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。     

基于蒸渗仪实测的参考作物蒸散发模型北京地区适用性评价

参考作物蒸散发(ET0,reference evapotranspiration)是计算植被耗水量、分析区域水分平衡、管理水资源的基本参数。由于区域间气象条件的差异,ET0模型在不同地区表现出不同的适用性。蒸渗仪实测是欧美地区评价参考作物蒸散发模型的经典方法,而中国尚少研究,华北地区未见报道。2012年生长季(4-10月),应用自动称重式蒸渗仪实测高羊茅草坪蒸散评价了Penman-Monteith(FAO-56)、Hargreaves-Samani、Priestley-Taylor、Penman-van Bavel模型在北京地区的适用性。在2个蒸渗仪中建植冷季型高羊茅草坪,以获得ET0标准数据。试验地安装Dynamet气象站,自动测量并记录气象数据:空气温度、空气相对湿度、太阳总辐射和高度2m的风速,用于模型计算参考作物蒸散发。应用线性回归与均方根误差(RMSE)、一致性指数(d)2个指标评价模型的预测准确性。研究结果表明,太阳总辐射与月蒸散之间呈现较强的线性关系(R2=0.95,p=2.72×10-7),说明太阳辐射能量是驱动SPAC(soil-plant-atmosphere continuum)系统中水分从植被向大气运动的主要动力。随着时间尺度减小,模型的估算准确度降低。由于模型的输入参数不同,在ET0计算中出现了不同方向的偏差。月尺度上,Priestley-Taylor模型低估,而Penman-Monteith、Hargreaves-Samani和Penman-van Bavel模型高估了蒸散。日尺度上,Hargreaves-Samani模型和Penman-van Bavel模型略微高估了日蒸散,比率分别为1.0167和1.0526;Penman-Monteith模型和Priestly-Taylor模型低估了日蒸散,比率分别为0.8204和0.7593。时尺度上,除了Priestly-Taylor模型全部得出最低的数值,其余模型在不同天气类型下得出不同的计算结果。综合月、日、时3个时间尺度的评价结果,Penman-van Bavel是最准确的ET0计算公式,RMSE分别为0.63 mm/d(月)、1.43 mm/d(日)、0.087mm/h(时),d值分别为0.96(月)、0.89(日)、0.87(时)。Penman-Monteith模型的计算准确性比Penman-van Bavel模型略低,d值为0.73~0.93。     

松嫩平原西部生长季参考作物蒸散发的敏感性分析

为了预测气候变量扰动引起的区域参考作物蒸散发的变化,该文以松嫩平原西部为研究区,运用FAO Penman-Montieh方程计算了34个站点1951～2001年的生长季参考作物蒸散发,并计算其对气温、风速、日照时数和相对湿度的敏感系数,最后分析了敏感系数的时空变化特征。结果表明：参考作物蒸散发对相对湿度最为敏感,其次是气温,最后是风速和日照时数;5～9月,气温和日照时数的敏感系数呈单峰型分布,在7月份达到最高值,风速敏感系数呈单谷型分布,在7月份达到最低值,相对湿度敏感系数的绝对值表现为持续上升趋势;生长季气候变量敏感系数的空间差异性较大。日照时数、气温、风速等3个气候变量的敏感系数都在研究区西南部形成高值区,而相对湿度则在研究区西南部形成低值区,在研究区东北部形成高值区。     

洮河流域潜在蒸散发的气候敏感性分析

潜在蒸散发(ET0)的气候敏感性分析是变化环境下陆表能-水通量过程研究的重要内容,对气候变化背景下区域水文循环和农业水资源有效利用具有重要的理论和实践指导意义。为探讨气候变化对区域潜在蒸散发的可能影响,以洮河流域为研究区,采用Penman-Monteith模式和Beven敏感性公式计算该区ET0及其对关键气候要素的敏感系数,按Sen斜率和Mann-Kendall方法对敏感系数的变幅和显著性进行检验,基于此,对洮河流域ET0的气候敏感性进行了综合分析,并探讨了1981-2010年间该区ET0发生变化的气候原因。结果表明:洮河流域ET0对关键气候因素的敏感性排序为:净辐射相对湿度最高气温最低气温风速,其中,净辐射、最高气温和风速的敏感系数与ET0的相关性较强,特别是前2个要素在敏感性和相关性方面均具有较高系数;1981-2010年间,洮河流域ET0敏感性以净辐射的降低和最高气温的增强为主,净辐射和气温共同造就了洮河流域ET0的增加,且气温占主导。     

