基于BEPS-Terrainlab v2.0模型鄂西犟河流域1999年—2016年蒸散发模拟分析

蒸散发在水循环中占据着重要地位,采用模型模拟法研究小流域尺度的蒸散发具有高时间、空间分辨率的优势.该文选取湖北省十堰市犟河流域为研究区,基于BEPS-Terrainlab v2.0模型,利用Landsat5-8遥感影像和气象资料等数据,以日为时间步长模拟了研究区内1999年—2016年的蒸散发.模拟结果与MODIS蒸散发产品MOD16A2进行对比,二者年内变化相关系数R2＝0.92,MODIS数据时空分辨率均低于模拟数据,但也在一定程度上验证了模拟的可靠性.模拟结果显示：时间变化上,流域内蒸散发在年内呈单峰状分布(春季156.9 mm、夏季302.5 mm、秋季133.5 mm、冬季18.5 mm);年际上呈现波动变化,有一定周期性,总体有上升趋势.空间分布上,流域内蒸散发分布植被区高于非植被区,不同植被类型蒸散发不同(阔叶>混交>针叶>农田),不同高程蒸散发也不同(500～700 m区间内最大).经过相关性分析,气温、太阳辐射对蒸散发年内变化影响较大,通过了0.01的显著性检验;叶面积指数、降水对年际变化影响较大,通过了0.05的显著性检验.     

近20年来黄土高原蒸散发变化规律及其驱动因素

由于气候变化与人类活动的影响，黄土高原蒸散发(evapotranspiration)及其组分发生了显著变化，进而影响了流域水文过程及其水资源可持续利用。该文基于多元数据融合，采用变化趋势分析和多元回归残差分析等方法，分析了2001—2020年黄土高原蒸散发及其组分的变化特征，以及其对气候变化和人类活动的响应机理。结果表明，2001—2020年黄土高原蒸散发年均增长2.869 4 mm(R²=0.384 6),影响其变化的因子主要有非植被下垫面、饱和水汽压差和降雨，贡献率分别为23.47%、21.31%和12.22%;植被蒸腾呈增长趋势，且占比增加，年均增长3.716 5 mm(R²=0.527 1),影响其变化的因子主要有非植被下垫面、饱和水汽压差和植被，贡献率分别为22.13%、19.43%和15.86%;截留蒸发也呈增长趋势，年均增长0.354 mm(R²=0.694 6),且占比增加，影响其变化的因子主要有非植被下垫面、植被和饱和水汽压差，贡献率分别为22.24%、13.85%和12.47%;土壤蒸发呈下降趋势，年...     

气候变化下乌江流域蒸散发互补关系变化及成因辨识

为了阐明气候变化下乌江流域蒸散发互补关系的变化及其成因,利用乌江思南以上流域1961-2007年的水文、气象资料,验证了该区域蒸散发量存在互补关系;采用蒸散发互补关系模型和两参数月水量平衡模型估算该区域蒸散发量,并分析了气候变化下该区域蒸散发互补关系的变化.结果表明:乌江流域蒸散发互补关系显著,基于互补关系估算的该流域...     

气候变暖背景下黄河源区白河和黑河流域径流变化归因分析

使用Mann Kendall检验和STARS法对黄河源区白河和黑河流域1985-2016年水文气象序列进行趋势分析和突变点诊断,利用基于Budyko假设的傅抱璞公式定量评估气候变化(包括降水和潜在蒸散发)和人类活动对流域径流变化的影响程度.结果显示,两个流域气温上升趋势显著,年径流都呈减少趋势,降水和潜在蒸散发都增加,潜在蒸散发变化幅度大于降水.白河流域径流与降水均未发生突变,径流主要受气候变化影响.黑河流域径流发生两次突变,分别为1994和2012年.弹性系数计算结果显示,黑河径流的降水、潜在蒸散发以及下垫面弹性系数分别为3.82,-2.82,-0.74,表明与人类活动相比,黑河径流对气候变化更加敏感,降水比潜在蒸散发发挥的作用更大.归因分析表明,降水、潜在蒸散发和人类活动对两次黑河径流突变的相对贡献分别为-18.34%、30.12%、88.22%以及74.47%、-40.51%、66.04%,人类活动是导致黑河流域径流变化的主要原因.     

