宁夏地区潜在蒸散发变化特征及成因分析

根据宁夏地区1962-2017年11个国家级气象站的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算宁夏地区潜在蒸散发(Potential evapotranspiration,ET₀)日值系列,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、ArcGIS反距离权重空间插值、敏感性分析和贡献率等方法对宁夏地区ET₀时空变化特征及影响因素进行分析.结果表明:宁夏地区1962-2017年多年平均ET₀为1 073 mm,其中,中部干旱带最高(1 135 mm),引黄灌区次之(1 095 mm),南部山区最低(893 mm); 宁夏地区ET₀在1986年发生了突变,突变前以0.571 mm/a的幅度下降,突变后以0.109 mm/a的幅度递增,整个周期内,以0.523 mm/a 幅度递增,但变化幅度均不显著.ET₀对不同区域气象要素的敏感性不同,引黄灌区和中部干旱带对最高温度最敏感,敏感性系数分别为0.41和0.43,南部山区为相对湿度(-0.45); 不同气象要素对ET₀的贡献率不同,引黄灌区和南部山区主导因子是最低温度,中部干旱带是平均风速.突变前后,对引黄灌区、中部干旱带和南部山区ET₀贡献率最高的气象要素分别由平均风速、相对湿度和最低温度,变为相对湿度、平均风速和最低温度.     

中国大陆地区基于太阳辐射经验值计算ET0的适用性研究

太阳辐射是利用FAO推荐的Penman-Monteith(PM)公式计算参考作物需水量(ET_0)的必要参数。为了探究PM公式在辐射数据缺失的条件下,利用FAO推荐的公式及参数获得太阳辐射值(R_(s_c))替代观测值(R_(s_o))在中国大陆地区的适用性,本研究选用了中国大陆112个站点至少15 a的多年月平均观测数据,通过逐点计算分析了R_(s_c)和R_(s_o)的时空差异及二者分别输入PM公式获得的参考作物需水量ET_(0_c)和ET_(0_o)的时空差异。结果表明,R_(s_c)与R_(s_o)存在显著的时空差异性,二者相对差值范围为-2.86～4.41 MJ·m~(-2)·d~(-1),且在4—8月份差异较大;大致以"胡焕庸线"为界,线西北区域R_(s_c)与R_(s_o)的时空差异相对较小,且稳定,线东南区域的时空差异较大,且不稳定。但是,基于二者计算的ET_(0_c)和ET_(0_o)时空差异却不显著,平均只有0.06～0.26 mm·d~(-1)的误差;"胡焕庸线"西北地区的ET_(0_c)和ET_(0_o)绝对差值常年稳定在0.00～0.25 mm·d~(-1),"胡焕庸线"线东南地区则随季节而变化,夏季差异相对较大。在实际的应用中,西北地区全年和北方地区春、秋、冬三季以及长江、珠江流域所覆盖的南方地区在1、2、10、11、12月使用R_(s_c)替代R_(s_o)获得ET_0具有较好的适用性,北方地区的夏季、南方地区的3—9月份使用R_(s_c)计算ET_0则必须研究相应的方法对结果进行矫正,否则会有误差,且偏大。     

农业分区框架下Hargreaves-Samani公式的逐月回归修正

为验证中国农业综合分区框架下Hargreaves-Samani(HS)公式线性回归修正方案的适用性,利用中国气象数据网发布的124个站点1957—2016年的逐月有效日平均气压、平均最低气温、平均最高气温、平均风速、平均水汽压、月总太阳辐射数据及站点经纬度数据,首先,分别基于Penman-Monteith(PM)公式和HS公式计算了各站点多年逐月的参考作物需水量ET_(0-PM)和ET_(0-HS)。然后,以ET_(0-PM)为真值,基于1957—2010年的逐月ET_(0-PM)和ET_(0-HS),利用线性回归分析方法获取了中国38个农业管理子区的HS公式校正系数a、b,并以2011—2016年为验证年份,通过比较ET_(0-HS)校正前后的相对误差变化,验证了HS公式线性回归校正方法在中国农业区的适用性,并结合验证年份的具体误差结果,确定了各农业区HS公式校正系数a、b的逐月最优取值。结果表明:大部分农业区的大部分月份ET_(0-PM)与ET_(0-HS)的相关系数超过0. 6,可以进行ET_(0-HS)的回归校正;回归校正得到的系数a存在显著的季节变化规律,系数b则表现较为平稳;系数a、b的大小及变化说明了ET_(0-PM)和ET_(0-HS)彼此之间存在差异,且季节性明显;校正前后的ET_(0-HS)均存在不同程度的相对误差,但校正后的ET_(0-HS)的误差范围已经显著缩小;在具体的验证应用中,校正后的ET_(0-HS)并不完全是最优结果,实践中系数a、b的优选使用才是最佳方案。本研究验证的HS公式线性回归校正方法是实践中简便、可行的方案,对大尺度区域快速获得较高精度的参考作物需水量具有实际意义和推广价值。     

