不同潜在蒸散发估算方法在汉江流域中上游地区的适用性研究

正蒸散发是流域能量循环和水文循环的重要变量,准确估算蒸散发具有重要的现实意义。FA 056Penm an-M onteith方法计算潜在蒸散发量时气象资料往往不易满足,同时,在提出形式简单且满足精度要求的其它估算方法时,缺乏足够全面的适用性分析。针对上述问题,本文基于汉江流域中上游地区12个气象站点1961-2013年的逐日气象资料,以FA〇56 Penm an-M onteith方法估算的潜在蒸     

变化环境下12种潜在蒸散发估算方法在不同干湿区的适用性

以国际粮农组织(FAO)彭曼-蒙迪斯方法(简称为P-M方法)为基准,根据湿度将研究区划分为5个干湿区,从相关性、多年均值、年内空间分布以及参数特征等4个方面,深入分析包括温度法、质量传输法、辐射法等3类12种潜在蒸散发估算方法在我国31个省(自治区、直辖市)不同气候区的适用性。结果表明:研究区域内,辐射法与PM方法月相关性最好,估算多年潜在蒸散发均值明显比温度法和质量传输法更接近,其中P-T法估算效果最好,Hamon法最差;在不同干湿区,温度法和质量传输法在干旱地区与P-M方法的相关性优于在湿润地区;Penman法估算的潜在蒸散发值在干旱地区与P-M方法计算值最为接近;辐射法(除去Jensen法)在不同干湿区年内分布均好于温度法和质量传输法,其中Rohwer法在所有干湿区年内分布均最好,Abtew法在干旱地区最好,P-T、Mak、Harg和Door方法在湿润地区最好,而Jensen和Kharrufa方法则在所有干湿区年内分布最差。综合来看,辐射法在研究区域内表现最优:当研究区为湿润地区时,选择温度法和质量传输法;当研究区为干旱地区时,首选Penman和Abtew方法。     

淮河流域蒸散发能力估算研究

蒸散发能力是水文模型的重要输入项,合理估算流域蒸散发能力直接影响流域产流量的计算精度。选取淮河息县以上流域为研究区,构建考虑土壤蒸发和植物散发的分布式双源蒸散发能力计算模型,并将能逐日动态模拟叶面积指数的植物生长模型与其集成,以日为时间尺度,基于流域土地利用、气象和植物生长资料,计算了2000-2008年研究区每个1 km×1 km栅格的蒸散发能力,并将蒸发皿所在网格的蒸散发能力计算值与蒸发皿观测得到的水面蒸发值进行了相关性分析。结果表明:模型计算的蒸散发能力能较好地反映流域实际蒸散发能力,可以为分布式水文模型提供蒸散发能力输入资料。研究成果为淮河流域蒸散发能力的计算提供了新的途径,对其它流域蒸散发能力的计算也具有参考价值。     

基于蒸渗仪实测数据的日参考作物蒸发腾发量计算方法评价

为了评价参考作物蒸发蒸腾量计算方法在我国东部湿润地区的适用性,开展了充分供水的蒸渗仪矮型参考作物(草坪)试验,在分析实测参考作物蒸发蒸腾量变化规律基础上,评价了11种日ET0计算方法的计算结果。结果表明,FAO56-PM方法与实测值最为接近,综合法中的1948Penman法、辐射法中的Priestley-Taylor法和FAO24-Radiation法、温度法中的Turc法也能取得较好的结果,而Hargreaves-Samani法、FAO24CPenman法、McCloud法计算结果较差。在我国东部湿润地区的夏季,FAO56-PM方法最适用于作物需水规律的计算、模拟以及作为评价其他ET0计算方法的标准。在部分气象数据缺失条件下可以选择温度法中的Turc方法或辐射法中的Priestley-Taylor法。     

