基于SEBS模型的岔口小流域蒸散量特征及影响因子研究

【目的】确定黄土丘陵沟壑区地表蒸散量及其影响因素,为岔口流域的干旱监测和水资源管理提供数据支持,并为大面积获取黄土丘陵沟壑区的蒸散量情况提供一定理论依据。【方法】基于SEBS模型,以永和县岔口流域为例,运用遥感方法,结合气象资料,对作物生长期4―10月遥感影像进行处理,估算出岔口流域的日蒸散量,分析了蒸散的分布规律,并对蒸散量与气候、地表温度、NDVI、地形参数等的关系进行了分析。【结果】遥感反演得到4月21日、6月8日、7月26日、8月27日、9月12日的流域平均日蒸散量分别为3.34、5.22、5.49、4.22和3.76 mm,反演蒸散量与Penman-Monteith公式计算流域参考作物蒸散量的平均相对误差为5.57%;流域土地利用类型的蒸散量均值排序为:林地草地耕地园地水域居民点;时间序列上,蒸散量呈单峰型分布,7月蒸散量最高,且日蒸散量的变化与气温、地表温度呈较好的正相关,与NDVI间的关系表现不明显;空间尺度上蒸散量空间分布为:西北地区东南地区中部地区,且蒸散量分布与地表温度负相关关系,与NDVI之间有较好的正相关关系,与地形参数之间的相关关系不明确。【结论】基于SEBS模型对黄土丘陵沟壑区蒸散量的遥感反演具有较高的精度,影响日蒸散量变化的主要影响因素为气温和地表温度,而地表温度和NDVI则是影响岔口流域蒸散量空间分布主要因子。     

地形效应下的区域蒸散遥感估算

在地表起伏地区,由于受到坡度、坡向等的影响,地表能量通量表现出与水平地表不一样的特征,为了定量表征起伏地表条件下的蒸散格局,以位于陕甘宁交界区的华池县、庆城县、镇原县、西峰区和合水县为研究区,从能量平衡原理入手,对各能量通量进行了量化计算,并着重考虑了蒸散的能量来源即地表净辐射的地形效应;同时,针对研究区地表特征,确定了土壤热通量的计算方案和感热通量的参数化方案,如零平面位移、动量粗糙长度、热量粗糙长度、动量和热量的稳定度校正项等算法;在此基础上,计算了研究区的瞬时蒸散,计算结果表明采用的蒸散遥感估算方案     

基于SEBAL模型的宁夏蒸散发遥感估算

宁夏地处干旱半干旱地区,地表蒸散发较为强烈,目前对于区域尺度蒸散发的反演是一大难点,常见的蒸散发产品分辨率较低。基于SEBAL模型对宁夏地区地表蒸散发进行了反演,并采用现有数据集对其估算精度进行了验证,结果发现,利用P-M模型和气象站水面蒸发数据验证,相关系数R²的平均值都保持在0.80和0.79以上,利用MOD16蒸散量产品验证,得到R²的平均值保持在0.90以上,均方根误差的平均值为1.03,偏差的平均值为1.76;宁夏地表蒸散量时空变化特征,在空间上,基本呈现为北部平原向南部山区增加趋势特征,在时间上,2001-2021年蒸散量整体呈上升趋势;分析不同土地利用类型地表蒸散量的分布规律,不同土地利用类型地表蒸散量的能力大小依次为：林地>耕地>水域>草地>城市建设用地>裸地,蒸散量均值依次为10.18、8.18、8.12、7.83、7.70、7.48 mm/d。研究结果表明,基于SEBAL模型反演得到的地表蒸散量有较高的精确度,同时该结果具有较高的分辨率以及在干旱半干旱地区有更广的适用性。     

越冬期麦田地表蒸散量估算模型适用性分析与参数修正

地表蒸散量是作物需水量估算以及农田水管理的重要依据。越冬期农田地表蒸散过程改变了土壤内部水热参数分布,进而影响春季作物的生长状况。本文对Penman-Monteith(PM)模型、Priestley-Taylor(PT)模型和Simultaneous heat and water(SHAW)模型在越冬期麦田地表蒸散量估算精度及适用性进行分析与评价,并针对冬季土壤冻结的特殊情况对模型参数进行了修正。麦田试验采集了北京市昌平区2011—2012年和2012—2013年2个冬季的气象参数与实际蒸散量。通过对比3种模型默认或经验参数下的估算值与实际测量值发现:PT模型对蒸散量的估算精度最高(PT、PM、SHAW模型RMSE分别为0.159、0.697、0.390 mm),PM和PT模型的估算整体高于实际测量值,其原因在于冬季地表经历了固-液相变和气-液相变两个过程。为了提高估算精度,在PT和PM模型中引入水分胁迫系数,并利用第1年冬季的数据对3种模型参数进行修正,结果表明,修正后的PM模型(2011—2012年RMSE为0.159 mm)和SHAW模型(2011—2012年RMSE为0.280 mm)对蒸散量的估算精度都有明显提高。将参数修正后的模型用于预测2012—2013年冬季的地表蒸散量,结果表明:3种修正模型的估算精度均较高(PT、PM、SHAW模型RMSE分别为0.267、0.252、0.253 mm)。相比之下,PT模型的计算最为简单,所需数据最少,因此,在估算越冬期麦田地表蒸散量时,可优先选择PT模型。     

