联合TM和NOAA数据研究黄河三角洲地表蒸发(散)量

不同类型下垫面水热传输机制不同,利用专题地图(TM)数据将黄河三角洲分为植被覆盖区域、裸地和水面3类计算区域,结合NOAA数据,根据SEBS(surface energyba lance system)模型并适当修改,分别建立植被、裸地和水面蒸发(散)模型,依据模型计算了黄河三角洲区域蒸发(散)量。黄河三角洲蒸发(散)量较高,2002年农田平均蒸发(散)量814mm,湿地平均蒸散量为843mm,裸地蒸发量变化较大,平均为637mm,与地表湿润程度有关。计算的冬小麦、棉花蒸散量基本接近其需水量;遥感方法计算结果与点上观测结果比较接近,说明计算结果符合实际。     

基于水功能区划的河流生态环境需水量计算研究

以北运河为例,根据河流功能区划及河流特点,基于分时段、分区域、分等级的思想,综合采用Tennant法、水质模型法、鱼类生境法进行北运河流域生态环境需水量计算,得出北运河各功能区河段的最小、适中、最佳生态需水量。研究结果表明:沙河闸—北关闸、北关闸—杨洼闸的河段水污染严重,仅依靠增加基流量无法满足河流水质功能要求,需要在满足河道一定基流的基础上最大程度削减河段的污染物排放量;土门楼—筐儿港、筐儿港—屈家店河段,采用鱼类生境法计算河道生态环境需水量分别为2.581亿m3/a、3.016亿m3/a,此水量是该河段恢复河流生态结构与功能健康的最佳需水量。     

皖北平原近60 a冬小麦需水量及缺水量特征研究

冬小麦需水量和缺水量变化分析是地区农业合理用水、制定科学灌溉方案的数据基础。选取典型农业区皖北平原为例,采用修正FAO-56 PM公式及分段单值平均系数法对皖北平原1959—2018年冬小麦需水量和缺水量进行计算,并通过M-K检验法分析近60 a来皖北地区冬小麦需水量和缺水量的趋势变化及突变现象。结果表明:(1)近60 a皖北地区年需水量呈现一定的波动起伏,需水量以2 mm/10 a的趋势下降,年需水量平均值为315.5 mm,需水量阈值为227.8～391.4 mm。皖北地区需水量空间差异不明显,呈自北向南逐渐减少,其中砀山县年均最大需水量为323.66 mm,阜阳市年均最小需水量为300.144mm,在1975年之后,皖北地区缺水量突变明显。(2)皖北地区冬小麦缺水量以2 mm/10 a的趋势小幅度下降,下降的幅度较小,且空间差异较小总体呈自北向南逐渐减少,其中砀山县年均最大缺水量为273.4 mm,阜阳市的年均最小缺水量为244.16mm。(3)皖北地区多年平均缺水量为261.65 mm,年缺水量变化幅度为182.6～333.8 mm,突变点集中在1975—2018年,冬小麦的缺水量出现在生长中期。     

基于时空融合技术的高精度遥感蒸散计算

在利用遥感数据进行蒸散计算时，常因云雨污染和单一传感器限制，导致影像数据缺失严重，特别是在一些景观破碎化程度高的地区，较难获取高时空分辨率的蒸散序列。以黄河三角洲为研究区，基于增强型时空自适应融合模型构建高时空分辨率的遥感数据集，结合地表能量平衡系统模型采用先估算后融合和先融合后估算两种方式估算了区域2020年高时空分辨率的蒸散时间序列，探讨了融合算法和蒸散模型相结合的可行性和估算精度。结果表明：ESTARFM算法性能较好，融合反射率与实际反射率的相关系数均在0.85以上；SEBS模型估算的显热通量与通量站数据的均方根误差仅为57.8 W/m2，融合模型估算的水面蒸发与蒸发皿折算数据的相关系数达到了0.93；黄河三角洲蒸散量随季节变化较大，其中夏季蒸散量约占全年的40%，不同地物类型的年蒸散量差异明显，约在548.2-1289.9 mm/a之间；蒸散的空间分布格局受海陆分布和土地利用的影响显著，沿海的滩涂和水体蒸散量最高，自然植被明显高于人工地物；ESTARFM算法与SEBS模型的耦合方式对蒸散结果，先融合后估算方案的蒸散精度更高（R=0.88；RMSE=0.36mm/d），有效提高了蒸散的时空分辨率，更适用于黄河三角洲地区。     