基于S-W模型的韩江流域潜在蒸散发的气候和植被敏感性

基于AVHRRNDVI、IGBP土地覆盖分类和气象站观测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型估算韩江流域2000-2006年的潜在蒸散发(PET),结果显示PET不仅受气候条件影响,而且随植被类型及其生长过程而变化。分析PET对气候和植被的敏感性,结果表明:1)PET对植被的类型很敏感,相同气候条件下,不同植被的PET计算结果相差很大,常绿针叶林、农作物和多树草地的多年平均PET分别为1136.6,965.1,563.2mm/a,最大值和最小值相差1倍。2)不同植被覆盖的PET对气候的敏感性不同。常绿针叶林的PET对水汽压最为敏感,明显高于气温和太阳辐射的敏感性,而风速的敏感性可以忽略;农作物的PET除对风速的敏感性较低外,气温、太阳辐射和水汽压的敏感性都较高,最为敏感的是气温;多树草地的PET同样对气温最为敏感,水汽压、风速和太阳辐射的敏感性也都比较高,而且很接近。3)各种植被覆盖的PET对叶面积指数(LAI)都有一定的敏感性,但都小于气象因子(风速除外)的敏感性;不同植被覆盖的PET对LAI的敏感性也不同,多树草地的PET对LAI最敏感,其次是常绿针叶林,再次是农作物。     

渭河流域潜在蒸散发时空演变与驱动力量化分析

潜在蒸散发（ET0）是水文循环和能量循环的重要组成部分,揭示ET0的时空演变特征及其对气候变化的响应,有助于进一步了解变化环境下水循环演变机理。该研究利用渭河流域16个气象站1960－2019年的逐日气象资料,基于FAO-56 Penman-Monteith（FAO-56 PM）公式计算ET0,采用线性倾向估计、趋势检验和插值方法对其时空变化特征进行分析,并基于敏感性分析和贡献率定量识别影响ET0变化的主导因子。结果表明：1）年尺度上,渭河流域气压（0.04 kPa/10a）和平均气温（0.30 ℃/10a）呈显著上升趋势,风速（?0.05 m/（s·10a））和日照时数（?18.79 h/10a）呈显著下降趋势,相对湿度（?0.32%/10a）呈不显著下降趋势;2）年ET0以2.51 mm/10a的速率呈不显著上升趋势,除夏季外,其余季节ET0呈上升趋势,其中春季ET0呈显著上升趋势;空间上,年ET0自东北向西南递减,变化范围为763.49～954.32 mm;3）年ET0变化的主导因子为相对湿度与风速,贡献率分别为2.36和?2.32;季尺度上,春、秋季ET0变化的主导因子为相对湿度,夏季为日照时数,而冬季为风速。研究结果可为区域制定合理的作物需水灌溉政策及实现水资源高效利用提供依据。     

基于遥感蒸散发的区域作物估产方法

灌区作物产量估算对农业用水效率评价和灌区水分管理具有重要意义。该研究以干旱区代表性灌区-内蒙古河套灌区主要农作区为研究对象,基于遥感蒸散发模型HTEM和遥感作物识别结果获取河套灌区玉米生育期日蒸散发量。选取Jensen模型、Blank模型和Stewart模型3种常用水分生产函数模型,建立河套灌区玉米估产模型,并分析各估产模型的适用性及其参数。结果表明,研究区玉米生育期多年平均蒸散发量约为526 mm。3个模型均有较高的估产精度,其中Stewart模型的产量模拟精度最高,相对误差为4.30%,相关系数为0.75。因此,Stewart模型在河套灌区具有更好的适用性,基于遥感蒸散发模型、遥感作物识别模型和作物水分生产函数模型建立灌区作物估产模型可以取得良好的模拟效果。     