Impacts of climate variability on reference evapotranspiration over 58 years in the Haihe river basin of north China

Physically, evaporative demand is driven by net radiation (R_n), vapour pressure (e_a), wind speed (u₂), and air temperature (T_a), each of which changes over time. By analyzing temporal variations in reference evapotranspiration (ET₀), improved understanding of the impacts of climate change on hydrological processes can be obtained. In this study, variations in ET₀ over 58 years (1950-2007) at 34 stations in the Haihe river basin of China were analyzed. ET₀ was calculated by the FAO Penman-Monteith formula. Calculation of Kendall rank coefficient was done by analyzing the annual and seasonal trends in ET₀ derived from its dependent climate variables. Inverse distance weighting (IDW) was used to analyze the spatial variation in annual and seasonal ET₀, and in each climate variable. An attribution analysis was performed to quantify the contribution of each input variable to ET₀ variation. The results showed that ET₀ gradually decreased in the whole basin over the 58 years at a rate of −1.0 mm yr⁻², at the same time, R_n, u₂ and precipitation also decreased. Changes in ET₀ were attributed to the variations in net radiation (−0.9 mm yr⁻²), vapour pressure (−0.5 mm yr⁻²), wind speed (−1.3 mm yr⁻²) and air temperature (1.7 mm yr⁻²). Looking at all data on a month by month basis, we found that T_a had a positive effect on dET₀/dt (the derivative of reference evapotranspiration to time) and R_n and u₂ had negative effects on dET₀/dt. While changes in air temperature were found to produce a large increase in dET₀/dt, changes in other key variables each reduced rates, resulting in an overall negative trend in dET₀/dt.     

基于SPSS的抚顺地区参考作物需水量的区域分析

根据抚顺地区3个气象站的气象观测资料，应用1990年联合国粮农组织推荐的Penman—Monteith公式计算各站1995～2004年10年来的参考作物需水量ET。利用SPSS统计分析软件对ET。进行回归分析。分析结果表明：章党气象站和新宾气象站之间具有较好的线性关系。而清原气象站和新宾气象站、清原气象站和章党气象站之间的回归不显著。此分析为分析抚顺地区的气候提供一定的依据，也为将来利用地理信息系统（GIS）分析区域的参考作物需水量的空间分布提供一定的基础。     

参考作物蒸发蒸腾量的气象因子响应模型

基于江苏省南通市2000～2004年的旬气象资料,用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算了参考作物蒸发蒸腾量,研究了参考作物蒸发蒸腾量与最高气温、最低气温、平均气温、相对湿度、日照时数、风速和气压等气象因素间的关系,建立了参考作物蒸发蒸腾量的响应模型.结果表明,参考作物蒸发蒸腾量与"温度因子"的关系最强,其次为"湿度和日照因子","风速因子"也有一定的影响,"气压因子"影响作用则稍弱;建立的气象因子响应模型模拟精度较高,可以简化参考作物蒸发蒸腾量计算.     

改进Hargreaves模型估算川中丘陵区参考作物蒸散量

为提高Hargreaves-Samani(HS)模型参考作物蒸散量(ET0)计算精度,该文基于贝叶斯原理利用川中丘陵区1954-2002年逐日资料对其温度指数、温度系数和温度常数进行改进,并使用2003-2013年资料以Penman-Monteith(PM)模型为标准评价HS改进模型计算精度与适应性。结果表明:HS改进模型参数在川中丘陵区各区均小于联合国粮农组织推荐值,并呈现出随纬度上升而增大的趋势;与PM模型计算结果相比,HS改进模型计算的ET0相对误差在川中丘陵区北部从14.2%~60.9%降至-1.1%~33.4%、中部从40.6%~92.6%降至16.9%~61.1%、南部从31.3%~96.0%降至8.5%~64.4%、整个川中丘陵区从32.1%~82.7%降至9.5%~52.6%;相关性分析表明,HS改进模型和PM模型计算的ET0回归曲线的斜率更接近于1(北部1.16、中部1.02、南部0.99、全区1.13),决定系数均达到0.85(P0.01)以上;趋势分析表明,HS改进模型和PM模型计算的ET0变化一致,年内均呈开口向下的抛物线状,年际均呈微小上升趋势。因此,基于贝叶斯原理改进的HS模型在川中丘陵区不同区域变异性较小,适应性较强,具有较高的计算精度,可作为川中丘陵区参考作物蒸散量简化计算的推荐模型。     

