灌区不同空间尺度显热通量测定方法的对比分析

摘要：本文利用安装在山东省位山灌区典型农田内的大孔径激光闪烁仪 （LAS） 和涡度相关系统 （EC） ,测定了不同空度尺度上的显热通量,对比分析了两个系统测定结果在不同作物条件下的相关关系,讨论了造成二者偏差的可能原因。结果显示,在研究区域的农田下垫面条件下LAS和EC系统测定的显热通量之间存在较好的一致性;LAS的测量结果略大于EC测量值,这可能是由下垫面不均匀性、二者源区不一致以及EC测量值偏小造成的。研究证明,LAS是测定区域平均显热通量较为可靠的方法。     

基于站点观测和水量平衡的四种蒸散发产品在我国的评估与对比

【目的】蒸散发是陆面水循环的关键环节，蒸散发产品的评估与对比能够为产品运用和改进提供参考。【方法】对4种全球蒸散发产品分别进行了站点尺度和流域尺度的精度分析，在此基础上就产品蒸散发时空格局进行了对比。【结果】结果显示：与全国12个站点通量观测数据对比中，PML＿V2产品的精度最高，其后依次是ERA5-Land、EB-ET和MOD16A2;在农田类通量观测数据对比中PML＿V2表现最好，自然植被类(草地、森林)通量观测数据对比中ERA5-Land表现最好；与基于水量平衡法计算的中国九大流域多年平均蒸散发比较，4种产品的决定系数为0.89～0.96,表现最好的是EB-ET产品，4种产品有各自适用的流域。蒸散发时空格局对比结果表明，ERA5-Land与其它3个产品差异最大，ERA5-Land模拟的全国年均蒸散发最大且有逐年下降趋势，多年平均蒸散发在西北干旱区农田和我国东部分别出现低估与高估。【结论】结果表明：4种产品在不同下垫面条件下的精度有明显区别；在流域等大尺度应用中能够符合精度要求，但在时空格局方面仍有较大差异。     

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     

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。     

陕西卤泊滩改良盐渍农田实际蒸散发估算方法比较

蒸散发是能量循环与水循环的结合,准确测定与估算区域蒸散发对水资源规划与管理、农业节水研究、作物产量模拟等方面具有重要的现实意义。以陕西省富平县改良盐渍农田为研究对象,以涡度相关法的实测资料为基准,采用Hargreaves-Samani法(HS法)、修正的彭曼-蒙蒂斯法(P-M法)、Priestley-Taylor法(P-T法)估算盐渍农田实际蒸散量,比较并检验了在不同时间尺度,不同生育期,不同天气条件下这些估算方法的精度,以期为类似盐渍农田蒸散量估算提供借鉴。计算结果表明:在研究期内,P-M法估算效果最优,P-T法次之,HS法效果较差,且精度允许范围内,从计算方法的繁简与需求资料难易角度考虑,P-T法较P-M法更适合。     

蒸散发研究中时间尺度拓展方法的对比分析

蒸散发是地面与大气水分平衡的重要组成部分,现代遥感技术的进步为蒸散发研究在时空尺度上的拓展提供了可能。以辽宁省本溪市为研究区域,对蒸发比法、改进蒸发比法、正弦关系法和天文辐射法等4种蒸散发时间尺度的扩展方法进行了比较,结果显示改进蒸发比法精度较高,具有区域适用性。     

陆地蒸散发分割方法及影响因素研究进展

蒸散发（ET）是陆地水文循环的重要组成部分,蒸散发分割及其影响因素辨识在气象、水文和农业等领域均有重要意义。为研究不同蒸散发分割方法的适用性及不同时间尺度上蒸散发分割的影响因素,在总结不同蒸散发分割方法优缺点的基础上,探讨了日和季节两个时间尺度上蒸散发分割的影响因素。结果表明：水文气象和同位素方法适用于田间尺度,数值模拟方法适用于区域尺度;在日尺度上蒸腾和蒸散发比值（T/ET）与太阳辐射、土壤温度及植被类型（体现在气孔导度差异）等因素呈正相关关系,在季节尺度上T/ET与植被生长状况呈正相关关系,与降水（降水量和降水频次）及土壤含水量呈负相关关系。最后,总结了蒸散发分割研究中存在的不足,从蒸散发分割的方法和影响因素两方面提出了未来研究需要解决的关键问题,以期为蒸散发分割的研究提供参考。     

