冬小麦全生育期区域蒸散量时空变化

为探究冬小麦不同生育期内区域蒸散发的变化规律,以邯郸永年冬小麦种植区为研究区,基于Penman Monteith公式计算结果验证后的SEBAL（surface energy balance algorithm for land）模型,模拟计算2019年10月至2020年6月全生育期冬小麦不同生长期的区域蒸散量,结果表明：整个冬小麦生育期内区域日最大蒸散发量为0.97～13.66 mm/d,均值为0.52～8.06 mm/d;空间分布总体上呈现出西低东高的变化趋势,与研究区地形和水文地质特征造成的耕作方式的差异性较为一致;时间分布呈现出苗期至返青期在0.52～1.49 mm/d波动变化、起身期至孕穗期在3.18～4.47 mm/d波动变化、拔节期至成熟期呈现快速增加到4.47～8.06 mm/d的趋势,且与LAI(leaf area index)变化密切相关;区域蒸散发的峰值在出苗期和返青期之间存在空间转移现象。研究成果对优化区域农田灌溉制度、提高农田水分管理具有借鉴意义。     

基于SEBAL模型的河套灌区永济灌域蒸散发估算及其变化特征

蒸散发是水文循环和能量循环中的关键环节，蒸散发的准确估算对农业用水调度和水资源的管理至关重要。为探索基于遥感技术建立快捷估算区域蒸散发的方法，选取河套灌区永济灌域为研究区，利用Landsat遥感影像和土地利用分类结果，基于SEBAL模型，对永济灌域2019年生长季的日蒸散量进行估算，分析研究区蒸散发时空变化特征以及不同土地类型蒸散发的差异。结果表明：(1)SEBAL模型估算结果与FAO P-M公式相比，决定系数R²为0.94,均方根误差RMSE为0.43 mm/d,相对误差MRE为8.62%,模型反演精度较高，可以为研究区提供合理的蒸散发估算；(2)永济灌域生长季内日均蒸散量呈单峰变化趋势，最大值为7月的4.56 mm/d,最小值为10月的1.87 mm/d,并存在明显的空间分布差异；(3)不同土地利用类型的日蒸散量大小依次为：水体>耕地>城乡用地>草地>荒地。基于SEBAL模型估算区域的蒸散量，可为灌区水资源的节约利用提供参考。     

基于互补相关的乌江流域实际蒸散量分布式模拟

为了提高气候变化下估算乌江流域陆面实际蒸散量的精度,利用乌江流域气象和水文数据,在蒸散互补原理基础上建立用常规气象资料估算流域实际蒸散量的模型。模拟结果显示:该模型能将乌江流域多年平均实际蒸散量的相对误差控制在5%以内;在充分考虑地形起伏等下垫面不均匀的条件下,将估算模型中各分量的分布式模拟结果与估算模型耦合,实现了乌江流域实际蒸散量的分布式模拟;该模型更加精细地表现了流域实际蒸散量的空间变化情况,发现其在空间分布上呈显著的西高东低的分布趋势;在时间变化上,1961-2010年间乌江流域实际蒸散量在总体上表现为下降趋势,降幅为5.08 mm/(10 a),但是2000年以后实际蒸散量有较为明显的上升趋势;日照时数及相对湿度的上升是造成实际蒸散量产生以上变化的主要原因。研究结果可为水资源评价、农业气候区划制定等提供参考。     

