河南省参考作物蒸散量时空分布特征及主要成因分析

根据1951—2016年河南省10个典型气象站点逐日气象资料,利用Penman-Monteith模型计算了参考作物蒸散量,通过Mann-Kendall检验、克里金插值分析、通径分析等方法,对河南省近66 a参考作物蒸散量的时空变化特征及主要影响因素进行了分析.结果表明:河南省整体ET_0随年际变化呈下降趋势,降幅约为1.37 mm/a,其中安阳、洛阳、郑州、商丘、许昌、宝丰、西华和驻马店等地ET_0下降趋势显著;河南省ET_0曾在20世纪80年代初期经历了由高至低的突变,降幅约为62 mm/a;近66 a来,河南省年参考作物蒸散量介于917~1 007 mm之间,中部地区即郑州市南部、许昌市西北部参考作物蒸散量较大,而在东南部即西华、宝丰、商丘和驻马店,参考作物蒸散量较小;突变前后ET_0空间分布差异显著,且四季ET_0空间分布差异明显,其中春季和夏季分布特征与全年分布较为接近;对ET_0构成主要影响的气象因子排序依次为风速、日照时数、平均相对湿度和平均温度;风速、日照时数和平均温度与ET_0呈正相关,平均相对湿度与ET_0呈负相关.该研究可为河南省农田水分管理提供科学依据.     

2000—2013年北部湾海岸带蒸散量时空动态特征

基于北部湾海岸带2000—2013年MOD16蒸散发(ET)数据和植被类型数据,借助于Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等数理统计方法对海岸带蒸散量的时空变化特征进行定量分析,并在此基础上对蒸散量的未来变化趋势进行预测。结果表明:时间尺度上,2000—2013年北部湾海岸带蒸散量呈波动增加趋势,增速为1.41 mm/a,高于广西桂南地区,海岸东岸蒸散量增速快于全区,而丘陵地区和海岸西岸地区增速慢于全区。季节蒸散量由大到小排序为:夏季(111.88 mm)、秋季(93.45 mm)、春季(85.57 mm)、冬季(47.98 mm),分别占年内蒸散量的33.01%、27.58%、25.25%和14.16%;空间尺度上,蒸散量自东北—西南中心线呈现海岸带西岸年均蒸散量高于海岸带东岸,东南地带年均蒸散量达到全年最小值的态势,ET_sen趋势度介于-50.93~51.76 mm/a,海岸带蒸散量在空间上呈现出减小的趋势;空间波动性上,海岸带蒸散量的变异系数较大,其值介于0.02~0.39。海岸带中部以及东南部蒸散量处于高波动状态,而海岸带西岸和西北部处于低波动状态,其中合浦县的南流江三角洲蒸散量的波动性最大;未来变化趋势上,海岸带蒸散量Hurst指数的范围为0.25~0.93,平均值为0.68,呈现单峰右偏分布,Hurst指数反持续序列(7.58%)小于持续性序列(92.42%),说明研究区ET未来变化呈持续性减小的趋势。     

气候变化对黄河流域农业需水的影响评价

分析气候变化对农业需水的影响,有助于科学制定灌溉需水定额和保障农业用水安全。选取黄河流域西宁、若尔盖、兰州、银川、呼和浩特、西安、太原、孟津和泰安等9个代表站,利用1951-2010年的逐月气象资料,采用彭曼公式计算多年平均作物蒸散量,分析黄河流域参考作物蒸散量时空分布变化规律,以冬小麦为代表性作物定量评价单气象要素（温度）变化对农业需水的影响程度。结果显示：多年平均参考作物蒸散量自西向东从2.49mm/d增加至3.94mm/d,若尔盖地区最小,泰安最大;温度增加1～2℃,黄河流域多年平均参考作物蒸散量增加0.1～0.5 mm/d,增幅为3.45%～16.9%,增幅最大的为泰安站;对冬小麦而言,温度增加1～2℃,需水量增加0.1～0.55 mm,增幅最大为泰安站,增幅为11.38%~15.63%。研究结果可为区域农业灌溉和水资源高效利用提供参考依据。     

1960-2019年河南省参考作物蒸散量时空演变与成因分析

基于河南省17个气象站1960-2019年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型、M-K检验和Morlet小波分析等方法分析河南省参考作物蒸散量(ET0)时空变化特征及其影响因素.结果表明:1960-2019年河南省ET0平均值为1050.11 mm/a,以-14.81 mm/10a的倾向率呈下降趋势,1...     

