淮北平原气象因素对裸地潜水蒸发的影响

【目的】理清气象因素对潜水蒸发的影响。【方法】采用五道沟水文实验站62套原状土蒸渗仪及气象场1991─2015年长系列实验资料,分析了潜水蒸发与水面蒸发、气温、降雨及地温的关系,并比较了气象因素对砂姜黑土与黄潮土潜水蒸发量影响的差异。【结果】砂姜黑土与黄潮土地下水埋深为0时的潜水蒸发均比水面蒸发小,且都与水面蒸发呈线性相关关系(R~2>0.9)。潜水蒸发与气温年内变化趋势基本一致,气温对砂姜黑土在地下水埋深小于0.2 m影响较大,大于0.4 m影响较小;对黄潮土在地下水埋深小于1.0 m影响较大,大于2.0 m影响较小。地温是潜水蒸发的能量来源之一,5—8月,潜水蒸发随地温的增加而增大;11月—次年2月,潜水蒸发随地温的增加而减小,而3、4月和9、10月处于转折阶段,规律性不明显。对多年平均月潜水蒸发与地温进行曲线拟合,采用高斯曲线拟合最好(R~2均大于0.9)。【结论】气象因素对地下水埋深浅的潜水蒸发影响明显,且对黄潮土的影响大于砂姜黑土,可用地温计算潜水蒸发。     

基于水面蒸发量及气温因子的潜水蒸发量计算模型研究

[目的]探究不同气象因子对潜水蒸发量的影响.[方法]利用五道沟水文试验站0.3 m2口径的蒸渗仪测定潜水蒸发量,以及气象观测场的相关仪器测定气象数据,选取2006—2015年潜水蒸发量和气象实测数据,分别构建了砂姜黑土和黄潮土基于埋深因子的裸地潜水蒸发量与水面蒸发量、气温单气象因子和双气象因子计算模型.[结果]砂姜黑土...     

砂姜黑土区有无作物生长土壤水与地下水转化关系研究

为研究砂姜黑土区有无作物生长条件下土壤水与地下水的转化关系,采用五道沟实验站蒸渗仪1991-2015年10-5月份小麦生长期及同期裸地不同地下水埋深水平下蒸发和入渗实测资料,分析了不同下垫面条件下潜水蒸发量、入渗补给量和潜水补耗差随地下水埋深变化规律。结果表明:小麦生长条件下,潜水蒸发主要发生在2.5 m以浅,裸地潜水蒸发主要发生在0.4 m以浅,且其均随地下水埋深增加而递减;裸地累积入渗补给量大于小麦地累积入渗补给量,均随地下水埋深增大而减小,裸地与小麦地累积入渗量之间差值随地下水埋深的增大呈先增加后减少趋势,在2～3 m时小麦地蓄水能力最大;在种植小麦条件下,潜水补耗差与地下水埋深呈对数关系,土壤水与地下水转化量的均衡临界埋深为1.62 m,地下水埋深小于1.62 m,潜水消耗起主导作用,地下水向土壤水转化,大于1.62 m,土壤水补给地下水,裸地条件下土壤水与地下水转化量的均衡临界埋深0.2～0.5 m之间。土壤水与地下水的转化受作物和均衡临界埋深共同影响。     

豫东平原潜水蒸发试验研究

为了探讨潜水蒸发规律，为水资源评价提供依据，根据河南省惠北试验站地下水量均衡观测试验场内同一时期不同潜水埋深、不同土质地及有无种植作物的测筒试验，通过对潜水蒸发影响因素及其规律的探讨，得到潜水蒸发与气象因素、地下水埋深、土壤质地影响因素之间的关系。并利用柯夫达公式分别同不同土质下无种植作物的潜水蒸发量。由于考虑因素更多，故比以往用单一值计算潜水蒸发量的精度更高。     

基于原状土与回填土蒸渗仪的潜水蒸发差异性研究

为揭示原状土与回填土潜水蒸发之间的差异性,利用五道沟实验站蒸渗仪2017-2019年冬小麦与夏玉米日潜水蒸发试验数据,对砂姜黑土原状土与回填土2种土壤蒸渗仪作物全生育期潜水蒸发量进行了对比研究.结果表明:冬小麦和夏玉米全生育期原状土与回填土潜水蒸发量存在差异,其中2017-2018年和2018-2019冬小麦日平均潜水...     