基于Priestley-Taylor模型的贵州省涟江流域蒸散发时空变化及其影响因素分析

开展蒸散发时空变化及其驱动因素研究,对流域水土资源开发管理和可持续利用具有重要意义。基于Priestley-Taylor模型,结合地表温度、地表反照率、NDVI、太阳天顶角、DEM、土壤和土地利用覆盖类型等多源遥感数据,对贵州省涟江流域2005—2014年ET(Evapotranspiration,蒸散发)时空格局及其影响因素进行研究。结果表明:Priestley-Taylor模型在涟江流域的反演精度良好,相对误差为-1.39%～12.05%,估算结果能够满足该区的蒸散发研究需求;涟江流域2005—2014年ET多年均值为901.08 mm/a,总体呈波动增加趋势,增长率为36.8 mm/(10a),年内ET呈春、夏季节高而秋、冬季节低的单峰变化形式;流域ET的空间差异明显,总体呈东南、东北高,西部和中部地区低的空间分布格局,春、夏、秋季ET的空间分布与多年平均空间分布基本一致,而冬季的空间分布较为不同;不同土地覆盖类型的蒸散强度表现为:常绿针叶林永久湿地落叶阔叶林裸地或低值被覆盖地城市建成区,高植被覆盖区的蒸散发大于低植被覆盖区;不同土壤类型的蒸散发表现为:石灰土黄壤红壤水稻土紫色土。石灰土的土层较薄,蒸散量较大,不利于土壤水分涵养。     

新疆和田-若羌地区区域蒸散量估算

基于中等分辨率的MODIS卫星遥感数据及气象数据,应用表面能量平衡系统,对新疆和田-若羌地区2015年的区域蒸散量进行了估算。结果表明:研究区2015年的区域蒸散量为366.22 mm,夏季蒸散量较大,冬季蒸散量较小。最大蒸散量发生在6月份,为88.44 mm,最小蒸散量在1月份,只有0.10 mm。蒸散量随着气温和降水的增加而增大。不同用地类型的蒸散量也不一样,水体和耕地的蒸散量较大,沙地和戈壁的蒸散量最小。     

冬小麦生长季蒸散与水分利用效率变化特征

利用中国科学院栾城农业生态系统试验站的涡度相关仪器观测数据,分析了2008年华北平原冬小麦的蒸散以及群体水分利用效率(WUE)的变化特征.分析结果表明,土壤含水量变化对蒸散量影响显著,冬小麦各生育期平均日蒸散量最大值为6.6 mm,出现在灌浆期,最小值出现在返青-起身期为0.3 mm.群体水分利用效率整个生育期内在0.1～12.3 g/kg之间变化,在灌浆初期达到最高值.蒸散量和群体水分利用效率的总体变化趋势一致,CO2通量的变化趋势与WUE相同.     

黑龙江省植被指数时空变化及其对气候因子的响应

为探究全球气候变暖条件[HJ1.8mm]下黑龙江省覆被变化特征，基于1982—2015年GIMMS（global inventory modeling and mapping studies） NDVI3g（normalized difference vegetation index 3rd generation）数据，利用趋势分析、Hurst指数法和相关性分析法，分析黑龙江省近34年的植被指数时空变化规律和未来趋势，[JP2]同时结合省内34个气象站点数据，分析归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）与气温、降水及蒸散量的响应特征。结果表明：黑龙江省3种植被覆盖类型的NDVI均呈缓慢上升趋势，其中，林地和草地NDVI增速为0.004/10 a，农田NDVI增速为0.002/10 a；植被覆盖的整体变化先升高后降低，其中最大值出现在2014年，最小值出现在1984年；全省植被覆盖空间格局呈东高西低的分布特征，以“大兴安岭—伊春—鹤岗—佳木斯—双鸭山”为界限，西南地区植被覆盖较为丰富，而东北部地区植被覆盖较少；全省植被变化的同向特征强于反向特征，持续性区域和反持续性区域分别占总面积的97.65%和2.35%；植被覆盖变化与气温相关性高于降水，蒸散与植被指数的相关性在年均和生长季差异性较显著，气温是影响生长季植被覆盖变化的主要气候因子。研究结果可为气候变化背景下寒区土地利用/覆被变化研究提供一定的理论支撑。     

