分布式模型在流域蒸散模拟中的应用与验证

本文根据四川杂谷脑河流域上游地区1989—2000年的气象站常规观测数据，应用分布式模型方法，考虑流域的空间异质性及时空变异性，选择离散单元格尺度为500m，时间步长为1d，采用Penman—Monteith公式的改进形式，估算流域多年平均潜在蒸散量的时空分布；结合流域下垫面特点，估算逐日实际蒸散量的时空分布；并将模型模拟的多年平均值与研究区同期水量平衡法计算结果相比，相对误差＋3．47％且时空分布合理。本研究为流域分布式降雨一径流模型提供了可靠的实际蒸散量模拟方法。     

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。     

雅鲁藏布江流域潜在蒸散量计算方法

文中用NOAA数据、DEM数据结合实测气象数据对Penman公式进行修正,再用修正后的Penman公式计算雅鲁藏布江流域潜在蒸散量。方法上,把气象与水文站点点数据如气温、总云量、风速、水汽压、地面温度、相对湿度、日照百分率等用遥感软件转换成流域面上的栅格数据,并使其投影与NOAA数据一致,在DEM的支持下,用修正的Penman公式计算出流域面上的潜在蒸散量。验证流域潜在蒸散量需要把流域站点20 cm口径的蒸发皿蒸发量转换成大型蒸发池蒸发量。结果表明,流域大部分站点的潜在蒸散量计算精度在75%以上。     

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。     

节水灌溉中农田土壤水蒸散模型的研究

在节水灌溉中，农田土壤水分常处在水分胁迫条件下，本文对水分胁迫下农田土壤水分蒸散模型进行了研究，在水分胁迫下实际蒸散量（ＥＴ）与潜在蒸散量（ＥＴｍ）之间关系为：ＥＴ＝Ｋｗ·ＥＴｍ，Ｋｗ与根层土壤有效水含量具有直线相关性。模型中考虑根系分布的影响，能明显提高模型精度，为节水灌溉确定农田实际耗水量提供科学依据，并提高农田土壤水分利用率。     

近40年丹江口库区潜在蒸散量变化特征及影响因素

全球气候变化背景下,丹江口库区潜在蒸散量变化特征对于南水北调中线水源区水循环研究及水资源评估具有重要意义。应用Penman-Monteith蒸散模型估算潜在蒸散量,分析近40年丹江口库区潜在蒸散量和干燥度指数时间变化规律,研究结果表明:(1)丹江口库区年降水量呈波动减少趋势,年均值839.9mm,其中年降水量、雨季和旱季降水量分别以14.3mm/(10a)、4.5mm/(10a)和9.0mm/(10a)的速率减少;(2)丹江口库区年蒸散量呈波动增加趋势,年均值860.0 mm,其中年蒸散量、雨季和旱季蒸散量分别以12.2 mm/(10a)、10.2 mm/(10a)和2.9mm/(10a)的速率增加;(3)丹江口库区干燥度指数呈波动增加趋势,年均值1.07,其中年干燥度指数、雨季和旱季干燥度指数分别以0.02/(10a)、0.07/(10a)和0.31/(10a)的速率增加;(4)潜在蒸散量与干燥度指数和相对湿度呈显著负相关性,与平均风速和日照时数呈显著正相关性,与温度相关性不显著。近40年来,由于降水量减少和蒸散量增加,丹江口库区气候有向干旱化演变的趋势。     

