基于云模型的淮北平原参考作物蒸散量时空分布

传统的时空分布分析方法仅可以描述参考作物蒸散量(ET0)的平均时空分布情况,难以对ET0时空分布的离散程度与稳定性进行量化。根据安徽淮北平原5个站点的气象数据与地理信息资料,采用彭曼-蒙特斯公式计算ET0,基于云模型分析了其时空分布特征。结果表明:年ET0呈下降趋势,春、冬季增长,夏、秋季减小;年ET0空间分布较为均匀,季节ET0空间分布不均匀;2004年较为分散而不稳定,1956年较集中而稳定;阜阳站较为分散而不稳定,宿县站较集中而稳定;ET0时间变化的离散程度相对于空间分布较小,稳定性相近。因此,基于云模型分析ET0时空分布特性可行、有效,研究结果可为淮北平原不同作物蒸散发以及旱灾、灌溉等研究提供科学参考。     

基于气温预报的HS公式短期逐日参考作物腾发量预报评价与分析

为了开展基于气温预报Hargreaves-Samani(HS)公式短期逐日参考作物腾发量预报评价分析,收集南京站2002—2013年逐日观测气象数据和2012—2013年预见期7 d的逐日天气预报数据,采用FAO-56 Penman-Monteith(PM)公式及2002—2012年气象数据计算逐日ET₀(参考作物腾发量),并对Hargreaves-Samani(HS)公式参数进行率定。采用率定后的HS公式开展2012—2013年预见期7 d的ET₀预报,并对预报结果进行精度评价和敏感性分析,结果表明:最低温度预报准确率要高于最高温度;校正后的HS公式各相关统计指标较好,HS公式ET₀计算校正值与PM公式计算值总体上一致,校正后的HS公式精度得到提高;ET₀预报精度随预见期增加而下降,且基于最低温预报的ET₀预报精度要高于最高温度;ET₀预报误差对低温预报的敏感性要小于高温预报,ET₀预报误差对夏季温度预报误差敏感性最大,而对冬季温度预报误差敏感性最小。     

新疆和田与陕西西安的ET_O的比较

对干旱区和半湿润区的参考作物蒸散量ET0进行比较。本文采用世界粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith PM公式(1974)计算得到新疆和田和陕西西安站1956～2005年的逐日ET0序列。将逐日ET0序列统计得到月序列、季序列、年序列,分析了两站的年和四季ET0的长期变化及ET0的年内变化;对年和四季ET0量值进行了影响因素分析。和田和西安的ET0的年内变化和年际变化均呈下降趋势,但是和田的ET0下降趋势不显著,西安的ET0下降趋势显著;气象因素对和田和西安的ET0的影响是相似的,但是日照时数对和田地区的ET0影响比对西安地区的ET0影响弱。     

Spatial variation of reference crop evapotranspiration on Tibetan Plateau

This study is based on meteorological observation data collected at 38 weather stations on the Tibetan Plateau over several decades. Daily reference crop evapotranspiration (ET0) was calculated with the FAO-56 standard Penman-Monteith formula. A test of normality was performed with Statistica 6.0 software, isotropic and anisotropic semi-variogram analysis was conducted with the GS+ (geostatistics for the environmental sciences) system for Windows 7.0, and the characteristics of spatial variation of daily ET0 were obtained. The following results can be obtained: Daily ETo for different periods on the Tibetan Plateau are distributed normally; Except for daily ETo in the E-W (east-west) direction in the summer, which showed a slight negative correlation with distance change, the Moran's indexes of daily ET0 for different periods in all directions on the Tibetan Plateau within a 100-km distance were positive, demonstrating a positive correlation with distance change; Variograms of daily ET0 in June, the dry season, the wet season, as well as annual average daily ET0 fit well with the Gaussian model; A variogram of daily ET0 in December fit well with the exponential model; Variograms of daily ET0 for the four seasons fit well with the linear with sill model.     

基于LSTM深度学习模型的华北地区参考作物蒸散量预测研究

为有效提高华北地下水漏斗区参考作物蒸散量ET_0的预报精度,本文以华北地区7个气象代表站1958—2010年ET_(0-PM)(Penman-Monteith,P-M)的历史时间序列为训练集构建LSTM模型,以2011—2017年ET_(0-PM)的时间序列为验证集将LSTM模型与其他4种经验模型进行对比分析。结果表明:LSTM在华北地区预测的整体评价指标Gpi(Global performance indicator)排名第一,该模型可以作为华北地区逐月ET_0预测的推荐模型,为我国精准农业灌溉预报提供科学的依据。     

拉萨河流域潜在蒸散发的气象因子敏感性

蒸散发可以反映气候变化对水资源的影响状况,根据拉萨河流域两个站点1955-2018年的逐日气象数据,采用FAO-56-Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发(ET_0),进而采用敏感性分析、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率及小波分析等方法对拉萨河流域ET_0的变化特征及其影响因素进行分析。对比两个站点的变化规律,结果表明:流域ET_0整体对最高温度最为敏感,最高温度的贡献率最大,气象因子的敏感系数年内变幅为相对湿度最高温度风速日照时数最低温度;流域ET_0的日变化趋势为每10年增加0.03 mm,Mann-Kendall检验流域ET_0增长并不显著;流域的ET_0在25～30a尺度上周期振荡明显,出现了7次循环交替。     