PET估算方法在人民胜利渠灌区适用性分析

为寻求适合气象资料相对较少的人民胜利渠灌区的潜在蒸散发量(PET)计算方法,利用新乡站历年逐日气象监测资料,以Penman-Monteith法估算结果为标准,评价Hargreaves法和Priestley-Taylor法计算潜在蒸散发量的效果。结果表明:采用初始参数时,应用Priestley-Taylor法计算的年和日的PET误差较小,应用Hargreaves法计算的月PET误差较小;采用校正参数的Hargreaves法在年、月和日尺度上误差明显减小,在年和月的计算结果中误差指标均小于Priestley-Taylor法,日计算结果 Priestley-Taylor法优于Hargreaves法,建议今后该区在估算年、月的PET时优先选用Hargreaves法,而在估算日的PET时优先选用Priestley-Taylor法。     

不同蒸散发模型在湿润地区的适用性研究

为研究不同蒸散发模型在估算湿润地区蒸散发量方面的适用性,以淮河大坡岭以上流域为研究对象,构建了考虑植被叶面积指数的分布式彭曼蒸散发模型及双源蒸散发模型。通过计算流域2010～2018年逐日蒸散发能力,并建立上述模型计算值与蒸发皿实测值的拟合关系,比较了两个模型的计算精度。结果表明:彭曼蒸散发模型及双源蒸散发模型计算的流域蒸散发能力值与蒸发皿实测值,在时间上具有较好的相似性和一致性;且双源蒸散发模型计算的流域蒸散发能力与蒸发皿实测蒸散发值的相关关系好于彭曼蒸散发模型。研究结果可为估算湿润地区的蒸散发量提供支撑。     

扎龙湿地芦苇沼泽蒸散发计算与分析

根据水生植物芦苇生长期内的特点，利用扎龙湿地水文气象监测站2003年6月份的气象监测资料及FAO(56)推荐的P-M公式，计算了扎龙湿地芦苇沼泽区域的参照作物蒸散发量，并采用单作物系数法计算了扎龙芦苇湿地的实际蒸散发量。     

祁连山区气候变化对黑河出山径流的影响

以黑河上游流域为研究区,依据祁连山区4个气象站的逐月实测气象资料及莺落峡水文站逐月径流资料,采用Penman-Monteith方法计算了潜在蒸散发量,采用线性回归以及Mann-Kendall趋势检验等方法研究了降水、潜在蒸散发、气温及径流的年、季变化趋势,运用弹性系数法分析了降水、气温和潜在蒸散发变化对黑河出山径流的影响。结果表明:(1)黑河流域气候水文要素的总体年际变化为年降水量和气温均呈显著升高趋势,潜在蒸散发量呈不显著增加趋势,出山口莺落峡水文站径流量呈显著增大趋势;(2)祁连山区降水量、气温和潜在蒸散发量是影响黑河流域出山径流量的主要气象因子,径流与降水在年和季节尺度上都存在显著相关关系,其中祁连山区秋季降水量与莺落峡站径流量的相关性最为显著,春季气温与径流量呈正相关,气温升高促进了冰雪消融,进而增大径流量,潜在蒸散发量特别是夏季蒸散发量增大对降水量增大造成的年径流增大起到了一定的削弱作用;(3)祁连山区降水量增加1%将使莺落峡站径流量增加约0.74%,祁连山区气温升高1%将使莺落峡站径流量增大约0.16%,祁连山区潜在蒸散发量增加1%将导致莺落峡站径流量减少约1.75%。     

不同蒸散发产品在汉江流域的比较研究

蒸散发是流域水循环和能量循环的重要环节,准确估算蒸散发对流域水循环研究具有重要意义,同时也可以为流域水资源优化配置和可持续利用提供支撑。利用汉江流域观测的逐月降水数据、径流数据以及重力卫星(GRACE)反演的流域蓄水量变化数据计算水量平衡蒸散发(ET_WB),以ET_WB为标准在月尺度上评估4类9种不同蒸散发产品(陆面模式产品ET_clm、ET_noah、ET_mos、ET_vic;再分析数据产品ET_jra;基于模型树集的通量观测产品ET_jung和基于能量平衡的诊断模型产品ET_modis、ET_PML、ET_Zhangke)在汉江流域的适用性。结果表明基于模型树集的通量观测产品和基于能量平衡的诊断模型产品精度较好,再分析产品次之,陆面模式产品(除ET_clm)较差。ET_jung、ET_modis和ET_clm在月尺度上与ET_WB有着较好的相关性,结果误差相对较小;ET_noah、ET_mos、ET_vic结果误差相对较大。该研究结果可以为汉江流域水循环研究和南水北调中线工程管理提供科学参考。     