乌鲁木齐参考作物蒸散量计算方法的比较

以Penman-Monteith方法为标准,利用Hargreaves方法,Priestley-Taylor方法和FAO-17 Penman方法计算乌鲁木齐的参考作物蒸散量ET0(Reference Crop Evapotranspiration),对计算结果分别作了对比分析,并对不同的方法进行相应的修正。结果表明:(1)乌鲁木齐的ET0季节分布极不均匀,表现出夏季、春季、秋季、冬季依次减小的趋势;(2)总的来说,PT和HG方法的估算值比PM的标准值要偏低,F17方法的估算值比PM方法的标准值要偏高,造成不同方法的估算偏差的主要原因是由于各自选用了不同的辐射项和动力项所致;(3)在气象资料缺乏、精度要求不高的时候,PT方法能够用来计算乌鲁木齐的ET0,如果精度要求较高,可以使用修正后的公式;(4)修正后的HG公式计算结果最接近PM方法的标准计算结果,如果使用HG方法估算乌鲁木齐的ET0,必须先进行修正;(5)F17方法采用了与PM方法不同的风速修正方案,修正前后的误差都较大,不适用于乌鲁木齐ET0的计算。上述方法在其它地区的适用性有待进一步检验。     

SEBAL模型在台兰河流域蒸散发研究中的应用

由于陆地表面的空间非均匀性,传统的观测手段难以由点向面拓展。采用基于地表热量平衡的SEBAL模型,利用MODIS影像数据估算了位于干旱地区的台兰河流域的实际蒸散发量及其时空分布特征。结果表明:日蒸散发量的实测值与反演值相关性为0.88,月蒸散发量的实测值与反演值相关性为0.91,精度较高。估算全年总的蒸散量约为7.04亿m3,比水量平衡法计算的蒸散量大4%。通过各精度的检验可知,该模型计算结果较为可信。     

江西省潜在蒸散量模型适用性研究

为找出适用于江西省的潜在蒸散量(ET_0)简化计算模型,在仅有温度资料下得出精度最高的模型,本文以区域内南昌、南城、赣州、景德镇和吉安5个站点1961～2017年的逐日气象资料为基础,计算Penman-Monteith(PM)模型、极限学习机(ELM)模型、支持向量机(SVM)模型、随机森林(RF)模型、M5树(M5T)模型和Hargreaves(HS)模型的逐日ET_0数据,结果表明:ELM模型ET_0日值拟合方程斜率为0.973～1.151,与标准值"1"最接近,月值与PM模型标准值拟合效果最高,5个站点RMSE为0.331～0.457mm/d,而R~2和E_(ns)分别达到了0.945～0.969和0.944～0.969,误差最低而一致性最高,综合表明ELM模型精度最高,可作为江西省ET_0计算的标准模型使用.     

黄土中Green-Ampt入渗模型的改进与验证

本文根据黄土积水入渗的土壤水分剖面变化特征，仅将饱和层与传导层统一视为饱和区，而将非饱和湿润层的含水量变化视为施加于饱和区的吸力势，从而在具有“活塞模型”之称的GreenAmpt入渗模型基础上，推导得出了适用于黄土区的积水入渗模型。该模型不仅可计算累积入渗量及湿润锋深度，而且还可估算出土壤水分剖面分布状况。经甘肃秦王川地区实测资料的检验，表明模型具有较好的吻合性。     

陆地蒸散发量模型在榆次水资源评价中的应用

陆地蒸散发量计算是区域水资源评价的重要组成部分，其精度高低直接影响整个评价成果的质量，以往采用常规方法较多。本文采用巴哥罗夫法基于辐射平衡原理，结合榆次水资源研究区气象、水文、地质等具体情况，建立了陆地蒸散发量模拟模型。     

CRAE模型在新疆和田绿洲的适用性分析

新疆和田绿洲降水较少和气候干旱,蒸散发是区域内水分消耗的主要途径,合理估算蒸散发量可为绿洲地区水资源的合理配置等提供依据。利用和田站2006-2014年的气象资料以及2006-2014年的水文资料,运用CRAE模型和水量平衡法计算和田绿洲实际蒸散发量,验证CRAE模型在该地区的适用性。结果表明:模型模拟结果平水年和多年平均实际蒸散发量结果较好,枯水年和丰水年的结果误差较大;模型计算的蒸发能力ET_p与P-M公式和Hargreaves公式相比结果更为合理;利用水量平衡系数、总量平衡系数和相关系数对计算结果进行评价,误差均在合理范围内。CRAE模型在和田绿洲地区应用效果较好,可用于估算该地区多年实际蒸散发量。     