Temporal variations of reference evapotranspiration and its sensitivity to meteorological factors in Heihe River Basin,China

On the basis of daily meteorological data from 15 meteorological stations in the Heihe River Basin(HRB) during the period from 1959 to 2012, long-term trends of reference evapotranspiration(ET0) and key meteorological factors that affect ET0 were analyzed using the MannKendall test. The evaporation paradox was also investigated at 15 meteorological stations. In order to explore the contribution of key meteorological factors to the temporal variation of ET0, a sensitivity coefficient method was employed in this study. The results show that:(1) mean annual air temperature significantly increased at all 15 meteorological stations, while the mean annual ET0 decreased at most of sites;(2) the evaporation paradox did exist in the HRB, while the evaporation paradox was not continuous in space and time; and(3) relative humidity was the most sensitive meteorological factor with regard to the temporal variation of ET0 in the HRB, followed by wind speed, air temperature, and solar radiation. Air temperature and solar radiation contributed most to the temporal variation of ET0 in the upper reaches; solar radiation and wind speed were the determining factors for the temporal variation of ET0 in the middle-lower reaches.     

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。     

气象数据缺测条件下参照腾发量的计算方法

利用河北雄县和望都两气象站的数据，对FAO推荐的气象数据缺测时参照腾发量的计算方法进行了检验和评价，分析了参照腾发量对各气象要素的敏感性，提出了在气象数据缺测条件下适应我国北方平原区气候条件的参照腾发量的计算方法。     

滇池流域多年ET_0及其影响因素变化趋势分析

分析滇池流域多年参考蒸腾蒸发量(Reference Evapotranspiration,ET_0)及其影响因素的变化趋势,为该流域水资源合理配置和作物需水规律研究提供一定的理论基础。采用联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的彭曼-蒙蒂斯公式(Penman-Monteith)以及经验公式法Hargreaves(Har)和IrmarkAllen(Irm-All)计算了滇池流域昆明气象站近38年(1980—2017)的ET_0,研究多年ET_0的变化趋势和气象因素对其的影响。三种方法计算得出的年际平均ET_0整体变化均呈上升趋势,且Hargreaves公式计算的结果最为明显。采用线性趋势法、Mann-Kendall法和累积距平法对计算得出的ET_0进行趋势检验分析,表明彭曼-蒙蒂斯公式和Hargreaves公式计算的结果在2008年左右发生突变,IrmarkAllen公式在2012年和2016年分别发生了突变。对影响ET_0的气象要素变化趋势进行分析,相对湿度和平均最低气温多年变化呈下降趋势,日照时数、风速和平均最高气温均表现为上升趋势。通过相关分析,彭曼-蒙蒂斯公式与Hargreaves公式计算时对其影响最大的气象因素是日最高气温,影响Irmark-Allen公式计算结果的气象因素是平均气温。     

Trend Analysis in Reference Evapotranspiration Using Mann-Kendall and Spearman’s Rho Tests in Arid Regions of Iran

In this research, temporal trends of reference evapotranspiration (ET0) values were investigated in arid regions of Iran. For this purpose, meteorological observations collected from 11 high quality meteorological sites over a 41-year period (1965–2005) were used and statistically significant ET0 trends in the monthly, seasonal and annual time basis were detected using nonparametric Mann-Kendall (MK) and Spearman’s Rho (SR) tests at the 5% significant level. To eliminate the effect of serial correlation on the test results, the Trend Free Pre-Whitening (TFPW) approach was applied. The results of this study indicated that the ET0 trends for some cities were increasing (positive) however, for some sites, they showed decreasing (negative) trends. The most number of significant ET0 trends on a monthly time scale occurred at Birjand but no significant trend was observed at the Bandarabbas, Sabzevar and Semnan sites. On the annual time scale, Mashhad revealed the highest positive trend (7.5 mm per year). On the other hand, Esfahan showed the highest decreasing (negative) ET0 trend of about −6.38 mm per year. In general, the performances and abilities of the MK and SR tests were consistent at the verified significant level.     

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。     

陕西省潜在蒸散发的敏感性及变化成因分析

潜在蒸散发(ET_0)是准确估计作物需水量和合理制定农田管理制度的重要参考依据,分析其对气象要素的敏感性对评估区域陆地水资源利用效率具有重要意义。根据陕西省1955-2015年的20个气象站的逐日实测气象数据,利用Penman-Monteith方程计算逐日ET_0,应用敏感性公式计算ET_0对最高气温、最低气温、相对湿度、平均风速、日照时数等5个关键气候要素的敏感系数,探究敏感系数的时空分布规律及变化趋势;并结合气象要素的多年变化定量分析的变化ET_0成因。结果表明:(1)ET_0对气象要素的敏感系数年内变化幅度依次为:相对湿度日照时数最低气温风速最高气温。(2)陕西省年均ET_0对气象要素的敏感程度均在"中"等级以上,相对湿度最为敏感;年际敏感系数显著增减变化趋势南北差异大,且空间分布特征表现不一。(3)ET_0与关键气候要素之间呈现的复杂非线性关系,使各气象站ET_0变化的主导气象要素也不尽相同,存在明显空间差异。     