清镇市1985—2015年气候变化特征分析与粮食产量相关性

【目的】明确清镇市1985—2015年气候变化特征与粮食产量的相关性。【方法】利用清镇市1985—2015年逐年平均气象数据(风速、海平面气压、降水、平均气温、日照时间、相对湿度、蒸发量),通过M-K检验、小波分析、HP滤波、RDA等方法,分析了气候变化特征及其与产量间的相关性。【结果】气温升高极显著,1994年、1997年出现突变,其他因子呈降低或减少趋势,日照时间突变最频繁;各因子振荡周期不一,变化周期以28 a最突出,目前除气温处于偏高期外,其他因子均处在偏低期;气候变化对粮食产值的影响有正有负,正影响最大值出现在2009年,在1990年和2011年负作用力达到最大。【结论】Monte Carlo Test表明,气候因子均与产量之间显著相关(P<0.05),粮食产量的43.3%能被选取的气候因子解释,气候产量与降水量、气温以及相对湿度正相关,与风速、海平面气压、蒸发量、日照时间负相关。     

黄河三角洲地区蒸发量时空特征及预测模型

【目的】研究黄河三角洲地区蒸发量特征,为该地区水资源利用等提供合理参考。【方法】利用黄河三角洲地区蒸发量资料,采用气候统计方法及GIS系统,探究黄河三角洲地区蒸发量时空特征,探明蒸发量与气候因子之间的关系并建立预测模型。【结果】(1)黄河三角洲地区春季、夏季和年蒸发量呈显著下降趋势;秋季和冬季蒸发量呈不显著上升趋势。蒸发量空间分布大致上均由东北向西南递减。(2)黄河三角洲地区蒸发量变化具有明显的周期性特征。春季蒸发量主循环周期为10 a;夏季蒸发量主循环周期为10 a和5 a;秋季蒸发量主循环周期为13、6 a和3 a;冬季蒸发量主循环周期为10～11 a和5～6 a;年蒸发量主循环周期为10 a。(3)黄河三角洲地区年蒸发量与年降水量、年日照时间、年平均风速、年平均云量和年平均气温日较差显著相关,与年平均气温相关性不显著。各季节蒸发量与各季节降水量、日照时间、相对湿度、云量及气温日较差显著相关,与其他因子相关性各有不同。(4)黄河三角洲地区相对湿度对各时段蒸发量影响效果均显著,风速对春季、夏季、冬季蒸发量的影响均显著,气温对春季和夏季蒸发量影响显著,日照时间对年蒸发量的影响效果明显,...     

冻结作用下潜水蒸发的室内试验研究

潜水蒸发是地下水的主要消耗项,冻结期潜水蒸发还会加剧土壤盐渍化,为了揭示土壤粒径和冻结气温对潜水蒸发的影响,在室内通过人为控制冻结气温对潜水位埋深0.5 m的土柱进行单向冻结试验,研究了冻结气温降低过程中3种粒径(0.19、0.35、0.73 mm)土壤中的潜水蒸发规律。结果表明:土壤粒径越小,潜水蒸发速率越快,累积潜水蒸发量越大,冻结气温变化对土壤中潜水蒸发的影响效果也越明显,整个冻结过程中,A、B、C 3种土壤的最大累积潜水蒸发量分别为324、280、232 mm。冻结过程中累积潜水蒸发量与冻结时间较好的符合对数方程的关系,且土壤粒径越小,拟合效果越好。研究成果对于科学评价地下水资源和预防土壤盐渍化具有重要的指导意义。     

气候变化背景下榆林市参考作物需水量多时间尺度特征分析

【目的】研究气候变化背景下榆林市参考作物需水量的多时间尺度变化特征及其与各气象因子的相关性,便于衡量气候变化背景下榆林市水热资源的演变特征。【方法】根据榆林气象站1959—2014年逐日气象资料(平均地表温度、平均气温、蒸发量、平均气压、平均相对湿度、日照时间和平均风速等),采用彭曼公式、Mann-Kendall突变检验、小波分析及相关分析法研究了榆林市参考作物需水量多时间尺度变化特征。【结果】1959—2014年榆林站全年及四季参考作物需水量均呈增加趋势,线性倾向率分别为30.7、11.4、6.7、5.7、6.9 mm/10 a。全年参考作物需水量突变年份为1995年,春、夏、秋三季参考作物需水量均在1998年发生突变,冬季在1989年发生突变;全年及四季参考作物需水量的第一主周期分别为26、28、27、28、26 a,第二主周期分别为8、7、9、8、4 a,第三主周期分别为4、2、4、4、12 a;参考作物需水量与平均相对湿度、日照时间、平均气温、平均风速以及年平均地表温度的相关系数分别为-0.128、0.223、0.935、0.271、0.940。【结论】榆林站1959—2014年不同时间尺度的参考作物需水量均呈增加趋势,平均气温、日平均地表温度是影响榆林气象站ET_0的主要因素。     