Future Scenarios of Surface Water Resources Availability in North African Dams

Climate change may have strong impacts on water resources in developing countries. In North Africa, many dams and reservoirs have been built to secure water availability in the context of a strong inter-annual variability of precipitation. The goal of this study is to evaluate climate change impacts on surface water resources for the largest dams in Algeria, Morocco and Tunisia using high-resolution (12 km) regional climate models (RCM) simulations. To evaluate the atmospheric demand (evapotranspiration), two approaches are compared: The direct use of actual evaporation simulated by the RCMs, or estimation of reference evapotranspiration computed with the Hargreaves-Samani (HAR) equation, relying on air temperature only, and the FAO-Penman Monteith (PM) equation, computed with temperature, wind, radiation and relative humidity. Results showed a strong convergence of the RCM simulations towards increased temperature and a decrease in precipitation, in particular during spring and the western part of North Africa. A decrease in actual evapotranspiration, highly correlated to the decrease in precipitations, is observed throughout the study area. On the opposite, an increase in reference evapotranspiration is observed, with similar changes between HAR and PM equations, indicating that the main driver of change is the temperature increase. Since the catchments are rather water-limited than energy-limited, despite opposite projections for actual and reference evapotranspiration a decrease of water availability is projected for all basins under all scenarios, with a strong east-to-west gradient. The projected decrease is stronger when considering reference evapotranspiration rather than actual evaporation. These pessimistic future projections are an incentive to adapt the current management of surface water resources to future climatic conditions.     

基于SWAT模型的秦淮河流域气候变化水文响应研究

为了解气候变化对水文水资源的影响机理,以秦淮河流域为研究区构建SWAT模型,使用SWAT-CUP对模型进行参数敏感性分析、率定及验证,并采用任意假设法设计未来气候情景,分析温度及降雨变化对流域径流及实际蒸散发量的影响。结果表明:模型在月径流模拟中具有较高的精度,适用于秦淮河流域气候变化下的水文响应研究;气温降低或降雨量上升都会引起流域径流量增加,反之则减少;实际蒸散发量与降雨量正相关,而实际蒸散发量对气温变化的响应不明显;平水年径流量对降雨量变化的响应较强,枯水年径流量对温度变化的响应较强;枯水年实际蒸散发量对降雨量变化的响应较强。     

Evapotranspiration from an Olive Orchard using Remote Sensing-Based Dual Crop Coefficient Approach

A remote sensing-based approach to estimate actual evapotranspiration (ET) was tested in an area covered by olive trees and characterized by Mediterranean climate. The methodology is a modified version of the standard FAO-56 dual crop coefficient procedure, in which the crop potential transpiration, T _p, is obtained by directly applying the Penman-Monteith (PM) equation with actual canopy characteristics (i.e., leaf area index, albedo and canopy height) derived from optical remote sensing data. Due to the minimum requirement of in-situ ancillary inputs, the methodology is suitable also for applications on large areas where the use of tabled crop coefficient values become problematic, due to the need of corrections for specific crop parameters, i.e., percentage of ground cover, crop height, phenological cycles, etc. The methodology was applied using seven airborne remote sensing images acquired during spring-autumn 2008. The estimates based on PM approach always outperforms the ones obtained using simple crop coefficient constant values. Additionally, the comparison of simulated daily evapotranspiration and transpiration with the values observed by eddy correlation and sap flow techniques, respectively, shows a substantial agreement during both dry and wet days with an accuracy in the order of 0.5 and 0.3 mm d^?1, respectively. The obtained results suggest the capability of the proposed approach to correctly partition evaporation and transpiration components during both the irrigation season and rainy period also under conditions of significant reduction of actual ET from the potential one.     