远距离测定大面积土壤墒情

苏联《气象与水文》杂志1977年第6期报道了用飞机进行无线电量测土壤墒情。在播种前确定土壤中有效水分含量,对于估计收成有重要意义。远距离测定方法能在短时期获得大面积墒情。它是借助于量测地表几厘米土壤的幅射性能。地表土壤无线电热幅射与土壤湿度、温度有密切关系,因为后面这些因素决定着电介质常数。已经进行了多年的土壤无线电热幅射的研究,建立了土壤表层无线电幅射的理论,     

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。     

阿克苏河流域灌区土地利用变化对蒸散耗水的影响

土地利用变化导致蒸散耗水过程和流域水资源供需关系发生变化。【目的】合理估算灌区蒸散耗水量。【方法】以新疆阿克苏河流域灌区为研究对象,结合对土地利用/覆被变化的遥感解译,分析了2000—2014年阿克苏河流域灌区土地利用/覆被变化及其对灌区蒸散耗水量的影响。【结果】(1)2000—2014年,阿克苏河流域灌区土地利用/覆被发生了明显变化,突出表现为耕地面积的显著增加。灌区耕地面积以159.8 km2/a的速度增加,其中,阿克苏河、库河、塔河、托河温宿及托河乌什灌区分别以37.3、37.2、66.1、4.9、20.0 km2/a的速度增加;(2)伴随绿洲耕地面积的扩张,灌区的蒸散发量表现出明显增加趋势。在2000—2014年,阿克苏河流域灌区蒸散耗水量以0.3×108m3/a的速率增加,年内表现为夏季增加最明显;(3)灌区耕地面积的变化直接影响地表蒸散过程。阿克苏河流域灌区的耕地多年平均蒸散发量约为244.3 mm/a,大于天然草地的多年平均蒸散发量150.1 mm/a。【结论】在全球变暖背景下,快速升温和灌区垦植面积的不断扩大,使灌溉引水、蒸散耗水和人类活动用水不断增加,是导致灌区蒸散耗水增加的主要原因。     

草甸草原区羊草生育期蒸散量变化规律研究

基于2005~2006年羊草生育期气象因子及生理因子野外观测试验数据,用联合国粮农组织FAO-56分册中最新双作物系数法以日为时段计算了羊草2个不同水文年的蒸散量。模拟计算的蒸腾、蒸发量与实际观测值间进行了拟合相关图、拟合优度参数法的有效性检验。用羊草生育期生理特性、冠层结构变化、气象要素和根系层土壤含水率变化对计算结果进行了分析,得出生育期各生长阶段蒸散量和日平均蒸散强度及它们的变化规律。     

基于SEBAL模型和Landsat-8遥感数据的农田蒸散发估算

【目的】及时准确地获取农田蒸散发量,为科学管理农田灌溉、精准估算作物产量和预报土壤水分动态、合理开发水资源等提供有效依据。【方法】以广利灌区为研究对象,基于SEBAL模型利用Landsat-8数据对研究区域农田蒸散发进行估算,通过地表参数计算净辐射通量、土壤热通量和感热通量,利用余项法求得潜热通量及瞬时蒸散发。假定24 h内蒸散比不变,由瞬时蒸散发扩展到日蒸散发量,最终求得研究区的日平均蒸散发量,将模型计算结果与彭曼公式进行了对比,同时结合灌区提供数据对计算结果进行了验证。【结果】彭曼公式计算2014年5月6日和2015年9月14日蒸散量与实测结果相差分别为5.2%和9.4%,SEBAL模型估算得到2014年5月6日和2015年9月14日的日蒸散量与灌区提供日蒸散量相差4.5%、6.0%,且冬小麦及夏玉米蒸散发在空间上存在一定的差异性,主要集中在灌区中部区域及西南区域。【结论】SEBAL模型计算结果具有较高的精度,而且方法相对快捷高效。     