黄河流域1961—2012年蒸散发时空变化特征及影响因素分析

基于黄河流域1 500个0.25°×0.25°网格,应用可变下渗能力模型VIC-3L计算1961—2012年黄河流域水文过程,获得日尺度的实际蒸散发量和潜在蒸散发量数据。运用Mann-Kendall趋势检验方法和Budyko水分能量平衡公式,分析了实际蒸散发量、潜在蒸散发量、蒸散发率和干燥指数的时空变化趋势及蒸散发受水分能量供应条件限制情况。结果表明:总体上实际蒸散发量和潜在蒸散发量呈减小趋势,其中潜在蒸散发量减小趋势显著,但在流域不同区域的增减趋势不同;蒸散发率和干燥指数的变化不明显;黄河流域上游蒸散发主要受能量供应条件限制影响,而中下游受水量供应条件限制影响较大。     

沙颍河中上游水面蒸发量变化趋势分新

蒸散发是自然界中水文循环和水量平衡的重要内容,是水文循环中受气候变化影响最直接的一项,其对区域内的大气水量平衡和流域内的水量平衡具有重要意义。因此,对蒸散发的研究是水文水资源分析研究、水资源评价、水利工程规划设计等工作的一项重要内容。此外,蒸散发变化的研究对深入了解气候变化规律和探讨气候变化的原因具有十分重要的意义。     

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。     

用Hargreaves法与Penman-Monteith法计算ET_0——以太湖流域的应用为例

为了在太湖流域找到一种适合资料缺乏地区的蒸散发计算方法,利用太湖以西宜兴市梅林试验区的气象监测资料,以PM(Penman-Monteith)公式为标准,评价Hargreaves方法计算潜在蒸散发量(ET0,即参考蒸散发量)的效果。结果表明:在太湖流域应用Hargreaves方法计算的ET0与PM方法的计算结果吻合较好。Hargreaves法在日、旬、月尺度上结果与PM法结果均保持较好的变化趋势及峰值的一致性,误差随计算时间段的延长而减小。在阴雨天较多的夏季采用Hargreaves方法计算ET0,结果会明显偏高。两种方法具有很好的相关性,可以此为依据建立修正方程。经过线性回归方程修正的Hargreaves法计算结果平均相对误差明显下降,并且以日ET0结果改进最多。     

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。     

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。     

An Experimental Study on Evapotranspiration Data Assimilation Based on the Hydrological Model

The accurate estimation of watershed evapotranspiration (ET) has been a research hotspot in the field of hydrology and water resources for a long time. This study aims to develop a new comprehensive method integrating the advantages of the hydrological model and remote sensing data for improving the daily ET processes simulation. For the purpose, a data assimilation (DA) approach was established on the basis of a physical-based hydrological model, Distributed Time Variant Gain Model (DTVGM). Due to the calculation of ET by using soil moisture recurrence relations in distributed hydrology model, ET was expressed by state variables, in combine with the remote sensing data of ET through a two-layer model, by using ensemble Kalman filter (EnKF) for ET assimilation and constructed a ET assimilation system based on DTVGM, obtained more accurate continuous time series values of ET. Applied in Beijing Shahe River Basin, the DA approach made the simulation shift towards the remote sensing results. According to the verification based on the measurement data of the flux station, the mean absolute percentage error of the DA-based ET was reduced from 25.8 to 8.2 % in No. 1 hydrological unit. The DA approach improved the ET simulation accuracy of hydrological model, and provides a new effective method for daily ET estimation.     

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。     

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.     

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。     

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。     

Hierarchical Fuzzy Systems Integrated with Particle Swarm Optimization for Daily Reference Evapotranspiration Prediction: a Novel Approach

Water Resources Management - Reference evapotranspiration (ET0) is a crucial element for deriving irrigation scheduling of major crops. Thus, precise projection of ET0 is essential for better...     

遥感估算蒸腾蒸发量的时空尺度推演方法及应用

本文提出了适合任意蒸腾蒸发量(ET)的时空尺度推演方法，建立了不同土地类型区域的水分盈亏计算方法。利用NOAA/AVHRR和Landsat TM遥感数据分别反演出影像，获取当天的实际蒸腾蒸发量，通过Penman-Monteith公式并使用气象数据计算出参照蒸腾蒸发量，然后用空间和时间的推演法，形成高分辨率、长时间序列的遥感反演ET结果，同时对降雨量进行样条插值得到数字图像。以此为基础，通过区域水量平衡分析方法对通县1999年的区域水分盈亏状况进行了研究。