基于溴离子示踪的干旱地区潜水蒸发规律研究

【目的】定量研究干旱地区潜水蒸发规律。【方法】以河套灌区义长灌域为研究区,采用人工示踪剂溴离子示踪法研究了盐荒地潜水蒸发规律,通过获取试验期间研究区内6个试验点不同土层深度土壤溴离子质量浓度、含水率、含盐量数据,分别利用化学示踪法、水均衡法及经验公式法计算了潜水蒸发量,对比了3种方法的结果及适用性并分析了潜水蒸发量与不同土质、不同土壤含盐量的关系。【结果】利用溴示踪方法得到研究区7月6日—8月18日潜水蒸发总量为35.20 mm,平均潜水蒸发系数为0.28;水均衡法所得结果为32.29 mm,与示踪法所得结果的相关系数达到0.96;由于研究区域土壤异质性强,且干旱区水文地质资料较为匮乏,经验公式法参数获取难,水均衡法所需实测资料多,在研究区适用性不高。而溴示踪法操作简单、经济实用,适用性强,较其他2种方法更为可靠。研究区潜水蒸发量随黏粒质量分数的增加而不断减小,二者之间的相关系数达到了0.80,尤其当土壤中存在黏土夹层时,将降低潜水蒸发速率。【结论】研究区土壤含盐量的变化量随潜水蒸发量增加而不断增加,表明盐荒地强烈的蒸发作用是造成耕地与荒地水盐交换的驱动力,直接影响灌区的水循环过程。     

1968―2018年民勤地区参考作物需水量的年际变化特征及相关气象影响因子研究

【目的】研究民勤地区作物需水量的主要影响因子。【方法】基于民勤地区1968―2018年气象数据,利用Penman-Monteith公式计算了不同时间尺度的平均参考作物需水量ET0,分析ET0变化趋势,并与气象因子变化趋势进行相关性拟合。【结果】1968―2018年民勤地区年平均参考作物需水量呈波动上升趋势,最低值为1968年的3.15mm/d,最高值为2013年的3.72 mm/d,且参考作物需水量的上升趋势是从2003年开始最为明显;参考作物需水量与年平均最高气温、年平均最低气温、年平均气温、年平均相对湿度、年平均日照时间以及年平均风速的相关性比较显著,与降雨量和净辐射相关关系不显著。【结论】民勤地区的干旱状况目前处于平稳期,年平均最高气温和年平均相对湿度是导致民勤地区参考作物需水量年际变化的最主要的气象因子。     

五道沟地区“蒸发悖论”及成因探析

【目的】探讨五道沟地区"蒸发悖论"及成因探析。【方法】以位于五道沟地区的五道沟实验站气象场1970―2017年实测数据为背景资料。对蒸发量的年际变化趋势进行分析与预测,对其影响因素(风速、温度、日照时间、水汽压力差、降雨量、相对湿度)应用线性趋势法进行定性分析,应用熵值法进行综合评价,并深入探讨蒸发皿蒸发量趋势变化的成因。【结果】1970―2017年蒸发量呈明显下降趋势,下降速率为8.7 mm/a,运用灰色系统中的GM(1,1)模型与Verhulst模型对蒸发量的年际趋势进行预测,结果表明GM(1,1)模型预测效果更好。蒸发量与各气象要素的相关关系:风速、日照时间与蒸发量呈正相关关系,气温、相对湿度、降雨量与蒸发量呈负相关关系。1970―2017年间气温每10年平均升高0.25℃,水面蒸发每10年平均下降86.9 mm,该区存在"蒸发悖论"现象。线性趋势法与熵值法对各影响因素分析结果一致:风速>气温>相对湿度>日照时间>降雨量>水汽压力差,表明在全球气候变暖的大背景下,风速下降、相对湿度增加和日照时间减少是该区"蒸发悖论"现象的主要因素。日照时间的下降可能是气溶胶含量增多造成的;风速的下降可能与城镇化发展有关,风速减弱可能会引起气溶胶增多;相对湿度的增加,会导致日照时间的减少。【结论】五道沟地区"蒸发悖论"的成因可能是气溶胶量的增加,太阳辐射减少,蒸发量下降。     