气候变化下广东地区蒸散发量的变化特征及影响因子的趋势贡献研究

利用韶关、广州、湛江3个站点1951—2012年的气象资料与蒸发皿观测的蒸发资料,验证了Penpan公式和FAO Penman-Monteith公式在广东地区的适用性。应用Penpan公式和修正Penman-Monteith公式分别计算水面蒸发与植物散发量并进行偏微分分解,分析了近60年以来广东地区蒸散发量的变化特征及影响因子的趋势贡献。结果表明,近60年以来广东地区蒸散发量呈现出下降的趋势,但具有阶段性的变化特征,经历了1951—1982年的下降过程和1983—2012年的上升过程。与蒸散发密切相关的太阳净辐射、气温、水汽压差和风速也均呈现出阶段性的变化特征,其中太阳净辐射的减少是近60年以来广东地区蒸散发量下降的最主要原因。     

Sensitivity of Potential Evapotranspiration to Climate and Vegetation in a Water-Limited Basin at the Northern Edge of Tibetan Plateau

Potential evapotranspiration (PET) is important for both hydrological studies and water resources management, especially in arid regions. To better understand how PET varies due to the changing environment, analysis of the sensitivity of PET to climate and underlying surface characteristics is an important necessity. Based on gridded multi-source data sets, the present study estimated PET by using the Shuttleworth-Wallace model from 2000 to 2010 in the upstream and midstream areas of the Heihe River basin. Sensitivity coefficient and contribution coefficient of each parameter were calculated by the sensitivity coefficient method to quantitatively detect and compare the effect of changes in vegetation and climate exerted on the variation of PET. Results showed that: (1) PET varied greatly in the study area. Both climate and vegetation exert effects on the variation of PET; (2) PET is most sensitive to relative humidity in the study area. The sensitivity of PET to vegetation was also great and it increased with the decline of vegetation; (3) relative humidity contributed more to the intra-annual variation than other selected parameters. Vegetation indicated by LAI contribute more than net solar radiation. With this study, our understanding of variations of PET and its driving factors could be expanded from meteorological aspects to vegetation or ecological aspects, which is quite important for eco-hydrology and agricultural water resources management.     

Framework for Standardizing Less Data-Intensive Methods of Reference Evapotranspiration Estimation

Evapotranspiration is one of the vital components of water cycle and its accurate estimation is the key to sustainable management of irrigation water. The FAO Penman-Monteith (FAO-PM) method is recommended as the standard method for computing reference evapotranspiration (ET_o) as well as for evaluating other indirect methods. However, due to the lack of weather data such as radiation, relative humidity and wind speed in many regions of the world, especially in developing countries, the FAO-PM method is difficult to use. To address this issue, a fairly robust methodology is proposed in this study to standardize two popular less data-intensive (temperature-based) ET_o methods, viz., Hargreaves-Samani (HS) and Penman-Monteith Temperature (PMT) against the FAO-PM method. To achieve this goal, the daily and monthly biases of these two methods were adjusted using the weather data of 14 locations for the 1979–2003 period. Subsequently, the performance of the standardized (de-biased) less data-intensive methods were verified using salient statistical and graphical indicators for the 2004–2013 period. The results indicated that the HS and PMT methods underestimate ET_o on a monthly time step by 9.62 and 14.77%, respectively. However, the performances of these methods significantly improve after the standardization. The estimates of ET_o by the standardized less data-intensive methods were found to be in close agreement with those by the standard FAO-PM method, thereby suggesting the usefulness and applicability of the proposed framework in data-scarce situations irrespective of agro-climatic conditions.     

