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。     

重庆地区参考作物蒸散时空特征与气候影响因子

利用重庆地区34个气象站1961-2009年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算了参考作物蒸散量(ET0),并通过GIS空间插值、气候倾向率、Mann-Kendall突变检验等方法,分析了重庆地区ET0的时空变化特征及其气候影响因子。结果表明:在空间分布上,重庆地区参考作物蒸散具有明显的区域差异,总体表现为:自西向东北方向增加,向东南方向减少。年内ET0主要受日照与气温的影响,其变化曲线呈单峰型。49年以来,重庆地区年均与春、夏、冬3季ET0均呈显著下降趋势,秋季的变化特征不明显,日照与风速的显著减小是造成重庆地区ET0呈下降趋势的主要原因。     

利用温度资料和广义回归神经网络模拟参考作物蒸散量

参考作物蒸散量(reference evapotranspiration,ET0)精确模拟对水资源高效利用和灌溉制度制定具有重要意义,该文以四川盆地19个气象站点1961-1990年逐日最高、最低温度和大气顶层辐射作为输入参数,FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算的ET0为标准值,建立基于广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)的ET0模拟模型,基于1991-2014年资料进行模型验证,将GRNN模型同Hargreaves(HS1)和改进Hargreaves(HS2)等简化模型的模拟结果进行比较,分析只有温度资料情况下不同模型模拟ET0误差的时空变异性。结果表明:GRNN、HS1和HS2模型均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.41、1.16和0.70 mm/d,模型效率系数(Ens)分别为0.88、0.13和0.67。3种模型RMSE在时空上均呈现HS1HS2GRNN、Ens均呈现GRNNHS2HS1趋势;与PM模型模拟结果相比,GRNN、HS1和HS2模型模拟结果分别偏大0.8%、45.1%和17.3%。在时空尺度上的误差分析均表明利用温度资料建立的GRNN模型能够较为准确地模拟四川盆地ET0,因此可以作为资料缺失情况下ET0模拟的推荐模型。该研究可为四川盆地作物需水精确预测提供科学依据。     

北方农牧交错带参考作物蒸散量时空变化与成因分析

利用北方农牧交错带46个气象站1961-2013年气象资料,采用Penman-Monteith公式法计算该地区参考作物蒸散量(ET0)、ET0对气象因子的敏感性系数、气象因子对ET0的贡献率,并通过趋势分析、GIS空间插值方法对这些指标的时空变化进行分析。结果表明：（1）北方农牧交错带年ET0平均值在839～1097mm,近53a来以0.21mm · a^-1的速率减小。（2）空间分布上,ET0总体呈现“一高二低”的分布格局：陕北高原为高值区,大兴安岭北部高纬地区、青东农区及陇中片区为两大低值中心区。且陕北高原、陇中及青东农区61%的站点ET0平均以0.85mm·a^-1（P＜0.05）的趋势递增,而吉林西部、科尔沁沙地、辽西地区则呈明显减小趋势。（3）气象因子对ET0的贡献受ET0对气象因子的敏感性和气象因子的相对变化共同影响,其中北方农牧交错带ET0对相对湿度最敏感,其次为平均风速;但近53a来风速呈极显著下降趋势,下降速率达0.0154m·s^-1·a^-1（P＜0.001）,因此,综合分析结果表现为风速对ET0的贡献量最大,说明北方农牧交错带ET0下降主要归因于风速的降低。     

机器学习算法和Hargreaves模型在四川盆地ET0计算中的比较

以四川盆地中部遂宁气象站2001-2010年逐日温度资料和大气顶层辐射（Ra）为输入参数,以FAO-56 Penman-Monteith（PM）模型计算的参考作物蒸散量（ET0）为标准,分别利用广义回归神经网络（GRNN）和小波神经网络（WNN）两种机器学习算法建立ET0模拟模型,并对GRNN、WNN和Hargreaves（HS1）与两种改进的Hargreaves（HS2和HS3）模型的ET0模拟效果进行对比分析,利用2011-2014年数据对各模型模拟精度进行验证,分析仅有温度资料时不同模型在四川盆地的适用性。结果表明：GRNN模型和WNN模型均具有较强的适用性,GRNN模型均方根误差（RMSE）、模型效率系数（Ens）和决定系数（R2）分别为0.395mm×d-1、0.924和0.902,WNN模型分别为0.401mm×d-1、0.911和0.901,且两种模型计算精度均高于HS1（1.05mm×d-1、0.885和0.334）、HS2（0.652mm×d-1、0.892和0.736）和HS3（0.550mm×d-1、0.881和0.812）模型。模型适用性验证进一步表明,GRNN和WNN模型在四川盆地西部和东部也具有较好的适用性,在输入参数中引入Ra能提高模型的模拟精度。因此,GRNN和WNN可以作为气象资料缺失条件下四川盆地ET0计算的推荐模型,且GRNN计算精度高于WNN,可优先选用。     

蒸散量双线性曲面回归模型的改进及验证

潜在蒸散发是水文循环和能量循环的一项重要组成,准确估算蒸散发对农业水资源有效利用具有重要的理论和现实意义。为获得精度稳定可靠的蒸散发估计值同时只需较少的气象资料,以沂沭河上游流域(临沂控制站)为研究区,提出改进的双线性曲面回归模型(bilinear surface regression model,BSRM)计算站点的潜在蒸散量。以实测蒸发数据折算的陆面潜在蒸散量为标准,同时以彭曼公式(P-M)为参考与之对比,检验和评价3种BSRM模型的精度,并分析各气象因子对潜在蒸散量的影响。结果表明:3种BSRM模型中,基于日照百分率、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最高,以基于日照百分率计算的太阳辐射、气温、相对湿度建立的双线性曲面回归模型次之,以基于Hargreaves-Allen方程计算的太阳辐射、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最差。基于日照百分率、气温和相对湿度建立的BSRM模型的模拟精度略优于P-M公式,但所需的气象因子较少,计算方法简单;且受气象因子的变化影响较少,模拟精度稳定可靠,是一种有效的替代方法。     