中国南方农田蒸散量实测及其影响因素分析

利用基于闭路QCLAS-EC激光分析仪的涡度相关法对湖南省岳阳市郊区的一片蔬菜地的实际蒸散发、水汽通量以及潜热通量进行了连续两年的野外观测,并对原始观测数据进行处理,计算蒸散量,以分析研究区域实际蒸散量的年际尺度周期变化趋势和季节变化规律。结果表明,实验区域全年蒸散量在730~803 mm之间;季节变化大,8月达到全年最高水平3.5 mm/d,而1月只有0.4 mm/d。整个研究区域实测蒸散量变化规律是:春夏季较高,秋冬季较低;种植季较高,非种植季较低;每天的正午以及下午较高,夜晚较低。此外,利用高分辨率的实测工具观察不同的农业活动对实际蒸散的影响,发现种植引起蒸散发上升,收割引起蒸散发下降,并且收割使蒸散发下降的幅度要明显高于种植使蒸散发上升的幅度;灌溉对蒸散发有促进作用但是作用较小,施肥对蒸散发的影响目前尚不明确。     

都兰河希赛区蒸散量的分布特征及其驱动因子

基于MODIS遥感数据,应用表面能量平衡系统对柴达木盆地都兰河希赛区2001—2011年的区域蒸散量进行了计算,并分析了其影响因素。结果表明:都兰河希赛区11 a间的年蒸散量呈逐渐增长趋势,由2001年的94.61 mm增加到2011年的266.80 mm;都兰河希赛区的蒸发系数为0.115;区域蒸散量与气温、降水、相对湿度等气象因子呈正相关关系,复相关系数分别为0.659、0.635、0.543;区域蒸散量随着地表植被指数的增大而增大,随着地下水位埋深的增加而减小。     

白洋淀流域潜在蒸散量与实际蒸散量变化分析

基于Penman-Monteith公式和Budyko假设,利用白洋淀流域1960年-2011年的气象、水文资料,计算分析了该流域潜在蒸散量与实际蒸散量的长期变化趋势,并初步分析了实际蒸散量变化与降水变化、潜在蒸散量变化的关系。结果表明:过去52年白洋淀流域潜在蒸散量和实际蒸散量分别以10.3mm/(10a)和11.6mm/(10a)的速度呈下降趋势;年代际变化分析表明,潜在蒸散量的下降趋势在不同年代际间具有持续性,而实际蒸散量则表现为波动下降,其波动性受降水波动的影响,年实际蒸散量的变化与年降水的变化呈正相关关系(R2=0.99),与潜在蒸散量的变化呈负相关关系(R2=0.37),即降水量的变化对实际蒸散量的变化起主要控制作用。     

河北省潜在蒸散量变化特征及主导因子辨析

潜在蒸散量(ET_0)是地球表面水循环研究及水资源规划管理中重要因素,明确其变化规律及特征对区域水资源利用及农业生产布局有重要意义。根据河北省及周边地区1960—2018年24个典型气象站点逐日气象数据,利用Penman-Monteith模型、偏相关分析、敏感性分析、M-K检验法及空间插值法分析了河北省潜在蒸散量(ET_0)时空分布特征。结果表明:(1)59a来河北省ET_0平均值为1077.13 mm,平均下降幅度为-2.31 mm/10a,整体呈由西向东、由南向北减少趋势。(2)偏相关分析与敏感性分析表明,RH(平均相对湿度)、WS(风速)和SH(日照时数)对年均ET_0变化影响程度较大;WS、SH与年均ET_0变化趋势一致,而RH与年均ET_0变化趋势相反;RH、HT(日最高气温)、SH是影响ET_0变化的敏感因子,而AT(平均气温)及LT(日最低气温)则为相对不敏感因子。(3)河北省年平均ET_0变化的主导因子为SH,其次为WS;主导因子随季节变化有所差异。春季SH主要影响偏北部地区,WS集中影响中部及偏东部;夏季SH大致影响河北省全境;秋季河北省偏北部地区主要受RH影响,中东部及偏南部地区主要受WS影响;冬季河北省大部分地区受SH影响。研究成果可为河北省水资源的优化配置及农业发展提供一定理论支撑。     

