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%。     

北京市潜在蒸散发量的时间序列变化特征分析

区域蒸散发是一个地区气象和农业生产的重要水分指标。现采用彭曼公式计算潜在蒸散发,研究了北京市1960年-2011年潜在蒸散发及其影响因素的变化趋势,并对研究区潜在蒸散发时间序列变化进行了多尺度周期性分析。研究结果显示,潜在蒸散发线性变化趋势为每年增加0.54mm,利用Mann-Kendall检验得到区域蒸散发增加趋势不明显,并且无突变点;气温升高,降水量下降导致蒸散发量增加,日照时数下降导致蒸散发量下降;总体上,气温和降水量对北京地区蒸散量影响更大。对北京地区蒸散发进行多尺度周期分析,发现该地区在14a、11～12a、5～6a上存在周期特征,各信号频率分布的时间域及其强度也存在着差异,而且近15年周期特点不同于历史上以往的时期。     

不同潜在蒸发估算方法对黄土高原渭河径流模拟的影响研究

蒸散发是地表水文过程的重要环节,潜在蒸散发对水文过程模拟和预报具有重要影响。以渭河北道水文站上游作为研究区域,采用Penman-Monteith法和E-601型蒸发皿的潜在蒸散发数据(PET601)分别驱动SWAT模型,使用SUFI-2优化算法进行参数敏感性分析与模型率定、验证以及不确定性分析。结果表明,不同方法所得潜在蒸散发量值差异较大,都具有相似的年内分布,PET601法潜在蒸散发量低于Penman-Monteith法。使用PETP-M和PET601驱动水文模型模拟径流过程,结果显示这2种数据下的水文模拟精度较好,PET601法更适合黄土高原的渭河流域,潜在蒸散发的偏差对于水文模拟的影响由于模型参数的调整明显削弱很多。研究成果将在黄河流域生态保护中为区域蒸散发量的管理提供参考。     

河南省主要河川径流变化归因

为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响,基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料,以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料,比较4个蒸发对比站年潜在蒸散发和蒸发皿年蒸发值,运用Mann-Kendall突变检验法和累积双曲线法分析4个研究流域控制水文站年径流序列的变化趋势和突变年份,以及4个流域年降水和潜在蒸散发的变化趋势。采用基于Budyko假设的弹性系数法对径流变化开展归因分析。结果表明：4个蒸发对比站年潜在蒸散发与蒸发皿年蒸发变化趋势基本一致,4个水文站年径流深及4个流域年降水和年潜在蒸散发均呈下降趋势。4个水文站年径流深分别在1977年、1985年、2008年和2010年发生了突变。气候变化对径流减少的贡献率在卫河和伊洛河流域为7%以下,在洪汝河和唐河流域约为12%～18%,降水减少不显著和潜在蒸散发呈下降趋势是贡献率小的原因,可见人类活动是影响4个流域径流变化的主要驱动因素。     

近30年甘肃省潜在蒸散发时空变化特征及演变归因的定量分析

蒸散发是地球系统水量平衡和能量平衡中的重要组成部分,研究潜在蒸散发的变化对于更好地理解气候变化对水文循环的影响及水资源配置具有重要意义。本文基于FAO推荐并修订的Penman-Monteith模型,利用1981-2010年甘肃省内及周边的32个气象站点的常规观测资料对甘肃近30年内潜在蒸散发的时空变化特征进行研究,并对潜在蒸散发对气象因子的敏感性及其敏感系数的空间分布进行分析,定量揭示了影响甘肃潜在蒸散发变化的主导因素。结果可为研究甘肃气候变化对水循环的影响、提高农业灌溉效率和调整水资源利用结构及优化配置水资源提供参考。     

美国本土地区蓄量时空变化特性及其影响因素研究

为了解美国本土地区水量平衡的时空变化规律以及气候、植被、地形、人类活动等影响因子对不同空间尺度蓄量变化的影响,基于水量平衡公式,利用遥感观测蒸散发数据、遥感与地面观测融合降水数据、再分析降水数据、模型模拟蒸散发与径流数据、站点实测径流数据的不同组合计算蓄量变化,分析美国本土地区的蓄量变化时空变化特征。结果发现:不同来源数据计算的蓄量变化时空分布差异较大并且均存在显著偏差,其中西部沿海与山区的蓄量变化有显著季节性波动,而东部地区较稳定;众多因子中降水对蓄量变化的影响最大。根据不同来源数据计算得到的蓄量变化有显著偏差,其原因包括:①对流域水循环结构组成的认识不足且缺乏测量;②降水、径流与蒸散发数据存在不确定性;③时空尺度问题。     