Hargreaves法在岷江源区适用性及未来参考作物蒸散量预测

本文利用岷江源区1961-2010年逐日气象数据,采用FAO 56 Penman-Monteith和Hargreaves公式计算参考作物蒸散量,并以FAO 56 Penman-Monteith为标准对Hargreaves公式适用性进行评价,通过对Hargreaves公式转换系数C_0进行修正,建立基于月尺度的参考作物蒸散发公式,结合RegCM4.0区域模型生成的温度数据,对未来(2011-2099年)研究区参考作物蒸散发量变化进行预测。研究结果表明:通过通径分析发现,在岷江源区气温是影响参考作物蒸散量最重要的气象因子,采用基于温度法的参考作物蒸散发公式具有理论依据;采用未修正的Hargreaves公式明显高估了该区域参考作物蒸散量,特别是在雨季4-10月;修正后的Hargreaves公式绝对偏差与相对偏差显著减小,与FAO 56Penman-Monteith月值之间均方根误差RMSE为3.76mm、效率指数EF为0.39、可决系数CD为0.84,吻合系数d为0.8,能够满足研究区参考作物蒸散发估算精度;在未来气候变化情景下岷江源区参考作物蒸散量总体呈增加趋势,气候倾向率为5.6mm/(10a)。     

干旱区制种玉米农田蒸散研究

在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的制种玉米农田蒸散研究观测点,以气象观测资料为基础,采用波文比能量平衡法(BREB)和参考作物蒸散量作物系数法(ET0Kc)对制种玉米的蒸散进行了计算。结果表明,在一个完整的生长期内,利用波文比能量平衡法得到的蒸散量为513.2 mm,日均3.2 mm/d,用参考作物蒸散量作物系数法得到的作物蒸散量为486.2 mm,日均3.1 mm/d,2种计算方法得到的蒸散量总值差别小。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明,试验地在不同生长阶段,ET变化剧烈,生长初期、发育期、中期、末期分别为2.3、2.9、4.1和3.0 mm/d,其蒸散量分别约占全年蒸散总量的13%、22%、50%和16%。ET月变化显示,4月和5月维持在一个较低水平,平均为2.1-2.3 mm/d;6月剧烈增加到3.6 mm/d;7月达到最大,平均为4.6mm/d;8月蒸散有所降低,为3.3 mm/d;9月,随着作物进入生长末期,蒸散急剧减小到2.8 mm/d。     

基于GIS的水量平衡模型在黄土高原地区土壤水分模拟中的应用

应用修正后Vrsmarty水量平衡模型对黄土高原地区2001-2010年间的土壤水分变化规律进行模拟。该模型综合考虑了土壤质地、植被类型、蒸发、降水等因素。模拟结果表明:黄土高原地区平均土壤水含量年内呈"正弦"曲线的变化规律,6月份土壤水含量最低为36.9mm,随着雨季到来,10月达到最高为74.3mm,而后逐渐降低。土壤水变化趋势可分为西北和东南两个区。西北区降雨量少,蒸散量大,全年土壤水含量很低,为1～40mm;东南区受降雨和蒸散周期性的变化的影响,土壤水变化周期性明显,秋末最高达200～240mm,夏初最低为60～100mm。全区的年平均降水为435.8mm,从东南向西北逐渐减少。全区年平均参考作物蒸散量为1 072.7mm,呈现出西北和东南偏高,东北和西南偏低的趋势。     

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.     