基于Penman方法和互补原理的蒸散发研究历程与展望

Penman方法和互补原理是蒸散发研究的两种主要理论方法,本文梳理了这两类方法的发展历程,对比了其概念和方法上的差异,讨论融合这两类方法的可能和前景。Penman方法从田间尺度蒸散发过程出发,从针对均一下垫面发展到强调空间变异规律和植物生理生态行为对蒸散发的控制机制。互补原理从区域尺度蒸散发过程出发,从传统的线性互补关系发展到基于非线性函数的广义互补原理。Penman方法和互补原理分别侧重蒸散发的陆面过程和大气过程,未来需要融合这两类方法以提升对蒸散发的认识和研究水平。     

不同气候条件的抚河流域SWAT径流模拟与验证

以鄱阳湖水系的抚河流域为研究对象,构建了抚河流域的SWAT模型,并对李家渡水文站的径流数据进行了模拟。模拟结果表明该模型适用于抚河流域的径流模拟。为了进一步验证模型在极端气候条件下的稳定性,分别选取连续丰水年(1975—1977年)和枯水年(1963—1965年)、连续高温年(1963—1965年)和低温年(1969—1971年)对模型进行验证。通过对气候变化条件下流域径流的模拟,率定期的决定系数R²与效率系数ENS均在0.85以上,验证期(1991—1998年)的R²与ENS均在0.80以上,说明构建的模型在极端气候年份具有一定的稳定性。     

区域遥感双源蒸散发模型研究进展EI北大核心CSCD

系统回顾了基于热红外地表温度和基于阻抗过程的两类遥感双源蒸散发模型研究进展,综述了能量平衡模型、特征空间模型和基于阻抗过程模型的优缺点,提出在未来遥感蒸散发模型的开发过程中,应注重上述两类双源模型物理机制的结合,强化机器学习方法的应用,在基于阻抗过程的蒸散发模型中加强与碳循环的耦合,进一步开发适用于城市区域的遥感蒸散发模型。     

干旱气候条件下 Priestley Taylor方法应用探讨

根据华北地区6个气象站点的历史气象资料，以Penman法结果作为对照，对较为常用的另一计算参照作物腾发量的方法—PriestleyTaylor方法的适用性问题进行了探讨。年值序列比较显示，在华北干旱半干旱的气候条件下，PriestleyTaylor结果比Penman结果低11%～27％，两者最大相差346.5mm，最小相差1122mm，多年平均相差240.5mm。对历年逐月序列分析显示，Priestley Taylor方法在7、8月份的应用效果很好，与Penman结果没有显著差异；但在其它月份应用效果较差，与Penman结果均存在显著差异。年值及月值序列的相关分析均显示，空气动力项与辐射项之比是影响Priestley Taylor方法应用效果的重要因素，且二者呈显著负相关。该比值越小，2种方法的吻合程度越好，Priestley Taylor方法应用效果也越好；反之，应用效果越差。随着Priestley Taylor方法在作物模拟模型中的广泛应用，干旱气候条件下如何对Priestley Taylor公式参数进行适当订正，值得进一步研究。     

Evaluation of Reference Evapotranspiration Equations Under Humid Conditions

Five reference evapotranspiration (ET₀) equations are evaluated using data from seven humid locations. The equations evaluated include Hargreaves, Thornthwaite, Turc, Priestley–Taylor, and Jensen–Haise. The objective of this study is to evaluate ET₀ estimated by these equations against the corresponding values estimated using the standardized FAO-56 Penman–Monteith (PM) equation. For each location, ET₀ estimates by the all equations were statistically compared with FAO-56 PM ET₀ estimates. The Turc equation yielded the smallest root-mean-square-difference (RMSD) values at the all locations except Novi Sad, Serbia. The final ranking of equations was based on the weighted RMSD. The Turc equation has the lowest weighted RMSD and ranking first, and other equations ranked in decreasing order are: Priestley–Taylor, Jensen–Haise, Thornthwaite, and Hargreaves. The Turc equation gives the reliable calculation at all humid locations and it has proven to be the most adjustable to the local climatic conditions. The results obtained from this study, indicate very clearly that the Turc equation is most suitable for estimating reference evapotranspiration at humid locations when weather data are insufficient to apply the FAO-56 PM equation.