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。     

黄淮海流域实际蒸散发时空演变规律分析

蒸散发是气候系统能量循环和水分循环的关键要素,探究黄淮海流域实际蒸散发的演变规律及其影响因素对深入理解该区域水循环对气候变化的响应具有重要意义。基于1980—2018年黄淮海流域的GLEAM蒸散发产品数据、气象数据和NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall检验及相关性分析等方法,分析了实际蒸散发的时空演变规律及其影响因素。结果表明：GLEAM产品的计算值在黄淮海流域的验证精度较好,流域内多年平均实际蒸散发量为474 mm,呈显著上升趋势。实际蒸散发的空间变化范围是183～708 mm,空间差异显著,呈现从东南向西北方向递减的趋势,季节的空间分布与年际分布特征基本一致。实际蒸散发与NDVI均呈显著正相关关系,与降水和气温以正相关关系为主。黄淮海流域降水变化不明显,气温显著升高,NDVI增加是流域内实际蒸散发量显著上升的主要原因。     

基于Budyko假设的滦河流域上游径流变化归因识别

近50年来,气候变化和人类活动在不同程度上对滦河流域水文过程产生了影响,为了识别径流变化的主要原因,以滦河流域上游地区为研究区,利用Mann-Kendall检验法等分析研究区1966-2015年气象及水文要素变化趋势,同时建立基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,运用弹性系数法对研究区径流变化的影响因素进行敏感性分析,并对各要素对径流变化的贡献进行定量评估。结果表明,1966-2015年间滦河流域上游地区年径流深呈显著减少趋势,年降水与年潜在蒸散发均无显著变化趋势。同基准期(1966-1979年)相比,下垫面变化是径流减少的主要影响因素,1980-1997年(影响Ⅰ期)与1998-2015年(影响Ⅱ期)下垫面变化对径流变化的贡献率分别为52.68%、88.12%。在气候要素中,降水对径流变化的影响大于潜在蒸散发的影响。     

遥感和再分析蒸散发数据精度评估:基于GRACE和流域月水量平衡模型的比较研究

采用GRACE陆地水储量变化数据和两参数月水量平衡模型(WBM-DP)分别构建了流域实际蒸散发月序列ET_GRACE和ET_WBM,以此为基准评价了两种遥感蒸散发数据MOD16、SSEbop和一种大气再分析蒸散发数据GLDAS-Noah在汉江流域上游的性能,解析了基准序列不同对蒸散发数据精度的影响。结果表明,GRACE数据和WBM-DP得到的2006—2014年汉江流域上游蒸散发基准序列在年尺度上较接近,但在月尺度上差异明显。WBM-DP可较好地模拟降水和潜在蒸散发作用下流域水储量的季节性变化特征,构建的蒸散发基准序列也更合理;而GRACE数据反映的流域水储量变化存在不合理现象,由此根据水量平衡方程推算的月蒸散发基准序列也具有异常现象。在月尺度上,基准序列的不同会导致蒸散发数据精度指标的非一致性变化,其精度评估结果也可能不同,在非汛期各月,以ET_WBM为基准时,MOD16综合精度最优;而以ET_GRACE为基准时,SSEbop最优。且相对于ET_GRACE,以ET_WBM     

华北山前平原灌溉农田深层土壤水分动态特征及渗漏量估算

以中国科学院栾城农业生态系统试验站的大埋深土壤水分剖面观测设施为依托,利用中子水分仪对15.4m深度的土壤水分进行连续1年的定位观测,同时通过定期采集深层土壤和水分样品,对该区土壤水分变动特征和深层入渗量进行了定量研究。结果表明:土壤水分在垂直剖面上的分布受土壤质地组成控制,同时在年内受降水事件和灌溉的影响而波动,随着土壤深度的增加,土壤水分的变异性呈减弱趋势;根区土壤水分受降水(灌溉)和作物耗水的共同影响而变化剧烈,根区以下土壤水分对降水的响应有一定延迟;在观测期间,整个15.5m深度的土壤剖面上有水分的盈余,土壤水贮量增加了216mm,但在小麦生育期土壤水分表现出耗损过程(土壤水贮量减少了208mm)。最后利用氯质量平衡法估算560cm深度处渗漏量约为65mm。     

