海河流域潜在蒸散发估算方法及其时空变化特征

根据1960-2012年海河流域45个站点平均气温、日照时数、相对湿度、风速等气象资料,选取了4个潜在蒸散发计算模型,以Penman-Monteith模型计算结果为依据,采用平均绝对误差和平均相对误差评估模型精确程度,并在此基础上研究海河流域潜在蒸散发的时空变异规律。结果表明:基于能量的模型最适用于估算海河流域的潜在蒸散发;从时间变化来看,海河流域1960-2012年潜在蒸散发总体上呈显著下降趋势,平均下降速率为2.04mm/a,说明海河流域存在蒸发悖论的现象;潜在蒸散发在4个季节均呈现显著减少趋势,其中夏季减少幅度较大,冬季减少幅度最小。从空间分布来看,海河流域潜在蒸散发呈现从西北地区到东南地区阶梯式上升趋势,但大部分地区在1960-2012年时间范围发生潜在蒸散发减少现象,其中山前平原区减少趋势最为明显(-1mm/a),可能主要受太阳辐射减少(即全球变暗)的影响;而太行山区北部高海拔地区潜在蒸散发呈现增加的趋势,可能主要受气温升高(即全球变暖)的影响。     

基于多源数据的黑河流域日尺度蒸散发量模拟

植被蒸散发是地表水量平衡和热量平衡的重要参量,也是衡量植被生长状况和作物产量的重要指标,同时也是进行流域水资源优化配置的依据。遥感技术的快速发展使其成为区域尺度蒸散发模拟的重要手段。以黑河流域为例,构建遥感驱动的蒸散发模拟模型,结合多源遥感数据(MODIS、TRMM等)以及GLDAS全球陆面数据同化系统数据,对黑河流域2005、2010、2015年三个时期的潜在蒸散发和实际蒸散发进行了时间尺度为每日、空间尺度为1km的模拟。研究结果表明:潜在蒸散发月际变化明显,从5月开始增长,于7月达到峰值,然后逐渐减少;实际蒸散发在月份之间变化趋势明显,在2015年均达到了最高值;精度检验结果表明本研究采用的两个模型均达到了很好的效果,Kristensen-Jensen模型更适合用于黑河流域。本研究为黑河流域地表特征数据集提供了重要的日尺度蒸散发数据。     

基于地表能量平衡的大尺度流域蒸散发遥感估算研究

蒸散发是地表能量平衡的关键环节,准确估计流域蒸散发对水资源管理、作物估产、以及环境保护等具有重要意义。研究结合中国中高纬度区域气候特征、土地利用类型以及植被动态特征,改进了基于地表能量平衡系统(Surface Energy Balance System,SEBS)的蒸散发估算模型。以松花江流域为例,进行大尺度流域的多年蒸散发反演。通过多年流域水量平衡、流域内生态观测实验以及全球通量观测网络评价数据验证模型估算精度,同时借助陆面过程模型和NASA的MOD16蒸散发产品进行交叉验证,评估模型模拟精度。结果表明,改进的SEBS模型在全国范围内精度并不统一,但在松花江、辽河流域估算精度较高,因此基于地表能量平衡的蒸散发估算模型是一种估算我国中高纬度区域蒸散发的可行方法。松花江流域时空变化研究发现,流域多年蒸散发总值变化不大,但存在空间上的变异性。     

基于MOD16的东江流域地表蒸散发时空特征分析

流域内蒸散特征及其变化原因对于保持能量平衡和水循环有关键作用。基于MOD16遥感数据集,分析东江流域地表蒸散发年际和年内的时空分布规律以及不同土地覆被类型的地表蒸散发时空特征。结果表明:①东江流域蒸散值(ET)整体呈中游>下游>上游的态势,而潜在蒸散发值(PET)呈下游>中游>上游的趋势。②10 a中,ET值波动较小,而PET值则相对波动较大,二者在2014年后均有增加趋势。③年内各月ET呈单峰型,ET值较高的月份集中在5—10月,最高月份在9月,ET值较低的月份集中在12月—次年2月,最低月份为2月;其次,流域内四季的ET均值表现为秋季>夏季>春季>冬季。④不同土地利用类型下,年尺度上,ET表现为裸地>耕地>城市用地>草地>林地;PET表现为城市用地>耕地>草地>林地>裸地;月尺度上,ET与年尺度基本一致,且冬季ET变异系数较高,夏季较低;在林地,四季ET的变异系数均较低,离散程度小。研究结果为预防东江流域的旱涝灾害提供理论依据。     

数据同化对流域蒸散发过程模拟的影响研究

为研究数据同化系统对流域水文过程模拟特别是蒸散发模拟的矫正情况,构建一种基于时变增益水文模型和遥感蒸散发的确定性集合卡尔曼滤波同化系统。参照流域出口流量和子流域蒸散发观测分析水文过程的模拟精度。在时间过程和空间分布上探求流域蒸散发的模拟精度、变化过程和同化校准效应。结果表明,经过数据同化,时变增益水文模型的模拟精度在纳西效率系数和水量平衡系数2个指标上都得到提高;子流域尺度上蒸散发精度也得到改善。进一步分析发现,数据同化对极端气候和人类用水影响明显下的水文模拟实现了较为显著的修正。该方法具有潜在的实用价值,可作为水文过程模拟的备选工具。     