黄土高原沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应

为研究黄土沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应,基于黄土沟壑区小流域刺槐、侧柏、油松样地实测蒸散发数据,借助Hydrus-1D软件构建了黄土沟壑区刺槐、侧柏及油松植被蒸腾与土壤蒸发的模拟模型,使用修正Morris法对模型参数敏感性进行分析,结果表明：>40～100 cm土壤孔径分布参数（n2）,>40～100 cm土壤饱和体积含水率（θs2）,0 cm土壤田间持水率（θf）,根系吸水最适水势上阈值（h1）,根系吸水最适土壤水势下阈值（h2）,植物出现永久凋萎时的土壤水势（h3）,消光系数（μ）,截留模型经验参数（a）等参数对植被蒸腾影响较大,植被生理特征相关参数h1,h2,h3,μ,a的不同是造成树种间蒸腾量出现差异性的重要原因。选取2015年试验观测数据对模型进行率定,2016年试验观测数据对模型进行验证,土壤含水率及土壤蒸发的Nash-suttcliffe模拟效率系数（Ens）均在0.700以上。采用率定后的模型对预设情景下的蒸散发量进行模拟,结果表明：未来及不同水文年气候特征对刺槐蒸腾的影响程度大于蒸发,对侧柏和油松而言,则正好相反。所有气候情景下,刺槐、侧柏、油松的蒸腾量分布在128.8～282.6、99.3～200.3和140.5～220.5 mm,蒸发量分布在94.6～135.4、116.5～187.3和123.8～212.5 mm,蒸腾量与蒸发量均表现为丰水年＞平水年＞枯水年。3个树种蒸腾量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：刺槐＞侧柏＞油松,并且,同一时期内,在丰水年及平水年,刺槐蒸腾量最大,在枯水年,油松蒸腾量最大。3树种蒸发量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：油松＞侧柏＞刺槐。生长季降雨量对于同期蒸腾量与蒸发量的影响明显强于温度的影响,其与蒸腾量、蒸发量之间均呈极显著（P<0.01）线性关系。     

贵州省地表蒸散发时空变化及其与气候因子的关系

探究贵州省地表蒸散发(E T)时空特征及气候变化对其的影响,对理解气候变化和水资源的关系具有重要的意义.基于2000—2014年的M OD16A2/ET产品和气象站数据,综合运用单相关、偏相关和复相关分析法,分析了研究区ET的时空变化特征及其与气候因子的关系.研究表明:(1)蒸发皿观测值折算所得的实测ET与MOD16/...     

近20年内蒙古干旱时空动态及其对气候、蒸散发变化的响应

为实现对内蒙古旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),采用趋势分析、R/S分析方法,探究了内蒙古2001—2020年TVDI时空变化特征及降水、气温、蒸散发对TVDI的影响。结果表明:(1)20 a间内蒙古TVDI以每年0.000 9速率减小,且在2007年、2010年和2013年大范围出现重旱。春、夏、秋、冬季TVDI分别以每年0.000 5,0.001 8,0.001 3,0.000 07速率减小。(2)春、夏、冬季未来一段时间大部分区域TVDI将呈增加趋势,秋季大部分区域将呈减小趋势。(3)春、夏、秋季TVDI与降水和气温均以负相关为主; 冬季TVDI与气温、降水均以正相关为主。春、冬季ET与TVDI为正相关性; 夏季TVDI与ET从西南向东北相关性从正逐渐过渡为负; 秋季TVDI与ET以负相关为主。研究表明近20 a内蒙古干旱程度有所缓解,但未来干旱程度减缓趋势变小或增加。因此,后期研究应进一步分析月尺度干旱、蒸散发的时空动态,对进一步测量和预测季节性蒸散发和干旱如何联合影响内蒙古生态环境和经济发展具有重要意义。     

近48年新疆夏半年参考作物蒸散量时空变化

利用新疆101个气象站1961-2008年夏半年（4-9月）逐月气候资料,在采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算出各站逐月参考作物蒸散量的基础上,使用气候倾向率、累积距平、t检验、Morlet小波、相关分析和Kriging插值技术等方法,对新疆近48a夏半年参考作物蒸散量时空变化特征及其气候成因进行了探讨。结果表明：（1）新疆夏半年平均参考作物蒸散量为942.5mm,在空间分布上呈现＂南疆大于北疆、东部大于西部、平原和盆（谷）地大于山区＂的格局。其空间分布与各地气温、日照时数、降水量、平均风速和空气相对湿度具有较好的对应关系,表现为,气温高、风速大、日照充足、降水少、空气干燥的区域,夏半年参考作物蒸散量较大,反之,蒸散量较小。（2）1961-2008年新疆夏半年参考作物蒸散量与同期日照时数、平均风速呈显著的正相关,与降水量、空气相对湿度为显著的负相关,与平均气温的相关关系虽不显著,但两者的年际间波动趋势基本一致。近48a,受气温上升、风速减小、降水量增多、相对湿度增大的综合影响,新疆夏半年参考作物蒸散量总体以20.09mm.10a-1的倾向率呈极显著的减小趋势。（3）突变检测表明,新疆夏半年参考作物蒸散量于1986年发生了突变性的减小,突变后的平均参考作物蒸散量较突变前减少了65mm,减少6.6%。（4）新疆夏半年参考作物蒸散量存在4~5a、12a和准22a的周期性变化,预计未来数年参考作物蒸散量将有增大的趋势。     