基于年径流序列的五种趋势检测方法性能对比

趋势变化是水循环过程的重要变化特性之一,准确识别水文要素变化趋势是认识变化环境下水循环演变规律的基本内容。由于当前趋势检测方法众多,且受多种因素影响,趋势检测结果存在较大的不确定性,很难判断结果的准确性。为提高对水文要素趋势分析方法的认识,研究基于3组变化特征不同且已知成分的人工生成序列,综合对比分析了5种常用趋势检测方法(累积距平法、线性回归法、MK法、EMD法和DWT法)的准确性和可靠性,并以3组不同实测年径流序列为例,进一步评价了不同方法在水文时间序列趋势检测中的性能差异。实例分析表明,累积距平法可用于水文时间序列趋势的初步分析,不宜作为判断依据。MK法与线性回归法所得结果差异不大,对趋势单调且无明显季节或周期变化的水文时间序列具有较高识别精度,适用于演变特征相对简单且趋势变化明显的年径流序列的趋势检测。EMD和DWT法可以准确地识别并分离出序列自身含有的不同尺度波动成分,从而避免序列周期、非线性变化等特征对趋势检测结果的影响,性能相对更优,对于演变机理及变化特征复杂的年径流序列的趋势分析,应优先考虑DWT法,其次为EMD法。研究成果可为水文要素的趋势分析及其方法选择提供参考。     

Evaluation of changes in RDI<Subscript>st</Subscript> index effected by different Potential Evapotranspiration calculation methods

Investigation of drought event has a great importance in the natural erctt management and water resources management planning. One of the important indexes of drought severity assessment is RDIst index, this index is B35based on ratio of precipitation (P) and potential evapotranspiration (PET) factors. Many different methods have been introduced for PET calculation. In this study results of monthly RDIst index (1 month) based on some popular PET calculation methods include: Jensen-Haise, Modified Jensen-Haise, Thornthwaite, Hargreaves-Samani, Blaney-Criddle and FAO Penman-Monteith (this method was used as reference method) with minimum data requirements were compared. In this research climatic data of 17 synoptic stations (with different climate conditions) in Iran during 1967–2014 were used to estimate PET and monthly RDIst index. Results of this paper showed that different methods of PET calculation had significant impact on RDIst index. According to results based on RMSE index Hargreaves- Samani had the most similarities with FAO Penman-Monteith method. Based on means comparison test, Blaney-Criddle and Modified Jensen-Haise methods had the most similarities with FAO Penman-Monteith (mean of RDIst index in 58.8% of stations in Thornthwaite method, 52.9% of stations in Jensen-Haise and Hargreaves-Samani methods and 71% of stations in Blaney-Criddle and Modified Jensen- Haise methods had not different by FAO Penman-Monteith).     

永翠河带岭站冰期流量整编方法分析

由于影响冰期流量测验和资料整编工作的因素较多,为较好地解决如何确定冰期流量测验测次布设和资料整编方法选用的问题,根据山区小面积流域水文站带岭站的气象水文特性和实测资料,通过采取对各种不同流量资料整编方法进行对比分析的方式,提出了比较适合该站的冰期流量资料整编方法。并针对山区小面积流域水文站冰期水文测验和资料整编方法提出了具体建议。     

3种用水量预测方法在京津冀地区的适用性比较

本文比较了年增长率法、自回归模型法和灰色神经网络法3种常用的用水量预测方法在京津冀地区年用水量预测中的适用性,基于优选的方法对京津冀2019—2025年的年用水量进行了预测。结果表明,北京、天津和河北省1997—2018年的年用水量呈现不同的变化趋势:北京和天津的年用水量呈先减少后增加的非线性变化趋势,而河北省的年用水量呈波动递减的趋势。灰色神经网络法在京津冀3地均优于其他两个模型,被推荐为该地区年用水量预测的首选方法。基于灰色神经网络法的年用水量预测结果表明,2019—2025年北京市年用水量将趋于平稳,天津市的年用水量将缓慢增加,而河北省的年用水量则将继续下降。     