红原县参照蒸散发的计算和影响因子分析

为研究高寒地区参照蒸散发与气候因子之间的关系,以红原县为研究对象,收集了红原县7年的气象因子监测数据,利用Penman-Monteith(P-M)方法计算了该区域的参照蒸散发量并对其时间变化特征进行了分析.结果表明:该区域参照蒸散发存在明显的季节性变化,在夏季达到最高值.同时,通过单因子敏感性分析方法,研究了该区域气象因子对参照蒸散发的影响.研究发现,对参照蒸散发影响较大的气象因子依次为大气压、气温和日照时数.     

大规模植被恢复对黄土高原生态水文过程的影响

黄土高原退耕还林工程实施以来,大量坡耕地被转化为草地和林地,植被恢复效果显著,水土流失得到了有效控制.但是,由于植被剧烈变化,导致部分区域水资源供需矛盾进一步加剧.针对上述问题,本研究采用定位观测与模型模拟相结合的方法,在考虑植被恢复对地表水热过程影响的基础上,将双源蒸散发模型与遥感技术相结合实现尺度转化,构建考虑植被动态变化的区域尺度蒸散发模型,分析大规模植被恢复后黄土高原蒸散发、降水、径流量的变化趋势,明晰植被重建对生态水文过程的影响.结果表明,退耕还林(草)工程实施后,黄土高原全区降水以5. 16mm·a~(-1)的速率增加,而植被恢复最剧烈的16个子流域河川径流量呈不断下降趋势,平均降幅为-1. 45mm·a~(-1).受植被恢复与重建的影响,研究区蒸散发以4. 39mm·a~(-1)的速率增加,植被恢复导致的冠层蒸腾上升是蒸散发增加的主要因素.基于上述结果,我们建议应当加强对黄土高原雨水资源潜力的利用,缓解植被剧烈变化导致的水资源消耗,并根据不同植被类型的蒸散耗水规律和区域土壤水分植被承载力,提出基于土壤水资源消耗补给平衡的植被恢复策略,以期为黄土高原生态恢复可持续发展和黄河流域水资源高效利用提供科学支撑.     

长江流域实际蒸散发的遥感估算及时空分布研究

蒸散发是地表水热过程的关键环节.准确估计蒸散发对气候变化研究、水资源管理、作物估产以及环境保护等具有重要意义.本文结合中国区域气候和土地利用特征,改进地表能量平衡系统(surface energy balance system,SEBS)模型,估算了长江流域多年蒸散发量.结合基于模型树集成算法获得的全球蒸散发观测产品以及基于流域多年水量平衡的年蒸散发数据,验证估算精度.结果表明:SEBS模型获得的长江流域蒸散发与基于全球通量观测站的蒸散发集成数据产品的平均相对百分比误差约为10.15%,确定系数为0.98,均方根误差为7.11 mm·月~(-1),具有较好的相关性和一致性,且可以达到更高的空间分辨率;SEBS估算的年均蒸散发与区域多年水量平衡结果的误差为6.29%,模型精度较为可靠;长江流域年均蒸散发总量变化不明显,在二级水资源区内蒸散发的变化量有较大的空间变异性,鄱阳湖流域年均蒸散发值最大,金沙江流域最小,汉江流域季节变异最明显;受气候和人类活动影响,高原地区、江汉平原、太湖流域蒸散发有较为明显的下降趋势.     

黄河上游流域径流变化特征与归因分析研究

基于黄河上游头道拐水文站1982-2015年的月尺度径流量数据，采用累积距平值方法识别径流突变年份，继而分析研究区生态水文气象要素的年内变化规律，然后采用多元线性回归方法，评估了气候变化和人类活动对黄河上游植被变化的贡献率.最后，运用Budyko假设方法计算了人类活动引起的植被变化和气候因子(包括降水、蒸发和气候变化引起的植被变化)对黄河上游径流变化的贡献率.结果表明：(1)头道拐水文站的年径流量存在着明显减小的趋势，并且年内分配更加均匀；(2)归一化植被指数、年平均降雨量和年平均参考蒸散发量均呈现逐渐增长的趋势；(3)人为因素在黄河上游植被覆盖率增长方面发挥了主要作用，贡献率为75.02%;(4)气候因子(包括降水、蒸发和气候变化引起的植被变化)和人类活动引起的植被变化对头道拐水文站径流变化的贡献率分别为36.81%和63.19%.     