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。     

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。     

基于遥感的区域蒸散发研究

蒸散发是极其重要的水循环要素过程,影响着地表降水和辐射能的重新分配。遥感作为一种高效的空间信息获取和处理技术,把蒸散发的研究带到了一个新的局面。综述了遥感监测蒸散发的现状,介绍了遥感研究蒸散发的理论基础及常用的几种模型,指出了存在的问题并对未来发展进行了预测。     

不同蒸散发模型在大凌河流域的对比运用研究

文章以大凌河大城子水文站以上为研究流域,分别运用考虑植被叶面积指数的双源蒸散发模型和P-M公式计算流域的蒸散发,并和大城子实测蒸发皿蒸发进行对比分析,在此基础上,还定量研究了不同气象因素和植被覆盖度对蒸发皿蒸发的影响。研究成果可以为大凌河流域蒸散发估算和水文模拟提供重要参考价值。     

基于LAI的PM蒸散发计算模型及应用

采用空间分辨率为8 km×8 km、时间分辨率为15 d的美国航空航天局(NASA)全球监测与模型研究组发布的卫星GIMMS/NDVI数据,反演了褒河流域叶面积指数(LAI)的空间分布,引入基于LAI的Penman-Monteith模型,模拟了褒河流域蒸散发能力的时空分布,分析比较了不同植被覆盖下蒸散发能力的变化规律。结果表明:褒河流域植被蒸腾作用强于土壤蒸发,并且不同的植被覆盖对蒸散发能力的大小和时间分布有着显著的影响。     

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.     

海河流域潜在蒸散发估算方法及其时空变化特征分析

根据1960—2012年海河流域45个站点平均气温、日照时数、相对湿度、风速等气象资料,选取了4个潜在蒸散发计算模型,以Penman—Monteith模型计算结果为依据,采用平均绝对误差和平均相对误差评估模型精确程度,并在此基础上研究海河流域潜在蒸散发的时空变异规律。结果表明：基于能量的模型最适用于估算海河流域的潜在蒸散发;从时间变化来看,海河流域1960—2012年潜在蒸散发总体上呈显著下降趋势,平均下降速率为2.04 mm?a-1,说明海河流域存在蒸发悖论的现象;潜在蒸散发在4个季节均呈现显著减少趋势,其中夏季减少幅度较大,冬季减少幅度最小。从空间分布来看,海河流域潜在蒸散发呈现从西北地区到东南地区阶梯式上升趋势,但大部分地区在1960—2012年时间范围发生潜在蒸散发减少现象,其中山前平原区减少趋势最为明显（<-1 mm/a）,可能主要受太阳辐射减少（即全球变暗）的影响;而太行山区北部高海拔地区潜在蒸散发呈现增加的趋势,可能主要受气温升高（即全球变暖）的影响。     

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。     

近20年黄河流域陆表水域面积时空变化特征研究

黄河流域生态保护和高质量发展是国家重大战略之一。开展陆表水域的动态变化监测,有助于掌握黄河流域水资源分布与变化状况,对于了解人类活动对水资源的影响,保障流域生态安全具有重要意义。本文基于Landsat数据提取2000—2019年黄河流域陆表水域分布,分析了黄河流域陆表水域面积的动态变化状况,结果表明:(1)流域陆表水域空间分布不均衡,上游陆表水域面积占流域陆表水域总面积的60.3%、中下游占39.7%,其中青海省和内蒙古自治区的陆表水域面积占比最高,分别占40.3%和17.0%;(2)近20年间,流域陆表水域面积总体呈增加趋势,增幅约为49.0%,其中上游地区对流域陆表水域总面积增加的贡献度最大,达到47.7%,中游地区贡献度次之,为42.7%,下游地区贡献度较小,只有9.6%;(3)从流域来看,渭河和汾河流域的陆表水域面积增加较为明显,2000—2019年期间,分别扩大了113.17 km²和55.75 km²,增幅约为139.9%和152.4%。     

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。     

大汶河流域陆面蒸发估算方法比较研究

区域陆面蒸散发的估算对于计算区域水资源总量,合理配置水资源具有重要意义。针对处于大汶河流域上游、受人类活动影响较小的雪野水库、黄前水库、东周水库控制子流域的实际特点,分别利用MODIS遥感方法、SWAT模型法、水面蒸发折算系数法对这三个子流域2000年-2008年的多年平均年陆面蒸发量及多年月平均陆面蒸发量进行估算,并基于水量平衡方程,结合各子流域的同期降雨与天然径流资料,对估算结果进行了分析比较。结果表明:在大汶河流域内,采用MODIS遥感方法估算实际陆面蒸散发的精度较低;水面蒸发折算系数法具有一定精度;SWAT模型法精度较高、适应性较好,估算误差仅在3%左右。研究结果可为半湿润区陆面蒸发估算方法的选择提供参考。     

基于蒸散遥感反演的全国地表缺水分区

本文采用日本GMS静止气象卫星数据进行遥感反演,提取地表实际蒸散量(E)和潜在蒸散量(Ep),据此计算出表征地表缺水程度的指标——SWDI。在GIS的支持下,通过数理统计和空间统计分析“自下而上”的对全国地表缺水状况进行分区。通过分析,全国可划分为5大缺水层次的分区,对比发现全国普遍缺水,不缺水区主要集中在南部沿海,且所占比重较小。全国缺水层次区域的划分,可为区域经济发展,环境保护以及各种国家或区域方针政策的制定提供科学依据。