Development and testing of soil water regime simulation models

Four soil water balance simulation models corresponding to specific soil-crop relations were developed for application to irrigation planning and management. The forms of the models were inferred from 18 months of weekly and bi-weekly soil water data and daily meteorological data. Soil water change is computed by budgeting of the water inputs and outputs, namely precipitation, evapotranspiration, drainage, and runoff. Actual evapotranspiration was found to be dependent on both potential evapotranspiration and soil water content. Empirical drainage functions were developed, but semi-empirical ones inferred from theoretical knowledge of soil hydraulic properties performed at least as well. Runoff functions were required to explain only exceptional conditions of very heavy rainfall. A quantitative assessment of each model's prediction accuracy was performed. The uncertainty that can be expected for any predicted value with a cumulative probability of 0.95 is in all cases within an interval of 1% of the soil water content in average conditions.     

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。     

植被覆盖的土质边坡土壤水分平衡模型及应用

土壤水分平衡模型在洪水预测、土壤湿度计算、灌溉设计管理以及全球气候变化影响的仿真分析上十分重要.以英格兰南部Newbury一个高速公路旁的边坡为例,介绍了土壤水分平衡模型的建立及应用.潜在蒸散量根据每日的气象观测资料,用FAO Penman-Monteith公式进行计算.在此基础上,建立了水分平衡模型并进行了校核,计算出的土壤湿度变化与时域反射仪(TDR)探头测量的数据一致.还利用建立的模型,模拟了2080年的气候条件变化对潜在蒸散量和土壤水分含量的影响.结果表明,该地区的日平均潜在蒸散量将增加10.7%,土壤水分消耗量将增加16.8 mm.     

降水补给地下水过程中包气带变化对入渗的影响

采用野外试验和室内试验方法,通过对不同降水量的入渗过程中岩土含水率和水势变化规律分析,发现入渗水流在包气带内下渗过程的岩土吸水、过水(即水分通量不变、且不等于零)和脱水的不同阶段,当岩土水势的梯度分别大于、等于和小于1cmH2O/cm(厘米水柱/厘米)时,岩土含水率分别表现为增加、稳定和减少。对包气带不同埋深的岩土含水率和水势变化特征分析表明,随着地下水位不断下降,包气带增厚对降水入渗补给地下水的影响程度和方式都发生改变。当包气带厚度小于潜水蒸发极限深度时,包气带的增厚使得岩土水分亏缺累积量增大,导致入渗速率和地下水获取的总入渗补给量减小;当包气带厚度大于潜水蒸发极限深度时,随着包气带厚度增大,入渗速率趋于稳定,无限时间内地下水获取的总入渗补给量不因包气带增厚而变化,但是有限时间内地下水获取的入渗补给量趋小。这是因为入渗途径的延长导致入渗所需时间增加,以至在有限时间内包气带内过剩的入渗水分尚未充分排出补给地下水。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限,一般很少超过4m,由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位;而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现,这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见,塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水,在甘肃正宁县建立了一个监测站,通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计,对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测,同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层,土壤水分具有周年的背景变化趋势,该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时,水分仅在表层循环,对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时,才会引起土壤含水率骤增,降雨量越大,土壤含水率增幅越大,影响深度越大,随着深度增加,增幅减小,时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m,2m以下的非饱和黄土中,水分以非饱和渗流或水汽形式迁移,水汽迁移量很小,但不可忽视,当遇到透水性差的古土壤层时,会在其顶部富集,长期作用则可能形成软弱带,诱发黄土滑坡。     