基于SDSM模型的新疆车尔臣河流域ET_0变化模拟

区域蒸散量预测对精准灌溉预报与农田水分管理意义重大。利用新疆车尔臣河流域且末气象站1961-2013年逐日气象资料,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量,基于Hadley Centre Coupled Model version 3(Had CM3)的输出和统计降尺度模型分别对A2(高温室气体排放)、B2(低温室气体排放)情景下研究区2014-2099年ET_0进行预测,并对1961-2099年ET_0的演变特征进行分析。结果表明:基准期(1961-2010年)ET_0整体呈现明显下降趋势;与基准期相比,A2、B2情景下2011-2040、2041-2070和2071-2099年研究区ET_0月和年均值都呈增大趋势;A2情景下3个时期ET_0分别增加0.91、1.75和1.33 mm/a,B2情景下ET_0分别增加1.12、1.96和0.61 mm/a。因此,未来研究区ET_0的上升可能导致水资源短缺与季节性干旱进一步加剧,这为研究区水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。     

岷江源区Hargreaves法适用性与未来参考作物蒸散量预测

利用岷江源区1961—2010年逐日气象数据,采用FAO 56 Penman-Monteith和Hargreaves公式计算参考作物蒸散量,并以FAO 56 Penman-Monteith为标准对Hargreaves公式适用性进行评价,通过对Hargreaves公式转换系数C0进行修正,建立基于月尺度的参考作物蒸散发公式,结合Reg CM4.0区域模型生成的温度数据,对未来(2011—2099年)研究区参考作物蒸散发量变化进行预测。研究结果表明:通过通径分析发现,在岷江源区气温是影响参考作物蒸散量最重要的气象因子,采用基于温度法的参考作物蒸散发公式具有理论依据;采用未修正的Hargreaves公式明显高估了该区域参考作物蒸散量,特别是在雨季4—10月;修正后的Hargreaves公式绝对偏差与相对偏差显著减小,与FAO 56 Penman-Monteith月值之间均方根误差RMSE为3.76 mm、效率指数EF为0.39、可决系数CD为0.84,吻合系数d为0.8,能够满足研究区参考作物蒸散发估算精度;在未来气候变化情景下岷江源区参考作物蒸散量总体呈增加趋势,气候倾向率为5.6 mm/(10 a)。     

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。     

若尔盖湿地参考作物蒸散量时空演变特征及成因分析

参考作物蒸散量(ET_0)对作物灌溉、水资源评价和气候变化均具有重要意义。利用若尔盖湿地及其周边19个气象站1960—2015年逐日气象资料,根据辐射修正的Penman-Monteith模型计算了湿地ET_0,采用累积距平、Mann-Kendall检验、Pettitt检验、Theil-Sen趋势度、EOF分解等方法分析了蒸散时空演变规律,并采用通径分析研究蒸散变化成因。结果表明:(1)若尔盖湿地年ET_0均值为625.3 mm,并以4.89 mm/10 a的速率显著上升(p0.01),四季ET_0表现为夏季春季秋季冬季。年、秋、冬ET_0分别在1968年(p0.01)、1997年(p0.01)、2003年(p0.1)突变上升,春、夏两季未出现突变。(2)湿地年均ET_0呈南部、东部边缘高、西北—东南一线较低的空间分布特征,且变化速率由东北向西南递减,其中西部班玛以北及南部马尔康、黑水之间地区ET_0呈缓慢下降趋势。(3)ET_0第一特征向量均为正值,说明若尔盖湿地ET_0变化保持高度区域一致性,南、北反向差异和东西、中部反向差异分别为第二和第三空间结构特征。(4)影响若尔盖湿地ET_0的主要气象因子为相对湿度,且能够综合其它因子对ET_0产生作用。近年来若尔盖湿地ET_0的上升主要是因为相对湿度的显著下降,其次是净辐射、平均气温和风速的显著上升。     