中国植被物候研究进展及展望

本文围绕气候变化背景下的中国植被物候研究,梳理了植被物候对气候变化的响应机制,分析了中国植被物候变化对陆地生态系统碳、水和能量循环的影响,植被物候变化对局地气候的反馈机制以及通过大气环流对气候系统的影响．主要结论:1)中国植被生长季开始日期提前1~6 d?(10 a)–1,结束日期推迟2~5 d?(10 a)–1,生长季显著延长;2)中国中高纬度地区植被对温度的响应明显高于亚热带和热带地区,温度在控制植被物候的过程中起到多重作用,降水主要影响干旱和半干旱地区的植被物候;3)植被生长季延长增加陆地生态系统生产力,增加中国碳汇;4)植被物候变化改变植被的蒸散发量,从而改变我国的流域尺度河流径流;5)在中国大部分地区,植被物候变化对气候系统产生负反馈作用,甚至影响大气环流过程．中国植被物候的研究越来越多,但仍存在亟待解决的科学问题,比如未来中国植被物候研究需要更加关注遥感数据反演精度,明确物候响应气候变化机制的尺度效应,结合机器学习等智能算法改进物候模型提高物候模拟精度,并重视农作物物候,加强物候与森林管理结合研究以提高我国生态系统碳汇能力,积极面对碳中和带来的机遇与挑战．      

1990—2010年间我国北方农牧交错带植被覆盖度变化归因

以我国北方传统农牧交错带为研究区,以植被归一化指数(NDVI)表征地表植被覆盖度,对土地利用数据和降水量、气温等气象数据两大类影响因子进行相关性分析.研究发现:1990—2010年该地区主要土地利用类型发生了显著的相互转化,但占优势的仍是草地、耕地和林地,土地利用和景观结构未发生重大变化.研究期间,北方农牧交错带耕地、林地和未利用土地植被覆盖度均有所增加,草地植被覆盖度有所减少.植被覆盖度与年均降水量呈极显著相关性,1990—2010年农牧交错带降水呈减少趋势,植被覆盖度上升趋势明显.植被覆盖度与同期年均气温数据也呈现一定的正相关性,1990—2010年农牧交错带气温变化属于升温趋势,植被覆盖度上升趋势明显.研究表明北方农牧交错带植被覆盖度变化是在全球气候变化和人类活动的双重影响下发生的,土地利用变化和降水、气温气象数据两种因素对植被覆盖度的影响具有明显的地域性特征,土地利用变化因子的影响由于受政策和人类活动的参与而正逐渐占据着主导地位,而气候条件中,气温升高对植被覆盖度具有一定的正相关性,降水量因子在径流量充沛地区影响作用较弱,但在水源缺乏,人类活动干预较少农牧交错带西北地区仍然有着重要的影响作用.     

淮河流域参考蒸散发量变化分析

利用淮河流域26个气象观测站的观测资料,采用Penman-Monteith法计算流域的参考蒸散发量,结合参考蒸散发对气象因子的敏感性分析以及气象因子在1960—2008年的变化,定量评估气象因子变化对蒸散发的贡献程度,进而分析流域近50 a来参考蒸散发量的变化及其原因.结果表明:淮河流域绝大部分地区的年参考蒸散发总量呈下降趋势,淮河以北地区的下降趋势比淮河以南地区更为显著.造成这种变化的主要原因是太阳辐射量的减少和风速的降低,淮河以南地区受相对湿度变化的影响,下降幅度小.     

基于SEBS模型的黑河流域蒸散发

利用MODIS遥感数据并结合地面气象观测数据,应用SEBS模型对黑河流域的蒸散发进行了估算,得到了黑河流域蒸散发的分布.结果表明:SEBS模型在估算黑河蒸散发上具有一定的精度,可满足区域日蒸散发估算的需要.     