甘肃石羊河流域人工种植新疆杨耗水规律研究

研究了甘肃石羊河流域人工种植防风固沙植物新疆杨的耗水规律,结果表明:新疆杨树干日液流量变化幅度较大,呈现明显的季节变化规律,且随发芽后天数的变化呈典型的二次抛物线型,确定系数达0.765;新疆杨树干日液流量与日平均气温、水汽压差、太阳辐射、风速等气象因子的多元线性逐步回归模型的确定系数为0.807,与日平均气温、水汽压差、太阳辐射等气象因子的偏相关系数分别为0.637、0.188和0.373,日平均气温是其最主要的影响因素;5—10月,新疆杨总蒸散量为508.26 mm,蒸发量、蒸腾量所占比率分别为37.1%和62.9%,液流—株间微型蒸渗仪法和水量平衡法测算结果的相对误差在±15%以内,液流-株间微型蒸渗仪法能够适用于新疆杨蒸散量测定。     

Forecasting of Remotely Sensed Daily Evapotranspiration Data Over Nile Delta Region, Egypt

Daily evapotranspiration is a major component in crops water consumption management plans. Consequently, forecasting of daily evapotranspiration is the keystone of any effective water resources management plans in fragile environment similar to the Nile Delta region. The estimation of daily evapotranspiration was carried out using Surface Energy Balance System (SEBS), while the forecasting of the daily evapotranspiration was carried out using Auto Regressive Integrated Moving Average (ARIMA) and its derivative Seasonal ARIMA. Remote sensing data were downloaded from European Space Agency (ESA) and used to estimate daily evapotranspiration values. Remote sensing data collected from August 2005 till December 2009 on a monthly basis for daily evapotranspiration estimation. The application of the most adequate ARIMA (2,1,2) to the evapotranspiration data set failed to sustain the forecasting accuracy over a long period of time. Although, time series analysis of daily evapotranspiration data set showed a seasonality behavior and thus, using seasonal ARIMA [(2,1,2) (1,1,2)6] was the optimum to forecast the daily evapotranspiration over the study area and sustain the forecasting accuracy. A linear regression model was established to test the correlation between the forecasted daily evapotranspiration values using S-ARIMA model and the actual values. The forecasting model indicates an increase of the daily evapotranspiration values with about 1.3 mm per day.     

Quantitative estimation of land surface evapotranspiration in Taiwan based on MODIS data

Land surface evapotranspiration (ET) determines the local and regional water-heat balances. Accurate estimation of regional surface ET provides a scientific basis for the formulation and implementation of water conservation programs. This study set up a table of the momentum roughness length and zero-plane displacement related with land cover and an empirical relationship between land surface temperature and air temperature. A revised quantitative remote sensing ET model, the SEBS-Taiwan model, was developed. Based on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data, SEBS-Taiwan was used to simulate and evaluate the typical actual daily ET values in different seasons of 2002 and 2003 in Taiwan. SEBS-Taiwan generally performed well and could accurately simulate the actual daily ET. The simulated daily ET values matched the observed values satisfactorily. The results indicate that the net regional solar radiation, evaporation ratio, and surface ET values for the whole area of Taiwan are larger in summer than in spring, and larger in autumn than in winter. The results also show that the regional average daily ET values of 2002 are a little higher than those of 2003. Through analysis of the ET values from different types of land cover, we found that forest has the largest ET value, while water areas, bare land, and urban areas have the lowest ET values. Generally, the Northern Taiwan area, including Ilan County, Nantou County, and Hualien County, has higher ET values, while other cities, such as Chiayi, Taichung, and Tainan, have lower ET values.     