中国西南五省参考作物蒸散量时空变化分析

为深入了解中国西南5省ET0演变规律,利用1954—2013年广西、重庆、云南、贵州、四川5个省市119个站点逐日地面气象资料,采用FAO-56推荐的Penman-Monteith公式计算各站点逐日ET0,并使用Mann-Kendall检验、Morlet小波分析和GIS反距离加权插值定量分析ET0时空变化特征。结果表明,1954—2013年西南5省ET0多年平均值为855 mm,波动范围为819~901 mm,年均ET0总体呈下降趋势(倾向率为-1.5 mm/10 a),在春、夏、秋、冬季也均呈下降趋势(倾向率分别为-0.4、-0.7、-0.3、-0.1 mm/10a),分别占全年的26.7%、46.7%、20%、6.6%;西南5省ET0多年平均值分别以26 a、12 a、5 a为第1、第2、第3周期进行“增大-减小”交替变化;1954—2013年,西南5省年均ET0空间分布总体表现为南部大于北部,云贵高原西部和广西地区明显大于四川盆地和云贵高原东部,四川盆地相对最小,川西高原南部和云贵高原东部地区相对最大;西南5省ET0在春、夏、秋、冬季空间分布较高值区分别为云贵高原西部、四川盆地和云贵高原东部、广西地区、云贵高原西部,较低值区分别为四川盆地、云贵高原西部、四川盆地和川西高原东北部、四川盆地和广西地区。     

呼伦贝尔市参考作物蒸散量的时空分布及其气候成因

参考作物蒸发蒸腾量(ET0)是制定作物灌溉制度与灌溉工程规划、设计的重要依据。基于1961-2014年呼伦贝尔市7个典型站点以及其周边隶属于黑龙江省的6个站点的农业气象观测资料,利用国际粮农组织FAO推荐的Penman-Monteith公式计算ET0,采用克里金法进行空间差值,利用MATLAB进行Mann-Kendall检验,采用SPSS对ET0及气候因子进行相关分析。结果表明:(1)呼伦贝尔市作物全生育期及逐月ET0的空间变化趋势呈北低南高之势;ET0随时间推移呈逐月递减趋势,呼伦贝尔市南部地区5月ET0高达158 mm。(2)除东南地区外,全生育期ET0年际间线性趋势与多项式趋势一致,基本呈现上升趋势;除5、6月份生育期内其他月份ET0均有上升趋势。(3)逐月及全生育期ET0突变检验结果均为正值,6月和9月各有两个站点上升趋势显著(UUa)。(4)ET0变化与相对湿度为负相关,与其他气象因子均呈正相关关系,其中气温与水气压是影响ET0最大的两个气象因素。     

金沙江干热河谷区(云南境内)夏玉米需水量的变化特征

选取金沙江干热河谷区(云南境内)9个气象站54 a气象数据资料,采用Penman-Monteith公式计算参考作物需水量,探讨夏玉米需水量的变化特征,分析了气候因素对需水量的影响。结果表明:金沙江干热河谷区(云南境内)1-12月各月平均参考作物蒸散量为56.1～155.2 mm,大部分站点年内变化呈单峰型曲线,巧家、东川呈双峰型曲线;夏玉米全生育期平均需水量为425.07 mm,需水量呈下降趋势,下降幅度为0.584 mm/a;夏玉米各生育阶段均存在不同程度的水分亏缺,在生长中期尤为严重。研究区元谋、东川需水量最大,鹤庆、永胜需水量最小,大部分站点夏玉米需水量呈下降趋势,其中永仁、元谋、巧家、东川下降趋势显著;日照减少是影响夏玉米需水量呈下降趋势的主要因素。     

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。     

基于双作物系数法的新疆覆膜滴灌夏玉米蒸散量估算

为评估双作物系数法计算干旱区部分覆膜滴灌条件下夏玉米蒸散量的可靠性,于2016—2017年在新疆阿克苏地区开展了夏玉米蒸散量测坑试验研究,试验根据定灌水周期（W1、W2、W3）和变灌水周期（W4、W5）共设置5个处理,并分别采用稳定碳同位素法和水量平衡法,对双作物系数模型计算的夏玉米蒸腾量和蒸散量进行了验证。结果表明,双作物系数法计算的蒸散量与水量平衡法测定的蒸散量呈现出较好的相关性,全生育期蒸散量模拟值与实测值的均方根误差在10mm左右。双作物系数法计算的蒸腾量与稳定碳同位素法测得的耗水量亦呈现出较好相关性,模拟值与实测值的均方根误差在20mm左右。通过回归系数（b）、一致性指数（d）及均方根误差〖JP3〗（RMSE）的分析,认为双作物系数法可以估算并区分局部覆膜滴灌条件下干旱区夏玉米蒸散量,且2016年和2017年夏玉米全生育期内估算土壤蒸发量分别占蒸散量的21.33%和23.97%,作物蒸腾量分别占蒸散量的78.67%和76.03%。     