地表通量均衡法对中国陆面蒸散发估算的适用性评价

为验证和评估地表通量均衡法（surface flux equilibrium, SFE）在大尺度上的估算精度,基于SFE方法估算中国区域2001—2015年日尺度陆面蒸散发量,并开展适用性评价。结果表明：在站点尺度上,SFE估算值与观测值具有较好的一致性（均方根误差为1.03 mm/d,相关系数为0.70）,优于GLEAM产品精度（均方根误差为1.19 mm/d,相关系数为0.62）;在流域尺度上,SFE方法与水量平衡蒸散发较为接近,对多数流域的模拟效果较好,优于GLEAM产品和CR产品;在时空变化趋势上,SFE产品与CR产品的变化趋势一致性较高,与GLEAM产品一致性较差。综合SFE估算结果的精度验证和趋势分析,可以发现SFE方法基本达到现有产品的精度,因其输入参数少、物理机制明确、参数化方案简单,有潜力为蒸散发的大尺度准确估算提供一套行之有效的替代方案。     

确定河道内适宜生态流量的几种水文学方法——以沙颍河周口段为例

适宜生态流量是保障河流水生态系统健康的重要变量,合理评估适宜生态流量具有现实意义。以淮河流域典型河流沙颍河为研究对象,基于沙颍河周口水文站44年天然日流量数据,运用常用的5种水文学方法计算沙颍河的适宜生态流量,通过比较5种水文学方法在计算适宜生态流量方面的优劣发现:在水量需求方面,Q50_Q90法水量需求最大,Tennant法水量需求最小,Q50_Q90法会加重"三生"用水矛盾;在水文节律模拟方面,Tessman法、月流量变动法和Lyon法较Q50_Q90法和Tennant法有明显优势;在月流量满足率方面,Tennant法和Lyon法满足率最高,其中枯水期Lyon法满足率最高。综合考虑水量需求、水文节律和满足率三方面因素,Lyon法在计算沙颍河这类季节性河流的适宜生态流量结果最为合理。     

贵州省多种参考作物蒸散量估算方法的适用性及修正研究

基于 1961—2013 年贵州 19 个气象站点观测资料，以 FAO56 Penman － Monteith( P － M)方法 为 标 准，分 析 了 Imark － Allen、Hargreaves － Samani、McCloud、Priestley － Taylor、Makkink、Thornthwaite 等 6 种参考作物蒸散量估算方法在贵州省的适用性，并利用经验系数对 6 种方法进行修正。结果表明: 修正前，年尺度上 McCloud、Thornthwaite 法与 P － M 法十分接近，应用前景较好，Priestley － Taylor 法适合在季节和月尺度上的估算，Imark － Allen、Hargreaves － Samani、Makkink 法的偏差较大，适 用 性 较 差。修 正 后 Imark － Allen、Hargreaves － Samani、McCloud、Priestley － Taylor、Makkink 法的适用性提高，修正后 Thornthwaite 法适用性仍不高。利用经验系数对这些方法进行修正可以较好地提高估算精度。     

郑州市贾鲁河流域水循环模拟

以郑州市贾鲁河流域为研究区,在地理信息系统技术支持下,使用DEM、土地利用、土壤、气象、人工取用水数据、农业管理措施等资料构建了基于分布式水文模型SWAT的流域水循环模拟模型,应用改进的SWAT模型进行了流域水循环模拟,并利用实测数据对模型进行了参数率定和模型验证,采用相对误差、NASH效率系数、相关系数作为模型适应性评价指标,结果表明模型在研究区有较好的适应性。可以为流域水循环演变规律的系统揭示和区域水资源的综合调控提供了技术支撑。