考虑植被盖度的城市蒸散发模拟研究

基于城市涡动相关系统每30分钟蒸散发数据, 结合足迹源区分析及研究区域遥感数据, 获取源区植被盖度, 构建基于随机森林的蒸散发模拟方法。将此模拟方法应用于涡动系统空缺值插值, 并探究深圳干湿季蒸散发的主要控制因子, 得到如下结论。1) 与不考虑植被盖度的随机森林模型及边际分布抽样算法(MDS)相比, 考虑植被盖度的随机森林模型可以更高精度地模拟城市蒸散发。与实测数据相比, 模型的R²=0.73, RMSE= 20.5 W/m², MAE=13.3 W/m², pbias=0.8%。2) 对湿季日间较高蒸散发时期的空缺值进行插值, 考虑植被盖度的随机森林模型显著优于MDS模型。与实测数据相比, MDS插值模型低估 12.4%, 而随机森林模型低估 4.7%。3) 深圳湿季期间, 植被盖度是蒸散发的主要控制因素。在干季, 温度、净辐射以及饱和蒸气压差是蒸散发的主要控制因子。     

气候变化对我国华南沿海地区水资源的影响——以南流江流域为例

为研究气候变化对我国华南沿海地区的水资源的影响,以南流江流域作为研究对象,应用具有物理机制的分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟。以常乐站1970~1994年月径流数据对模型进行率定,以1995~2013年月径流数据进行验证,基于南流江流域气候变化预估成果设置20种未来气候情景,模拟不同气候变化条件下的流域水文过程,计算不同情景下南流江流域径流及蒸散发的变化,分析气候变化条件下的水资源响应程度。结果表明:月径流模拟值与实测过程线总体拟合程度很好(R20.85,Ens0.8),SWAT模型在南流江流域具有较好适用性;降水是影响南流江流域径流变化的主要气候因子,而影响蒸散变化的主要气候因子是气温。降水不变时,气温每上升1℃,年均蒸散发量增加9.1 mm,年均径流量减少9.2 mm;气温不变时,降水量每增加10%,年均蒸散发量增加5.1 mm,年均径流量增加159.3 mm。预计到本世纪中叶,南流江流域年均径流变化幅度为-29.6%~27.6%,到本世纪末的变化幅度为-30.5%~26.7%,这将对南流江流域带来一系列的问题与挑战。     

基于特征空间法的美国南部大平原蒸散发遥感反演

蒸散发是地表能量平衡和水热循环的重要环节,准确估算对区域水资源合理开发利用、农业节水研究以及气候调节等至关重要。特征空间法作为蒸散发反演的主要方法之一,因其对地表参数的依赖较小,具有较好的优势。然而,该方法在干湿边界确定时却存在一定的主观性和不确定性,给出相应的干湿边界理论公式,以美国南部大平原为研究区,利用MODIS遥感数据,构建具有时空二维属性的地表温度——植被指数特征空间,获得了2017年美国南部大平原蒸散发;并采用站点数据进行验证,分析时空分布规律。结果表明:本文方法对于研究区地表蒸散发模拟精度较高,略微存在高估,与观测值相关系数(r)达到0.86,均方根误差(RMSE)和偏差(B)分别为1.07 mm和0.06。从时空特征分析,蒸散发年内变化呈单峰型分布,与植被生长周期相一致。此外,蒸散发季节差异显著,夏季蒸散发最高,春秋次之,冬季最低,并且四季蒸散发空间分布趋势均呈东南向西北递减。     

考虑植被对降雨变化响应的流域水量平衡

为研究降雨变化对流域水量平衡的直接及间接影响,该文基于Eagleson的生态水文最优性理论,建立了植被盖度降雨响应模型,用归因分析法区分了由降雨变化直接引起的水量平衡变化以及植被响应降雨变化对水量平衡产生的间接影响,并在科尔沁地区西拉木伦-老哈河流域对该方法进行了应用。研究结果表明:植被盖度和降雨量之间存在正相关关系,这一关系受到降雨强度和降雨频率的影响。降雨量增加主要增加了蒸散发和非生长季土壤水分蓄变量的占比。降雨量增加对水量平衡各项变化的直接贡献都是正向的,而植被响应降雨后对水量平衡变化产生的间接贡献对除了蒸散发以外的各项均为负向的。蒸发系数和降雨之间的关系受到植被对降雨变化响应的影响。     

高精度称量式蒸渗仪数据处理方法研究?