Effects of Land-Use and Climate Change on Hydrological Processes in the Upstream of Huai River, China

Land use/land cover and climate change can significantly alter water cycle at local and regional scales. Xixian Watershed, an important agricultural area in the upper reach of the Huaihe River, has undergone a dramatic change of cultivation style, and consequently substantial land use change, during the past three decades. A marked increase in temperature was also observed. A significant monotonic increasing trend of annual temperature was observed, while annual rainfall did not change significantly. To better support decision making and policy analysis relevant to land management under climate change, it is important to separate and quantify the effect of each factor on water availability. We used the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a physically based distributed hydrologic model, to assess the impact of Land use and climate changes separately. The SWAT model was calibrated and validated for monthly streamflow. Nash-Sutcliff efficiency (NSE), percentage bias (PBIAS), and coefficient of determination (R ²) were 0.90, 6.3 %, and 0.91 for calibration period and 0.91, 6.9 %, and 0.911 for validation period, respectively. To assess the separate effect of land use and climate change, we simulated streamflow under four scenarios with different combinations of two-period climate data and land use maps. The joint effect of land use and climate change increased surface flow, evapotranspiration, and streamflow. Climate variability increased the surface water and stream-flow and decreased actual evapotranspiration; and land use change played a counteractive role. Climate variability played a dominant role in this watershed. The differentiated impacts of land-use/climate variabilities on hydrological processes revealed that the unapparent change in stream-flow is implicitly because the effects of climate variability on hydrological processes were offset by the effects of land use change.     

Application of the Sebs Water Balance Model in Estimating Daily Evapotranspiration and Evaporative Fraction from Remote Sensing Data Over the Nile Delta

Estimation of evapotranspiration is always a major component in water resources management. The reliable estimation of daily evapotranspiration supports decision makers to review the current land use practices in terms of water management, while enabling them to propose proper land use changes. Traditional techniques of calculating daily evapotranspiration based on field measurements are valid only for local scales. Earth observation satellite sensors are used in conjunction with Surface Energy Balance (SEB) models to overcome difficulties in obtaining daily evapotranspiration measurements on a regional scale. In this study the SEB System (SEBS) is used to estimate daily evapotranspiration and evaporative fraction over the Nile Delta along with data acquired by the Advance Along Track Scanning Radiometer (AATSR) and the Medium Spectral Resolution Imaging Spectrometer (MERIS), and six in situ meteorological stations. The simulated daily evapotranspiration values are compared against actual ground-truth data taken from 92 points uniformly distributed all over the study area. The derived maps and the following correlation analysis show strong agreement, demonstrating SEBS’ applicability and accuracy in the estimation of daily evapotranspiration over agricultural areas.     

SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算及应用

为了准确模拟区域地下水动态变化,将地表水SWAT模型与地下水MODFLOW模型进行耦合计算。根据SWAT分布式模型的特点,以其水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型的有限差分网格(cell)作为基本交换单元,将SWAT模型计算的地下水补给量和潜水蒸发量引入MODFLOW模型的地下水补给(RCH)模块和潜水蒸发(EVT)模块中,并将其应用于徐州市张集地区的地下水模拟计算。结果表明,SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算能准确模拟和预测该地区的地下水水情及其地表水和地下水之间的相互作用。     

基于多源数据与多模型集成的流域人为蒸散发变异评估

人类活动对流域蒸散发的干扰日益显著,然而实测蒸散发数据稀少,且尺度差异与空间异质性等问题限制了大尺度陆面模型与遥感产品在人为蒸散发评估中的适用性与可靠性.本文提出了一种基于多源数据与贝叶斯模型平均的人为蒸散发变异评估框架,并应用于珠江流域.结果表明,通过综合利用地面观测(降水、径流、潜热通量)、社会统计(水资源开发利用...     

分布式双源蒸散发模型及其在南广河流域运用研究

鉴于传统蒸散发模型基于单点计算,不能考虑流域下垫面条件对蒸散发影响的局限性,利用卫星遥感数据源,以四川境内的南广河流域作为研究对象,构建基于栅格单元的分布式双源蒸散发模型,实现研究区域蒸散发时空全过程计算。研究表明:基于遥感数据源的区域蒸散发计算值与蒸发站点实测蒸发值具有较好的一致性和相关性,相关系数为0.744,在相似的气象和下垫面条件下,蒸散发能力排序为:林地>灌木丛>水田>旱地>草地,模型研究成果对于流域蒸散发空间计算,以及定量分析土地利用变化对流域蒸散发影响提供一定的参考价值。