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。     

喀斯特山区蒸散发的时空变异特征分析——以贵州省为例

掌握喀斯特山区蒸散发的时空变异特征,为水资源的合理规划和优化配置提供科学依据。利用MODIS16遥感数据,在数据精度验证的基础上,运用GIS统计法、变异系数法和线性趋势法,探讨2000—2014年贵州省蒸散发的空间格局、年际和年内变化规律及不同土地覆被类型下的蒸散发特征。结果表明:(1)2000—2014年,贵州省实际蒸散发(ET)多年平均值为850.36 mm,呈西低东高,南高北低态势;潜在蒸散发(PET)多年平均值为1 473.58 mm,呈东北向西南递增态势。不同土地覆被类型下ET最大的是林地,而林地的PET最小。(2)PET年际变化率为3.88 mm/a,呈弱增加趋势;ET年际变化率为0.39 mm/a,基本保持稳定,表明贵州省水资源呈减少趋势,具有干旱化倾向。ET空间上呈东、西部减少、中部增加趋势,PET呈东、南和西三面减少、北部增加趋势。(3)ET和PET均呈单峰型。ET在7月最大,PET在6月最大,二者均在12月最小。二者在3—6月差距最大,为贵州省春旱和夏旱时期。不同土地覆被类型下ET和PET均呈单峰型,植被生长季节ET差距大,林地增长速度最快,植被成熟期PET差距最大。(4)ET和PET具有较强的季节性。ET季节性空间差异非常显著,在于林地的植被蒸腾作用对全年ET贡献较大。     

Application of Artificial Neural Networks to Project Reference Evapotranspiration Under Climate Change Scenarios

Water Resources Management - Evapotranspiration is sensitive to climate change. The main objective of this study was to examine the response of reference evapotranspiration (ET0) under various...     

Response of Soil Moisture to Hydro-meteorological Variables Under Different Precipitation Gradients in the Yellow River Basin

Soil moisture (SM), an indicator of the amount of water entering into an ecosystem, is an important component of hydrological cycling. In this study, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was used to explore spatiotemporal variations in SM and its responses to precipitation (P) and actual evapotranspiration (ET) in the Yellow River basin (YRB), a large water-limited basin in China. Results showed that model simulations performed well while drawing several important conclusions: (i) Annual P, ET, and SM exhibited a decreasing trend. On a seasonal scale, SM exhibited a negative trend with the exception of summer. On a monthly scale, SM was highest in September and lowest in June. Greater than half of the total area within the three precipitation gradients (PGs) exhibited a decline in SM, ranging between 53.16 and 74.63 %, indicating that YRB has been experiencing an increasingly severe drought period over the past 50 years. (ii) SM was positively correlated and more sensitive to P in descending order from arid regions, semi-arid regions, and semi-humid regions. SM was negatively correlated to ET in YRB but positively correlated to ET for each PG investigated. (iii) SM lagged behind P and ET by 0–3 months for YRB and all PGs, and time lags were relatively shorter in more arid areas. This study provides useful information for early warning of land water shortages. It also offers scientifically-based suggestions on ecosystem recovery and sound soil and water management practices for water-limited basins.     

北京地区夏玉米滴灌下土壤水分分布及水分利用效率的研究

在北京地区开展滴灌条件下不同灌溉水量的夏玉米田间试验,通过测定土壤含水量和夏玉米产量,研究滴灌条件下不同灌溉水量对土壤水分分布及水分利用效率的影响.研究结果表明：由于2012年是丰水年份,在相同土层各灌水处理之间的土壤水分分布差异性较小;各灌水处理耗水总量随着灌水量的减小而减小,但在丰水年份均能满足夏玉米需水的需要,各灌水处理夏玉米全生育期内土壤蓄水供水基本平衡;各灌水处理水分利用效率随着灌水量的减小而增大,30豫（ ET0-P）的灌水方式可以获得较高的水分利用效率.因此,在研究区种植夏玉米若采用30豫（ ET0-P）的滴灌灌水方式进行灌溉,耗水量为368.5 mm,灌水量仅为42.9 mm,夏玉米减产幅度较低,提高了水分利用效率,从而实现高效用水的目的.     

黄河下游大型引黄灌区蒸散发长期变化特性

采用生态水文模型模拟黄河下游大型引黄灌区———位山灌区1984—2006年的水量平衡过程,分析蒸散发量的长期变化规律。结果表明:位山灌区多年平均蒸散发量为596mm,占降雨和灌溉总量的82%;小麦和玉米生长期内多年平均蒸散发量分别为284mm和314mm,分别占降雨和灌溉总量的99%和71%;降雨量的年际变异性较大,但受灌溉的影响蒸散发量的年际变异性较小,且无显著的时间变化趋势;作物主要生长期内蒸散发量的年际变化主要与潜在蒸发量有关;蒸散发量的季节变化主要受潜在蒸发量和作物生长过程的控制。     

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。