蝙蝠算法优化极限学习机模拟参考作物蒸散量

为提高参考作物蒸散量模拟的准确性,提出蝙蝠算法优化极限学习机的参考作物蒸散量模拟模型.基于汕头站1966-2015年月值气象数据(包括逐月最高温度、最低温度、地表总辐射量、风速和相对湿度),建立参考作物蒸散量的极限学习机模型,并采用蝙蝠算法通过交叉验证方法对极限学习机的正则化系数和径向基函数的幅宽进行优化,最后对参考作物蒸散量模拟效果进行评估.结果表明:与传统调参方法和遗传算法优化后的模型相比,蝙蝠算法优化参数极限学习机模型建立了整体性能优异并且稳定的参考作物蒸散量模型,提高了参考作物蒸散量的模拟精度.     

温室内草皮蒸腾量预测的试验研究

研究了温室内草皮蒸腾量和小气候的关系,用彭蔓公式计算参考作物腾发量,用20cm蒸发皿测定温室内的水面蒸发力,并和测定的草皮蒸腾量进行对比。试验结果表明,草皮蒸腾量与温室小气候的回归系数（R^2）为0．938,明显高于蒸腾量与蒸发皿水面蒸发量的回归系数（R^2）0．8683和蒸发量与彭蔓公式计算的参考作物腾发量的回归系数0．7944,以温室小气候计算温室内的作物蒸腾量要优于以参考作物腾发量计算作物蒸腾量和蒸发皿水面蒸发量的方法。温室内草皮的蒸腾量与温室小气候线性相关,可以此计算温室内作物的蒸腾量。     

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.     

龙川江流域农业灌溉需水变化趋势分析

利用龙川江流域内南华、楚雄、牟定、大姚、姚安、元谋、永仁共7个气象站1961—2007年的逐月气象资料和楚雄、蜻蛉河和元谋等灌区的1961—2007年的农业综合灌溉定额系列,运用Mann-Kendall法,研究了流域内的主要气象因子、参照作物腾发量ET0、农业综合灌溉需水定额的变化趋势。结果表明,除大姚站外月最高温度是龙川江流域ET0变化的主导因素。近50年来龙川江流域降水量增多、湿度增大,导致除南华外的其余站点年ET0显著降低,农业综合灌溉需水定额也呈下降趋势。     

Evapotranspiration predictions: a comparison among GLEAMS,Opus, PRZM-2, and RZWQM models in a humid and thermic climate

Environmental fate models are increasingly used to evaluate potential impacts of agrochemicals on water quality to aid in decision making. However, errors in predicting processes like evapotranspiration (ET), which is rarely measured during model validation studies, can significantly affect predictions of chemical fate and transport. This study compared approaches and predictions for ET by GLEAMS, Opus, PRZM-2, and RZWQM and determined effects of the predicted ET on simulations of other hydrology components. The ET was investigated for 2 years of various fallow–corn growing seasons under sprinkler irrigation. The comparison included annual cumulative daily potential ET (ET_p), actual ET, and partitioning of total ET between soil evaporation (E_s) and crop transpiration (E_t). When measured pan evaporation was used for calculating ET_p (the pan evaporation method), Opus, PRZM-2, and RZWQM predicted 74, 65, and 59%, respectively, of the 10-year average ET reported for a nearby site. When the energy-balance equations were used for calculating ET_p (the combination methods), GLEAMS, Opus, PRZM-2, and RZWQM predicted 84, 105, 60, and 72% of the reported ET, respectively. The pan evaporation method predicted a similar amount of ET to the combination methods for bare soil, but predicted less ET when both E_s and E_t occurred. RZWQM reasonably predicted partitioning of ET to E_s, while GLEAMS and Opus over-predicted this partitioning. A close correlation between soil water storage in the root zone and ET suggests that accurate soil water content predictions were fundamental to ET predictions. ©     

设施栽培番茄需水规律分析及其气象因子响应模型

基于江苏省南通市2001年、2002年的现场试验资料,计算分析了大棚番茄旬蒸发蒸腾量及其变化规律,建立了设施栽培条件下番茄蒸发蒸腾量的气象因子响应模型。结果显示:覆盖大棚明显降低了番茄的需水强度,大棚番茄蒸发蒸腾量随生育阶段延续、植株生长和外界气温增加呈现逐渐增加的趋势,且前期增长缓慢后期增长速度快;设施栽培番茄蒸发蒸腾量与“气温因子”和“地温因子”有着较为密切的联系,与“相对湿度因子”呈现负相关关系,而与蒸发皿水面蒸发强度的关系则较弱;选取较容易测得的重要因素,建立蒸发蒸腾量的气象因子响应模型,模拟结果较为满意。     

参考作物腾发量计算方法的应用比较

应用陕西杨凌地区2001～2002年的气象数据,对3种不同类型的参考作物腾发量计算公式进行比较,用这些公式计算日ETo值,并以FAO 56 Penman-Moteith公式为标准,比较3种方法计算结果的相异性和相关性,并探讨了以简化的ETo公式为基础进行参考作物腾发量的预报.     