花后浅地下水埋深对小麦高光谱特征的影响及叶绿素估算模型

江汉平原春季雨水较多,小麦中后期易受渍害。【目的】将高光谱遥感技术应用于渍害监测,为渍害监测提供一种无损、快捷的诊断方法。【方法】在小麦花后设置不同地下水埋深(0、20和40 cm)处理,分别于处理后8、17、28 d监测小麦冠层光谱反射率和旗叶叶绿素量,分析了小麦花后浅地下水埋深对冠层高光谱特征的影响,并建立了叶绿素高光谱估算模型。【结果】小麦花后0 cm、20 cm地下水埋深持续17 d左右时,小麦冠层反射光谱中蓝紫光波段与红光波段形成的2个吸收谷比40 cm的平坦,而2个吸收谷之间的反射峰变陡,红边位置发生蓝移,且地下水埋深越浅,持续时间越长,2个吸收谷越平坦,蓝移位移越大。浅地下水埋深胁迫小麦旗叶叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素(Chl(a+b))量分别与红边位置(λr)、红边偏度(Sr)以及红边峰度(Kr)呈线性、线性和一元二次曲线关系。选取λr、Sr、Kr三个特征因子作为网络输入层建立BP神经网络模型估算浅地下水埋深胁迫小麦旗叶Chla、Chlb、Chl(a+b)量,建立的模型其拟合精度高(决定系数R2分别为0.842 5、0.700 2、0.850 8、均方根误差RMSE分别为0.146、0.048、0.173)。【结论】以λr、Sr、Kr为输入层建立的BP神经网络模型可以作为估算浅地下水埋深胁迫小麦旗叶叶绿素量的高光谱估算模型。     

灌区渠系引水量及气象因素变化对地下水埋深的研究

为了研究渠系引水量以及气象因素与地下水埋深之间的联系,以河套灌区为研究对象,通过描述性统计分析方法,建立起引水量———地下水埋深、水面蒸发量———地下水埋深关系图。结果表明：在生育期内（4月-11月）,引水量、蒸发量与地下水埋深的区域整体变化趋势较好,相关性显著。因此,充分研究出引水量、水面蒸发量对地下水埋深的关系,将对于灌区地下水的合理开采与配置以及灌区全面实施节水改造工程具有重要的意义。     

青铜峡灌区地下水埋深演变及驱动要素贡献率解析

【目的】定量分析青铜峡灌区地下水埋深演变规律及影响因素,科学指导灌区合理调控地下水位,维持水系统健康平衡。【方法】采用水量平衡法分析了青铜峡灌区1998—2017年地下水时空演变特征及地下水补排平衡贡献率。【结果】1998—2017年青铜峡灌区地下水埋深增大了0.69 m,增加速率为0.038 m/a,年内地下水埋深呈双峰双谷特征,空间上银川灌区地下水埋深增大明显,银川市区和银北灌区的大武口区形成大漏斗区。年际地下水变化的主要影响要素依次为渠系渗漏补给(39.71%)侧向排泄(28.24%)潜水蒸发(14.16%)田间入渗补给(7.46%);4—8月和11月渠系渗漏补给对地下水变化贡献最大(45.33%),9—10月和12月地下水侧向排泄是地下水变化第一驱动因素(45.6%);空间上,水位变化的第一驱动要素均为渠系渗漏补给,第二驱动要素各有不同,银川、银南和河东灌区为侧向排泄,银北灌区为潜水蒸发。【结论】引黄水量持续减少是青铜峡灌区地下水埋深增大的最主要原因,而合理的地下水埋深对于维持灌区的生态平衡具有重要意义。     

基于高分卫星的冬小麦长势监测及驱动因素分析

【目的】冬小麦作为我国第二大粮食作物,掌握其长势情况对于保障我国粮食安全具有积极意义。【方法】首先基于Sentinel-2影像,利用随机森林的方法提取研究区2018—2020年冬小麦种植的空间分布,并利用高分影像提取分析了冬小麦种植区域内2018—2020年在返青期、起身拔节期、孕穗抽穗期、开花期的长势变化情况,之后将冬小麦长势变化分为长势较好、长势持平、长势较差3个等级进行对比分析;其次利用地理探测器对典型年份（2018年）的冬小麦长势监测结果与气温、降水量、坡度、坡向、高程、土壤类型、土壤湿度、日照时间、人口密度、乡村劳动力资源、GDP这11种驱动因子进行因子探测和交互探测,定量解释了影响冬小麦长势差异的原因。【结果】对比3 a冬小麦长势情况,2020年冬小麦在返青期与起身拔节期长势较好,面积占比为90%以上,而在孕穗抽穗期长势较差,面积占比为20%以上,在开花期长势持平,面积占比约80%。对冬小麦长势解释力较高的驱动因子的排列顺序为：乡村劳动力资源数>土壤湿度>降水量>气温>日照时间,各驱动因子之间的交互作用表现为双因子增强或非线性增强。【结论】冬小麦的长...     