Evapotranspiration from a Mixed Deciduous Forest Ecosystem

The objectives of this paper were to determine evapotranspiration (ET) from an oak-beech dominated forest ecosystem in Belgrad Forest near Istanbul, Turkey by using catchment water balance method and compare it with potential evapotranspiration (PET) computed by using Thornthwaite method. Data, in this study, were derived from a long-term hydrological research conducted in Belgrad Forest. Long-term stream flow measurements (1979–1995) were conducted with concrete sharp-crested V-notch weirs instrumented with automatic water level recorders in two close experimental watersheds. ET values of the watersheds were determined by using water balance equation. Average annual ET values from the old growth oak-beech forest ecosystem during the monitoring period of 17 years were around 833.20 mm for W-I and 752.07 mm for W-IV whereas PET estimated according to Thornthwaite method was found to be 726.14 mm. In other words, 79.68%, and 71.93% of mean annual precipitation evaporated from W-I and W-IV, respectively while 69.45% of precipitation evaporated according to Thornthwaite method. PET estimated with Thornthwaite method differed significantly only from W-I whereas W-I and W-IV had similar ET values.     

土壤水分对玉米蒸腾特性的影响

针对干旱半干旱地区的农业用水短缺问题,以节水灌溉及水资源的合理利用为目标,利用包裹式茎流计对甘肃省会宁县玉米的蒸腾进行连续观测,并同步监测玉米地不同埋深下的土壤水势、土壤含水率及周围气象因子,研究土壤水分对玉米蒸腾特性的影响。结果显示:(1)在不同天气条件下,玉米蒸腾速率的日变化情况大致相同,均呈"几"字型的变化曲线。(2)不同埋深下土壤水势及含水率的日变化幅度不大,均呈缓慢下降趋势。土壤水势及含水量在晴天的变化情况比阴雨天的对称性更好;7月至8月,气温升高,玉米蒸腾耗水增加,土壤水势及含水率逐渐下降,20 cm深处的土壤水势变化幅度最大;20～30 cm深处的土壤水势与蒸腾速率的相关性稍好于10～20 cm深处的土壤水势与蒸腾速率的关系,这主要跟玉米的根系分布有关;各埋深下土壤水势与玉米蒸腾累积量的相关性都呈极显著正相关;30 cm埋深处土壤水分对蒸腾作用的影响比5 cm深处土壤水分对蒸腾作用的影响大。(3)对比发现蒸腾速率与土壤水势的相关性比与土壤含水率的好。结果表明,土壤水分是影响玉米蒸腾耗水差异的重要原因。     

Predicting irrigation water requirements in Auckland (New Zealand)

Four soil water balance models were used to produce four 31-year daily soil water data sets corresponding to specific plant-soil associations, using only daily meteorological data: mean daily temperature and Priestley-Taylor potential evapotranspiration. This information was used to quantify the soil water regime of each plant-soil relation and to obtain information about the occurrences of soil moisture deficit and corresponding irrigation requirements in the region of Auckland (New Zealand). The soil water regime was quantified by determining the probability of occurrence of any soil water storage value for each day of the year. Accordingly, the probabilities of occurrence of annual and monthly irrigation volumes of all magnitudes were determined. Soil moisture deficits occur every year in pasture, and about 9 years in 10 under kiwifruit. Deficits are mainly concentrated from December to March inclusive in pasture, and January to April inclusive under kiwifruit. Irrigation requirements follow the same distribution. The annual irrigation requirements are 240 mm for kiwifruit on Patumahoe clay loam, and 185 mm on Otao silt loam, with a return period of 3 years in 4. At the same level of probability, the requirements for pasture are 145 and 105 mm, respectively.     

Drought Characterisation Based on Water Surplus Variability Index

Drought assessment, characterisation and monitoring increasingly requires considering not only precipitation but also the other meteorological parameters such as an evapotranspiration. Thus, some new drought indices based on precipitation and evapotranspiration have been developed. This study introduces a new drought index named the water surplus variability index (WSVI). The procedure to estimate the index involves accumulation water surplus at different time scales. To approve the proposed procedure, the WSVI is compared with the standardized precipitation index (SPI), the reconnaissance drought index (RDI) and the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) based on 1-, 3-, 6- and 12-month timescales using data from several weather stations located in regions with different aridity index. Near perfect agreement (d?~?1) between WSVI and SPI, RDI and SPEI was indicated in humid and sub-humid locations. The results also showed that the correlation coefficients between WSVI and SPI, RDI and SPEI were higher for semi-arid stations than for arid ones.