Modeling cherry orchard evapotranspiration based on an improved dual-source model

The partitioning of canopy transpiration (Ec) and soil evaporation (Es) is often important to estimate evapotranspiration for hydrologic, ecologic, forest, and agricultural applications. Although Shuttleworth-Wallace (SW) model can estimate the partitioning of Ec and Es, some parameters due to the complicated model structure are not easily obtained. Therefore, this has limited the further development of SW model. In this study, an improved dual-source model (SSW) was proposed for ET estimation. This simpler model structure with less parameters than SW model can estimate Ec and Es, separately, and only requires conventional meteorological data. The estimations of Ec and Es for the observation period were consistent with the data measured from sap flow and micro-lysimeter, respectively, in a commercial cherry orchard in Beijing, China. Also daily ET estimated from the SSW, SW, and Penman-Monteith (PM) model were compared and analyzed. The results showed there was a small difference between SSW and SW model, but their accuracy were both higher than PM model's, and the root mean square error (RMSE) was 0.641, 0.613 and 0.955 mm/day, respectively. Sensitivity analysis for SSW model showed that the variation of ET was less than 2% when parameters varied in the range of ±20%. So, the SSW model is not only simple but also high accurate and stable, and it appears suitable to estimate cherry orchard ET.     

Elman、LS-SVM方法在ET_0预测中的对比分析

参考作物腾发量（ET0）是估算作物腾发量的关键参数,其准确预测对提高作物需水预报精度具有十分重要的意义。Elman神经网络是BP网络的改进结构,具有适应时变性的特点;最小二乘支持向量机（LS-SVM）是支持向量机（SVM）的一种优化算法,它基于结构风险最小化准则,可兼顾模型的经验风险和推广能力。将两种方法应用于参考作物腾发量预测中,并以铁岭市为例,对比分析LS-SVM模型与Elman模型的预测值。结果表明：LS-SVM模型学习速度快,具有比Elman模型更高的模拟性能和预测精度,更适合参考作物腾发量的预测。     

北京地区潜在蒸散量计算方法的比较研究

利用北京地区1951—2007年的逐日气象资料,选取常用的7种公式计算日潜在蒸散量,并和利用FAO推荐的Penman-Monteith(PM)标准公式计算日潜在蒸散量进行比较。根据线性回归、平方根误差和平均偏差方法分析得出:Penman公式、Kimberly-Penman公式(KP)和Doorenbos-Pruitt公式(DP)与PM相关性较好,KP公式计算的ET0和标准ET0平均偏差和平方根误差均最小,可直接用来计算北京地区的ET0,而Penman公式和DP公式的平均偏差和平方根误差较大,不适合直接计算北京地区的ET0,利用气象数据提出了修正的Penman公式和DP公式。Makkink公式、Priestley-Taylor公式、Hargreaves公式和Turc公式与PM相关性较差,不适合计算北京地区的ET0。北京地区对ET0影响最大的气象因子为饱和水汽压差和净辐射,基于此,提出了2个适合估算北京地区缺资料条件下ET0的经验公式。     

四川省不同SPEI指数计算方法适用性评价

为探究不同参考作物腾发量(ET₀)算法及相应标准化降水蒸散指数(SPEI)在四川省的适用性,针对四川省3个区域(川西高原、川西南山地和川中盆地),利用34个气象站点1967—2016年的气象资料,以Penman-Monteith(PM)法计算的ET₀为标准,对FAO-24Radiation(FAO-Ra)、Priestley-Taylor(PT)、Makkink(MK)、Hargreaves-Samani(HS)、Blaney-Criddle(BC)、World Meteorological Organization(WMO)、Rohwer(Ro)7种方法的ET₀计算结果进行比较,并选取其中综合表现较好的3种方法进行相应的SPEI计算。通过时间序列分析、误差分析、K-S检验及小波分析等方法,探讨各区域不同ET₀算法下的SPEI适用性。结果表明：7种方法在不同区域计算精度差异显著,在川西高原及川西南山地,PT法均方根误差(RMSE)均在99.11 mm以下,大部分气象站点的相对误差(RE)介于-3.8...