基于灰色关联分析-BP神经网络的冻融土壤蒸发预报模型

根据冻融期气象资料和土壤蒸发量实测资料,利用灰色关联分析与BP神经网络相结合的方法,对冻融期大田土壤蒸发量进行了模拟预报。采用灰色关联度方法分析了影响冻融土壤蒸发的9个因子的关联度,确定了降水量、日平均气温、水面蒸发量、地表土壤温度和地表土壤含水率5个主要因子,并将其作为冻融土壤蒸发量预报模型的输入层进行模拟预测。结果表明:模型预测值与实测值的平均相对误差为9.9078%,决定系数为0.93,所建模型合理可行,可较好地用于冻融土壤蒸发预报。     

灌水器埋深对红壤区涌泉根灌双点源入渗水氮运移的影响

【目的】研究红壤区涌泉根灌双点源入渗土壤水氮运移分布规律,为提高涌泉根灌水氮利用效率和灌水器合理埋深提供理论依据。【方法】在大田通过灌水器埋深分别为30、45、60cm的硝酸铵钙溶液入渗试验,研究了灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移特性的影响,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋运移距离与入渗历时的关系模型。【结果】灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,红壤累计入渗量和稳定入渗率分别为18.84 L和0.035 cm/min、17.09 L和0.031 cm/min以及14.37 L和0.024 cm/min,即灌水器埋深越大,土壤的累计入渗量和稳渗率就越小,且累计入渗量与入渗历时之间均符合幂函数关系;灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,交汇入渗发生的时间分别为168、187和197 min,交汇发生时间增幅依次为10.16%和5.56%,湿润锋运移距离随埋深的增大而减小,运移距离与入渗历时之间均符合对数函数关系,且竖直向下的运移距离均大于竖直向上;土壤含水率均随着土层深度的增加而先增加后减小,对于同一土层,灌水器处土壤含水率最大,其次为交汇面处,而距离灌水器12.5cm处土壤含水率最小;土壤铵态氮和硝态氮均随土层深度的增加而先增加后减小,在水平方向,距离灌水器越近,铵态氮的质量浓度越大,对于硝态氮而言,灌水器埋深不同,硝态氮的分布存在明显差异。【结论】灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗红壤的水氮运移分布均有显著影响,且埋深超过60 cm时,氮肥淋失风险较大,且对作物吸收不利。     

青铜峡灌区排水沟—地下水水化学特征及转换关系分析

【目的】分析青铜峡灌区浅层地下水与排水沟的水化学和同位素特征,揭示地表水与地下水之间的转换。【方法】综合运用数理统计、Gibbs模型、Piper图、Schoeller图、阳离子交替吸附作用图等方法,系统分析排水沟水及周围浅层地下水的水化学特征,探讨排水沟与周围浅层地下水的转化关系。【结果】排水沟水总体呈弱碱性或碱性,TDS在休灌期大于灌期;浅层地下水TDS在休灌期和灌期差别不大,但都明显大于排水沟。排水沟和浅层地下水阳离子：Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺,阴离子：Cl^->SO₄^2->HCO₃^-。排水沟附近的浅层地下水离子浓度垂向上的差异大于水平方向上的差异。排水沟和浅层地下水的δ¹⁸O和δD在灌期和休灌期差异都不明显,30 m深度浅层地下水同位素贫化明显。【结论】排水沟与浅层地下水的水化学组分受蒸发浓缩和岩石风化作用的控制,同时受混合作用...     

CMADS数据集在呼兰河流域的适用性评价

【目的】探究中国大气同化数据集(CMADS)在呼兰河流域水文模拟的适用性。【方法】对CMADS与传统水文站降水、气温数据的精度及时空分布特征进行分析,构建CMADS与传统水文站2种气象数据驱动流域有、无水库控制水系情景下的SWAT模型,同时使用SUFI-2算法以月值实测断面径流数据为准进行模型参数的率定和验证,评价该数据集作为气象驱动数据的适用性及对传统水文站数据的可替代性。【结果】(1) 2种气象数据具有较强的线性相关性和对应关系,且时空分布特征相似,年内变化趋势一致。(2)在无水库呼兰河干流水系,CMADS数据驱动的模型率定期R²=0.92、NSE=0.91、PBIAS=18.53%,验证期R²=0.94、NSE=0.96、PBIAS=10.51%;在有水库通肯河水系,模型在率定期R²=0.89、NSE=0.82、PBIAS=12.79%,验证期模型R²=0.93、NSE=0.86、PBIAS=12.03%,模拟结果均达到径流模拟评价标准。【结论】CMADS+SWAT模型比传统水文站在呼兰河流域...