太湖典型水稻种植区近50年来气候变化特征及其对浅层土壤温度的影响

根据常熟市 1960—2009 年的气象资料及浅层土壤温度观测资料分析了太湖典型水稻种植区近 50 年来的气候变化特征及其对浅层土壤温度的影响,其中气候变化特征分析包括气候倾向率、气候突变和气候异常年份及年代际分析。结果表明近 50 年来研究区的气候变化特征明显：①研究区气温明显升高;气压、相对湿度、风速及累积日照时数降低;降水量和蒸发量年际间波动较为明显,且各季节的倾向率有正有负;②近 50 年来研究区有 6 个气象要素发生了气候突变,其中最为明显的是平均风速;③近 50 年来研究区各气象要素中出现异常年份最多的为平均相对湿度;异常年份出现次数其次的气象要素是累积蒸发量;异常现象出现最少的气象要素为平均风速;④随着土层深度的增加,平均地温对气候变化的响应逐渐减弱,各季节中平均地温对气候变化的响应在秋季最弱。平均地表温度、平均 5 cm 地温、平均 20 cm 地温与平均气温及平均最高气温、最低气温均存在着显著的相关关系。     

气候变化对新疆红枣种植气候区划的影响

研究气候变化背景下新疆红枣气候区划的变化,对适应气候变化,充分合理地利用农业气候资源,科学制定新疆红枣种植和发展规划,促进新疆红枣产业的持续稳定发展具有重要意义。利用新疆101个气象站1961—2012年的历史气候资料,使用线性趋势分析、累积距平和t-检验以及基于ArcGIS的混合插值法,在对近52年新疆≥10℃积温、冬季极端最低气温和6—7月平均气温时空变化进行分析的基础上,结合红枣气候区划指标,对气候变化背景下新疆红枣种植气候区划的变化进行了分析。研究结果表明:1)新疆≥10℃积温、冬季极端最低气温和6—7月平均气温的空间分布总体呈现\"南疆高、北疆低,平原和盆地高、山区低\"的格局。2)近52年新疆≥10℃积温、冬季极端最低气温和6—7月平均气温分别以62.22℃·d·10a-1、0.551℃·10a-1和0.221℃·10a-1的倾向率呈显著上升趋势,并分别于1997年、1982年和1994年发生了突变。受其影响,1997年后新疆红枣适宜种植区面积增至5.05×105 km2,较之前增加1.20×105 km2,占新疆总面积比例增大7.3个百分点;而次适宜种植区面积缩小4.0×104 km2,占新疆总面积比例缩小2.4个百分点;不适宜种植区面积缩小8.01×104 km2,占新疆总面积比例缩小4.9个百分点。气候变化使新疆红枣适宜种植区面积明显扩大,次适宜和不适宜种植区面积有所减小,这种变化对促进新疆红枣产业的发展具有重要意义。     

新疆地区沙漠化对气候变化的响应与治理对策

运用2000-2011年MODIS NDVI数据监测了新疆地区的沙漠化变化,分析了该区沙漠化对气候变化的响应,并对典型区域沙漠化的主要原因进行了调查和研究。研究结果显示,近10 a来,新疆地区沙漠化整体趋缓,但局部地区沙漠化状况继续加剧;沙漠化对年降水量的变化响应明显,特别是在北疆地区响应十分显著;新疆沙漠化加剧最严重的区域位于南疆盆地的河流中下游;沙漠化类型退化的生态系统主要为草甸生态系统,引起沙漠化的主要原因是水资源利用空间的改变,特别是地下水水位的变化。     