蒸散发是地表能量循环与水循环的关键环节,蒸渗仪则是获取蒸散发量最为准确的仪器.但受到仪器噪声、风压等因素的影响,蒸渗仪数据在计算蒸散发量时会出现误差.本文通过对误差来源的分析,结合数据筛选阈值与数据平滑窗口大小的选择,给出蒸渗仪数据处理的一般流程,在此基础上分析了蒸渗仪观测蒸散发的季节变化,并与涡动相关所观察结果进行了对比.结果表明:本文的方法可以有效处理蒸渗仪数据,并解决了数据头尾作差计算而导致的蒸散量高估的问题,同时准确地计算蒸散发量;计算结果显示出怀来地区作物生长季内的蒸散规律——作物生长期间由于作物蒸腾作用,种植玉米蒸渗仪的蒸散发要高于裸土蒸渗仪的蒸散发,而生长末期由于蒸渗仪对桶内土壤水分的消耗,则呈现出相反的结果;同时,蒸渗仪观测结果与涡动相关仪观测结果也有良好的一致性,其之间的差异是由于灌溉不同步以及各自代表性不同所造成.     

基于遥感双层模型的宝鸡峡灌区日蒸散发估算

本文选取了陕西宝鸡峡灌区为研究区,基于遥感双层模型,选择2000-2011年不同季节典型日的TM 数据,辅以气象观测资料,估算了宝鸡峡灌区典型日蒸散发,分析灌区内日蒸散发的时空分布以及不同土地利用类型日蒸散发季节变化.结果表明,基于遥感双层模型估算半干旱区的日蒸散发是可行的.模拟典型日中,春季晴日灌区日蒸散发约为5.06mm、夏季约为5.36mm、秋季约为4.24mm、冬季约1.03mm,呈单峰型分布,有较好的季节变化特征;不同季节日蒸散发的空间分布差异较大,不同土地利用类型的日蒸散发季节变化特征相似,但略有不同.利用Penman-Monteith公式计算值结合作物系数验证日蒸散发估算精度,其中耕地和林地相对误差约为20%,相关系数R2>0.7,表明遥感反演的日蒸散发精度较高.      

黑河流域蒸散发分布的遥感研究

利用NOAA AVHRR资料，选取Priestley-Taylor公式作为计算蒸散发的模型，对黑河流域的蒸散发进行了研究，并利用有关资料对多种地表参数和蒸散发进行了验证，分析了蒸散发的时空分布特征．结果表明，对黑河流域蒸散发的遥感估算和一些地表生物物理参数的反演结果，与实测值基本吻合，说明文中所采用的方法估算蒸散发是可行的．寒漠、冰川、沙漠和戈壁等植被条件较差的地区的蒸散量极低．弱水三角洲和古日乃湖盆作为下游植被较好的地方其蒸散量有别于周围地区．中游绿洲的蒸散量与绿洲发展程度具有密切关系．河流两岸天然绿洲，明显与周围沙漠和戈壁区分开来．高覆盖度草地和沼泽蒸散量最高，其次为中覆盖度草地和林地．     

植被—土壤—水文相互作用及生态水文模型参数的动态表述

植被与土壤、水文之间存在复杂的相互作用,是生态水文模型和植被变化生态水文效应评估研究的重点.虽然陆面植被指数等动态变化对流域截留、蒸散发等水量、能量平衡项影响已有较多研究,但植被地下生物量变化如何改变土壤结构和水力特性,进而影响入渗和径流等水文过程研究相对缺乏.本文综述国内外植被变化对土壤、水文动态变化特征研究成果基础上,分析植被变化水文响应的阈值效应和尺度效应、植被变化下的土壤水力参数时变特征定量表述及其与植被、土壤类型以及气候条件的关系.在生态水文模型中,考虑植被因子对土壤水力参数影响的动态表达可以提高植被变化下水文效应模拟和预测的可靠性.