喀斯特与非喀斯特地区参考作物蒸散量时空变化分析——以广西壮族自治区为例

参考作物蒸散量(ET_0)是确定植被生态系统需水量的关键因子,其时空分布特征及主要影响因素分析对于制定植被恢复策略与区域水资源配置方案具有重要意义。本文基于FAO-56 Penman-Monteith公式和广西地区25个气象站点1960—2010年的逐日资料,计算了各站点的ET_0,在此基础上采用GIS的克里金插值、Spearman秩次相关法和通径分析方法分析了广西喀斯特与非喀斯特地区ET_0的时空变化特征及其影响因子。结果表明,51年来广西各站点多年平均ET_0为1 138 mm×a~(-1);空间分布呈由南向北、由低纬度向高纬度递减的特征,高值区主要分布在非喀斯特地区,低值区主要分布在喀斯特地区。喀斯特与非喀斯特地区年ET_0累积距平曲线均呈"N"型分布;20世纪70年代最高,90年代最低,21世纪以来年ET_0有所回升,但仍低于51年平均值。此外,喀斯特地区ET_0年际变化小于非喀斯特地区。日照时数、风速和平均温度是影响非喀斯特地区年ET_0变化的主要气象因子,而相对湿度则通过与其他气象因子的相互作用间接对喀斯特地区年ET_0的变化产生较大影响。在季节尺度上,日照时数和平均气温在各季节都是ET_0最主要的影响因子,与ET_0呈正相关关系;风速在喀斯特地区冬、春两季对ET_0的间接作用系数为负,在非喀斯特地区并未发现这一现象。了解不同地区ET_0的变化趋势是植被生态需水定额计算的必要措施。     

新疆艾比湖绿洲潜在蒸散量年代际变化特征

潜在蒸散量在研究气候变化、监测农业旱情、提高农业水资源利用率等方面得到广泛应用。为研究新疆艾比湖绿洲潜在蒸散量年代际变化特征,该文使用1960—2013年艾比湖绿洲地区4个气象站点的数据,通过Penman-Monteith公式计算年和季节潜在蒸散量,利用Cramer突变检验分析和相关性分析与贡献率计算其特征变化。结果表明:1)20世纪90年代的潜在蒸散量在研究时间尺度中达到最低,自2000年后开始增加。春季、夏季、秋季的潜在蒸散量与年潜在蒸散量变化趋势一致,冬季无明显变化;2)通过Cramer法检验表明,春、夏、秋潜在蒸散量3季突变时间分别为1999年、1996年、1999年,冬季不存在突变,总体而言,潜在蒸散量突变均出现在20世纪90年代;3)风速是全年及季节潜在蒸散量的主导因素。研究可为艾比湖绿洲区域的水资源科学配置、农业灌溉管理以及脆弱生态环境恢复提供依据。     

54年来和田地区潜在蒸散量的变化特征及影响因素

为了在全球气候变暖的背景下,探讨和田地区干湿状况的变化,为该区水资源的合理利用及保护脆弱的生态环境提供科学依据。应用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,采用Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法分析了潜在蒸散量的变化特征,结合相关性分析探讨了气候因子对其影响强度。结果表明:1960—2013年和田地区潜在蒸散量呈"增加—减小—增加"的变化趋势,年际变化倾向率为-2.74mm/a,总体上呈减小趋势;四季潜在蒸散量表现出夏季春季秋季冬季,均呈减小趋势,其中春季的减小趋势最显著;潜在蒸散量最大值出现在6月,最小值出现在12月;潜在蒸散量在1980年发生一次减少突变,并存在21年的第一主周期和12年的第二主周期;平均风速的减小和降水量的增加是导致潜在蒸散量减小的主要原因。     

华北地区设施茄子蒸散量估算模型及作物系数确定

构建华北地区设施茄子蒸散量估算模型,可为制定其优化灌溉制度提供理论依据。本研究设灌水定额15 mm(W1)、22.5 mm(W2)、30 mm(W3)和37.5 mm(充分灌溉, CK)4个处理,在设施茄子苗期、开花座果期和成熟采摘期土壤含水率分别达田间持水量的70%、80%和70%时进行灌溉,以保证土壤供水充足。基于修正后的Penman-Monteith方程,通过分析CK处理的作物系数与叶面积指数的关系,建立了基于气象数据与叶面积指数的蒸散量估算模型,利用W1、 W2和W3实测蒸散量对其进行验证。结果表明:修正后的Penman-Monteith方程可用于设施参考作物蒸散量的估算,W1、W2和W3蒸散量的实测值与新建模型的模拟值平均相对误差分别为17.81%、18.31%和17.97%。作物系数与叶面积指数呈显著线性关系,可通过叶面积指数确定作物系数。分析W1、W2、W3和CK处理的产量和水分利用效率(WUE)得出, W2与CK产量差异性不显著,而WUE差异性显著,较CK提高31.59%,表明W2兼顾产量和WUE。W2处理下茄子的作物系数,苗期为0.21～0.46,开花座果期为0.62～0.94,成熟采摘期为0.70～0.92。本研究认为,新建模型在估算设施茄子实际蒸散量上具有较好适用性,计算出的作物系数在节水灌溉条件下具有实际应用价值。