变化趋势方面，甘肃省干旱情势为由干变湿再变干，近年干旱趋势逐渐加重；四季均呈现由干变湿然后变干的趋势，近年春季变干趋势显著；干旱强度在全省范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为局域性轻旱和全域性中旱。在周期性变化方面，甘肃省的干旱时间周期性强弱依次为39、13、7、22 a尺度，但不同时间尺度表现出了不同的干湿震荡规律。在空间格局方面，甘肃省整体上呈西北部干旱缓解、东南部干旱加剧的趋势；春季干旱加剧最明显，冬季次之，夏季和秋季干湿状况基本相似。按照干旱区域敏感性强弱可将甘肃省分为东南地区东部（Ⅰ区）、西北地区（Ⅱ区）、中部地区（Ⅲ区）和东南地区西部（Ⅳ区），其中Ⅲ区呈干旱缓解趋势，其他地区基本呈干旱加剧的趋势。     

非水分亏缺条件下设施茄子蒸散量变化特征及影响因子分析

为探明设施茄子在非水分亏缺条件下蒸散量及构成要素的变化特征,围绕关键因子进行调控。以膜下滴灌茄子为研究对象,在苗期、开花坐果期和成熟采摘期土壤水分分别低于田间持水量的70%、80%和70%时,设置3种灌水定额进行灌溉,分析各生育阶段蒸散速率和土壤蒸发速率的变化,并对气象因子(日均温度、湿度、太阳累积辐射)、作物因子(叶面积指数)和土壤水分因子与蒸散量进行相关分析,确定各阶段的关键影响因子。茄子阶段蒸散速率与蒸腾速率变化规律基本一致,均呈单峰型变化曲线,开花坐果期最高,成熟采摘期次之。土壤蒸发速率呈"开口向上"的"U"形变化曲线,开花坐果期最低。蒸散量构成要素所占比重的变化规律为:苗期土壤蒸发量在蒸散量中所占比重最高,达到22.33%～31.40%。开花坐果期最低,为3.31%～3.89%。影响蒸散量因素中,叶面积指数随生育阶段推进影响程度逐渐降低,土壤质量含水率在苗期影响不显著,在开花坐果期和成熟采摘期均达到极显著水平。因此,开花坐果期可以忽略膜下土壤蒸发对蒸散量变化的影响,而在其他2个生育阶段需要充分考虑。叶面积指数对蒸散量的影响主要体现在前中期,而土壤质量含水率主要体现在中后期。     

ET_0变化趋势分析及估算模型研究——以新乡站为例

【目的】参考作物蒸散量(ET_0)的估算是计算作物腾发量的基础,也是区域水资源评价与灌溉政策制定的前提,因此,研究ET_0变化趋势与估算模型能够对该地区农田灌溉用水预报提供基础支持,进而为灌溉制度的制定以及水资源高效利用提供科学依据。【方法】以河南新乡气象站1962―2016年气象资料为基础,运用Penman-Monteith模型计算ET_0序列,Mann-Kendall趋势检验法对年及季节尺度ET_0序列变化趋势进行分析,并用均值生成函数模型对其进行了拟合与验证。【结果】①新乡地区年尺度ET_0序列在1975―2016年间呈减小趋势,并在1985―2004年、2006年显著;②新乡地区春季ET_0序列在1982―1983年及1988―2003年间呈显著的减小趋势,夏季ET_0序列在1980―2012年间呈显著的减小趋势。③均值生成函数模型在对年尺度ET_0序列进行拟合时,其一致性系数达到0.83,绝对误差与相对误差分别在-120.8～120.0 mm及-14.0%～18.2%之间。④均值生成函数模型在对季节尺度ET_0序列进行拟合时,其一致性系数在春、夏、秋、冬各季节分别达到0.85、0.81、0.88及0.89,绝对误差分别在-60.2～64.3、-64.4～58.9、-39.6～32.8、-37.0～25.1 mm之间,相对误差分别在-20.1%～36.7%、-22.1%～32.1%、-18.0%～22.9%、-23.9%～24.6%之间。【结论】新乡地区年尺度ET_0序列在1985―2004年间显著减小,均值生成函数模型在对年及各季节尺度ET_0序列进行拟合时整体效果较好,因此,可通过其进行年及季节尺度ET_0序列的估算,且其在秋、冬二季的拟合效果明显好于春、夏二季。     