四川地区参考作物蒸散量的变化特征及气候影响因素分析

参考作物蒸散量是估算作物需水量的关键因子,对指导农田灌溉具有重要的现实意义。本文利用1961-2009年四川地区5个盆地站点和5个高原站点的逐日气候资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量（ET0）,分析了当地ET0的日值、月值、季值和年值的变化特征,并采用偏相关分析方法,对影响ET0变化的主要气候因子进行了探讨。结果表明：（1）四川盆地与高原地区参考作物蒸散量的日均值、月均值呈单峰或双峰型曲线变化,有明显的季节特点,最小值出现在冬季,最大值出现在夏季。（2）盆地地区各站点的年ET0呈波动递减趋势,且下降趋势通过了显著性检验;高原地区木里、松潘两站点的ET0呈上升趋势,其他站点呈减少的趋势。（3）四川地区的年、季参考作物蒸散量与日照时数、风速、相对湿度、平均温度、最高温度、最低温度、气压等要素关系密切,但近50a来日照时数的显著下降是导致盆地地区参考作物蒸散量减少的主要原因,风速的变化是导致高原地区参考作物蒸散量变化的主要原因。     

吉林省气候变化与厄尔尼诺的关系

对1909－1997年期间出现的厄尔尼诺年与长春气象资料进行对比分析,指出1949－1980年期间的厄尔尼诺与吉林省低温冷害有密切相关,1981－1997年期间的厄尔诺则与高温有密切相关。由此可见,厄尔尼诺会引起吉林省气候异常,应根据实际情况采取适宜对策。     

辽西北地区气温和降水变化对气候生产潜力的影响

利用辽西北地区23个气象站1961-2010年逐日平均气温和降水量数据,基于Thornthwaite Memorial模型计算其农业气候生产潜力,通过线性趋势分析、MannKendall突变检验等方法对该区域多年平均气温、降水量和气候生产潜力的时间变化趋势及空间分布特征进行分析,研究农业气候生产潜力对气候变化的响应。结果表明：（1）50a来辽西北地区年平均气温气候倾向率为0.28℃·10a-1（P<0.01）,增温极显著,1987年气温发生突变;（2）50a来辽西北地区年降水量呈波动变化,线性变化趋势不显著,空间分布差异大,降水量呈减少趋势的地区占82.6%;（3）辽西北地区气候生产潜力的时空变化特征与降水量变化相似,其时间变化趋势不显著,气候生产潜力下降的区域占全区的43.5%;（4）气温和降水对农业气候生产潜力的影响作用明显,并以降水的影响为主。气温和降水的组合变化,可以解释气候生产潜力变化的95%以上,暖湿型气候对作物生长最有利,冷干型气候对作物生长最不利;（5）50a来,粮食产量与气候生产潜力的相关性不明显,但两者的波动特点相似,其气候利用率逐年代增加,研究区未来仍存在作物可能增产空间。     

新疆红花生育气候条件分析与适生种植气候区划

利用实测资料分析得出新疆主要红花产区≥5℃积温基本符合红花生长的需求,故选用≥5℃积温值作为红花适生种植区划的主导指标;其次实验观测发现红花在苗期温度低则分枝多,花期温度高则花盘大、产量高,灌浆期温度低则籽粒饱满,故将这三个关键生长期的平均气温作为辅助指标。据此进行了红花适生种植气候区划,并提出了充分利用气候资源在南疆种植复播红花的新思路     

气候变化对杭嘉湖地区水稻生育期温度适宜性及生产潜力的影响

在田间试验和实地观测资料的基础上,确定了温度适宜性评价函数和生产潜力计算参数,分析了气候变化对杭嘉湖地区水稻生育期温度适宜性和生产潜力的影响。结果表明,由于气候变化,特别是温度条件的变化,使早稻移栽分蘖期和灌浆成熟期、晚稻抽穗开花期和灌浆成熟期的温度条件有很大改善,4个时期温度适宜性评价的平均值1981～1997年分别比1951～1980年提高了11.1%、5.2%、13.4%和13.2%。除早稻光温生产潜力明显增加外,早稻光能生产潜力和晚稻光能、光温生产潜力均呈下降趋势,但早稻和晚稻光温生产潜力及光能生产潜力比值均呈升高趋势,说明温度条件改善和补偿作用明显。     

气候变化情景下我国水稻产量变化模拟

利用中国随机天气模型将IPCC最新推荐的气候模式HadCM2和ECHAM4与作物模式CERESRICE3．5相连接,模拟了未来4种气候情景下我国主要水稻产区产量的变化趋势。结果表明：（1）未来气候情景下,水稻产量大多表现为不同程度的减产趋势,其中早稻减产幅度最大;地区上以东北地区减产幅度最大。（2）若不取温室气体减排措施,2056年我国水稻产量较2030年减产程度更加明显;即使采取温室气体减排措施,水稻产量下降的趋势也没有大的改变;（3）高海拔地区在未来气候情景下表现出一定的增产趋势。