关中地区夏大豆蒸发蒸腾及作物系数的确定

作物系数-参考作物蒸发蒸腾量法是作物需水量计算最普遍采用的方法。作物系数作为该方法的重要参数,它的确定已成为作物需水量研究的关键问题。依据2005-2007年3年田间试验资料,利用Penman-Monteith公式计算了关中地区夏大豆全生育期间参考作物蒸散量,并利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算了作物实际蒸发蒸腾量,由此计算了大豆各生育阶段的作物系数,并分析了大豆作物系数变化规律。结果表明:关中地区大豆全生育期间参考作物蒸散量平均为524.6 mm;大豆作物系数全生育期平均为0.82,在开花~结荚阶段最大,平均为1.22,其次为结荚~成熟阶段,平均为1.05,播种~幼苗最小为0.26;在关中气候背景下,大豆作物系数与大于10℃积温具有较好的二次多项式关系。     

呼图壁县蒸散发遥感反演及其时空变化分析

在水资源日益缺乏的背景下,估算地表蒸散量有利于水资源合理分配与管理,为水资源可持续发展提供依据。利用Landsat 8遥感数据集,在ENVI遥感图像处理软件的支持下,结合气温、风速、气压、日照时数等气象数据,应用SEBS模型估算新疆呼图壁县2013-2015年4-8月的蒸散发量。呼图壁县蒸散量估算结果年内变化呈现先上升后下降的趋势;呼图壁县蒸散量空间变化呈现由北向南不断增大的趋势。利用彭曼公式计算的结果与对SEBS的估算结果进行比较,表明SBES模型估算呼图壁蒸散量的结果是合理的。通过较短时间序列数据获取可视化的蒸散量空间分布,可快速得到呼图壁县域水分消耗的空间分布及变化趋势,为农业节水以及发展精准农业提供基础依据,有利于水土保持。     

三江源地区作物参考蒸散量的时空分布特征变化及未来趋势预测北大核心

基于1979-2014年三江源地区ET_(0)计算值结合NCEP再分析数据建立统计降尺度模型SDSM,通过模型验证发现该方法在三江源地区ET_(0)预测具有较好的适用性;然后通过率定的模型将2015-2100年CanESM5模式中ssp1-2.6,ssp2-4.5和ssp5-8.5情景模式下的预测数据降尺度处理为站点数据,最终分析计算出了三江源地区13个气象站点近36年来作为基准期的ET_(0)变化特征,以及ET_(0)值在未来不同情景下相对于基准期的变化。结果表明:(1)基准期空间分布上呈现南部和东北部高,西北和中部地区低的分布格局,其中年平均ET_(0)为855 mm,以0.043 mm/a的增长率增加;(2)2015-2100年夏季和冬季的季节平均ET_(0)在空间分布上与基准期一致,但春季、秋季都以五道梁为低值区中心,存在低值区范围缩小、扩散的分布变化;年平均ET_(0)在3种情景模式下均呈现显著增长趋势,ssp5-8.5增幅最多,其次是ssp2-4.5,ssp1-2.6增幅最少;(3)ssp1-2.6和ssp2-4.5情景模式下的ET_(0)增量秋季大于春季,与ET_(0)值春季高于秋季的季节分布特征存在差异。总体来看,2015-2100年年平均ET_(0)空间分布特征和基准期保持一致,ET_(0)值均有明显上升趋势,但区域增量存在地区差异,玛多、班玛可能成为未来ET_(0)高值区。ET_(0)的不断上升可能导致区域水资源短缺进一步加剧,干旱发生频率增加,需要加强区域生态需水指标构建、作物气候生产潜力以及干旱分布研究等工作,以便提前做好应对措施。