2000-2014年宁夏草地蒸散时空特征及演变规律

蒸散是水文-生态过程耦合的纽带,对草地生态系统的稳定性十分重要,研究生态环境脆弱地区草地生态系统蒸散变化特征对于区域农牧业发展、生态恢复与重建和构建生态屏障意义明显。基于2000-2014年MOD16地表蒸散数据,利用回归分析、相关分析和重新标度极差分析等方法,研究了宁夏草地近15年的蒸散时空分布格局与演变规律,并讨论了可能影响因素。结果表明,2000-2014年,宁夏草地蒸散量介于177.51~274.43 mm,平均值为228.03 mm;受降水的年际波动影响,全区草地蒸散量在近15年呈不显著的上升趋势(P>0.05),不同类型草地的年蒸散量和月蒸散变化动态差异明显;从空间上来看,宁夏草地的多年平均蒸散量存在较强的空间异质性,呈现南高北低的分布格局,北部最低为135.84 mm,南部最高可达732.12 mm,但波动性不强;近15年,宁夏北部草地的蒸散以下降为主,降幅自北向南递减,中部和南部以上升为主,增幅自北向南递增,但大部分区域的蒸散变化幅度较小,总体变化不显著;未来,全区草地蒸散的正向特征显著,趋势发生反转的草地比例较小;降水量是决定全区草地蒸散空间分布格局和年际波动的主要因素,人类生产活动主导的土地利用类型变化对局部蒸散的影响不容忽视。     

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SIMDual_Kc模型估算非充分灌水条件下冬小麦蒸散量

为研究关中冬小麦植株蒸腾和土壤蒸发规律,利用2 a冬小麦小区控水试验实测数据,率定和验证了双作物系数SIMDual_Kc模型在关中地区的适用性.用大型称重式蒸渗仪的实测蒸散量值(或水量平衡法计算值)与模型模拟值进行对比.结果表明:SIMDualKc模型可较准确地模拟关中不同水分条件下冬小麦蒸散量,且模拟精度较高.模型估算的平均绝对误差为0.643 3 mm/d.模型估算的冬小麦初期、中期和后期的基础作物系数分别为0.35,1.30,0.20.另外,模型还可以较准确地估算不同水分供应条件下的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量和植株蒸散量.冬小麦整个生育期,土壤蒸发主要发生在作物生育前期,中期较低,后期略微增大;植株蒸腾主要发生在作物快速生长期和生长中期,整个生育期中呈先增大后减小的趋势.     

江淮流域稻麦轮作蒸散特征及其影响因子

蒸散(ET)是水分交换的重要过程,对理解地表水平衡至关重要。基于安徽省寿县国家观测站多年的通量和气象数据,分析了江淮流域稻麦轮作作物ET变化特征,并利用通径分析方法分别对冬小麦和水稻ET的影响因子进行辨识。结果表明:①江淮流域稻麦轮作田多年均ET年总量为740.3 mm,其中冬小麦、水稻、裸地分别占比40.7%、52.3%、7.0%。冬小麦ET的日均值为1.40 mm/d,在生长季内ET变化表现为弱"双峰型"特征,两峰值分别位于出苗-三叶和开花期。水稻ET的日均值为3.23 mm/d,在生长季内ET变化表现为"单峰型",峰值位于拔节期。②冬小麦ET主要受净辐射(R_n)和叶面积指数(LAI)影响,R_n的直接作用最明显,而LAI主要通过R_n路径对ET产生间接影响。水稻ET主要受R_n和20 cm土壤体积含水量(VSWC_(20))影响,R_n直接作用更明显。对比两种作物,R_n对其ET都起决定性作用,LAI对冬小麦ET作用明显高于水稻,而VSWC_(20)对水稻ET促进作用明显,对冬小麦ET变化促进作用可以忽略。     

阿鲁科尔沁旗紫花苜蓿需水规律与灌溉定额

为了给阿鲁科尔沁旗紫花苜蓿(Medicago sativa)灌溉提供科学依据,利用1984-2013年30年气象数据,采用联合国粮农组织推荐的彭曼-蒙特斯公式法,研究了阿鲁科尔沁旗紫花苜蓿需水规律和灌溉定额。结果表明,阿鲁科尔沁旗紫花苜蓿第1茬、第2茬、第3茬、第4茬、生长季、非生长季和全年需水量分别为221、187、169、179、755、70和825mm,需水强度分别为4.3、4.7、4.1、2.5、3.7、0.4和2.3 mm·d~(-1),灌溉需水量分别为194、118、66、131、508、56和564mm,灌溉定额分别为228、139、78、154、598、66和664 mm。