Evapotranspiration and crop coefficient of Populus euphratica Oliv forest during the growing season in the extreme arid region northwest China

Based on successive observation, fifteen-day evapotranspiration (ET_c) of Populus euphratica Oliv forest, in the extreme arid region northwest China, was estimated by application of Bowen ratio-energy balance method (BREB) during the growing season in 2005. During the growing season in 2005, total ET_c was 446.96 mm. From the beginning of growing season, the ET_c increased gradually, and reached its maximum value of 6.724 mm d⁻¹ in the last fifteen days of June. Hereafter the ET_c dropped rapidly, and reached its minimum value of 1.215 mm d⁻¹ at the end of growing season. The variation pattern of crop coefficient (K_c) was similar to that of ET_c. From the beginning of growing season, the K_c value increased rapidly, and reached its maximum value of 0.623 in the last fifteen days of June. Afterward, with slowing growth of P. euphratica, the value dropped rapidly to the end of growing season. According to this study, the ET_c of P. euphratica forest is affected not only by meteorological factors, but by water content in soil.     

中国粮食主产区主要气象因子时空演变特征及其对参考作物蒸散量影响

准确评估粮食主产区气象因子变化特征及对参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET0)的影响,对农田水文循环、区域农业水资源优化配置与高效利用等具有重要意义。利用中国粮食主产区258个气象站点1961―2013年的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算ET0,通过M-K趋势检验法、偏相关分析、多元线性回归计算贡献率等方法,分析了1961—2013年中国粮食主产区主要气象因子时空演变及其对ET0变化的贡献特征。结果表明,1961—2013年中国粮食主产区相对湿度、温度、降水在空间上由南至北呈降低趋势,而日照时间和风速则由南至北呈增高趋势;1961—2013年中国粮食主产区全区、温带湿润半湿润地区(I区)、温带干旱半干旱地区(II区)、亚热带湿润地区(III区)及暖温带半湿润地区(IV区)多年平均气温均呈增大趋势,平均风速、相对湿度、降水与日照时间均呈减小趋势;1961—2013年中国粮食主产区年内ET0均呈锯齿状下降,且ET0在四季呈现出夏季春季秋季冬季的特征;多年平均风速、气温、日照时间与ET0在全区及各分区总体均显著正相关(P0.05),而相对湿度与ET0在全区及各分区均极显著负相关(P0.01);1961—2013年中国粮食主产区全区及I~IV区气温、风速、相对湿度对ET0变化均具有较大贡献,其中相对湿度为I区、III区及IV区的主要气象驱动因子,其次为平均气温和风速;而II区ET0变化的主要驱动因子为风速,其平均贡献率WII(风速)为0.37;综上所述,中国粮食主产区主要气象因子变化特征与ET0的响应,均呈现出区域性、季节性差异。     

浑善达克沙地参照作物腾发量简易计算方法初探

为了寻找适合浑善达克沙地参照作物腾发量计算的简易方法,该文以实测的微气象数据为基础,分别采用FAO56 Penman-Monteith(1998)、Hargreaves-Samani(1985)、Irmark-Allen拟合以及Priestley-Tay-lor(1972)计算参照作物腾发量,并以普适性强、精度高的FAO56 Penman-Monteith为基准,对其他方法进行气象因子的非线性修正。结果表明:气象因子修正后的参照作物腾发量精度大大提高,为获得相对可靠的参照作物腾发量开辟了新的途径。FAO56 Penman-Monteith、Irmark-Allen拟合和Priestley-Taylor都需要用到净辐射,而专业测量净辐射的设备在农业气象站里很少安装,使三种方法推广使用受到一定限制。气象因子修正后Hargreaves-Samani需要的气象数据相对容易获得,且计算简单,具有较高的精度,建议在缺少气象资料的干旱地区推广采用。