雅鲁藏布江流域实际蒸散量时空分布分析

本文以雅鲁藏布江流域为研究对象,探讨气候变化背景下实际蒸散量的时空变化特征,为水资源的合理开发利用提供科学依据.利用雅鲁藏布江流域1981~2013年的逐日气象资料,应用平流-干旱(AA)模型,在VB平台中[1],计算逐日实际蒸散量,并针对月、季、年不同尺度分析了实际蒸散量-时间变化规律以及不同季节和年实际蒸散量的空间分布.结果表明:雅鲁藏布江流域实际蒸散量年内变化呈单峰型,1~7月逐月增加,于7月份达到最大值,而后逐月减少,至12月达到最低值.流域多年平均蒸散量在713~923mm之间,中游地区蒸散量最大,下游地区蒸散量最小.流域实际蒸散量总体呈现增大趋势,变化率为8.97/(10a).     

基于MOD16的河南省地表蒸散量时空变化特征

基于MODIS(Moderate-resolution Imagine Spectroradiometer)蒸散产品MOD16、归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)和河南省17个气象站点数据资料,运用线性趋势、相关分析和克里金插值等方法对河南省2001—2019年蒸散量时空变化特征、不同土地利用类型蒸散量差异及其影响因素进行了分析.结果表明:(1)2001—2019年河南省多年平均蒸散量为364.05 mm,空间上呈西南部伏牛山—桐柏山—大别山等山区较高,南阳盆地和中北部地区较低的分布特征.(2)河南省年内各月间的蒸散量呈"增加—减少—增加—减少"的"双峰型"分布特征,具有明显的季节差异,蒸散量从大到小依次为夏季(162.59 mm)、春季(113.47 mm)、秋季(66.47 mm)、冬季(35.79 mm).(3)河南省蒸散量空间分布受土地利用类型影响显著,蒸散量从大到小依次按林地(445.57 mm)、草地(347.87 mm)、水域(341.91 mm)、耕地(340.34 mm)、城镇用地(320.49 mm)、未利用土地(279.04 mm)的顺序递减.(4)近19年来,河南省蒸散量以5.968 mm/a的倾向率呈上升趋势,明显增加的区域主要分布在西南部伏牛山—桐柏山—大别山等高蒸散量地区.(5)相关分析表明,河南省蒸散量受气温和植被长势情况影响较为明显,受降水的影响较弱.     

基于3S技术的辽宁省凌河口湿地生态环境需水量研究

以3S技术为基础,对研究区内土地利用信息进行提取,并对凌河口湿地功能区进行划分,这是凌河口湿地生态环境需水计算的数据基础。根据凌河口湿地的具体情况,其生态环境需水量由湖泊-养殖塘生态需水、芦苇和水稻生态需水、湿地土壤生态需水组成。综合分析生态环境需水的现有计算方法,结合凌河口湿地各生态系统类型的特点,建立适合于研究区的生态环境需水计算方法。计算结果表明:适宜生态环境需水量为28 666×104 m3/a;多年平均降雨下的最小生态环境需水量为7 174×104m3/a,并给出了不同降雨频率下的最小生态环境需水量。为便于水资源配置,给出了适宜与最小生态环境逐月用水过程。     

典型喀斯特区不同覆盖下顶坛花椒林地生态需水量研究

对典型喀斯特区不同覆盖下顶坛花椒人工林地生态需水量及生态亏缺水量进行了研究。结果表明：在岩石裸露率375 %的100 m2样地内,植物生长发育期间林地土壤含水量为153～185 m3,经枯枝落叶和石面覆盖后分别为156～206 m3和152～192 m3,枯枝落叶覆盖后林地土壤含水量平均增幅与变幅均最大;顶坛花椒在生长发育期总蒸腾量为91962 7 mm,蒸腾耗水量以成熟期最多,开花结果期次之,展叶期最少;林地潜在蒸散量和实际蒸散量分别为51518 3 m3和54950 1 m3,经不同覆盖处理后,蒸散量均下降,其中石面覆盖时减少量多;林地生态需水量为61479 4 m3,经枯枝落叶和石面覆盖后,其生态需水量分别为58424 2 m3和46000 1 m3,而经枯枝落叶覆盖,在顶坛花椒成熟期林地未出现水分亏缺。对不同覆盖条件比较可知,枯枝落叶覆盖下林地水分亏缺量最少,在植物生长发育期抵御干旱的效果相对较好。因此,喀斯特区造林选择枯枝落叶覆盖效果相对较好,而为保证顶坛花椒的产量及质量,在其开花结果期和成熟期应加强土壤水分管理。     

城市生态需水量变化特征分析——以深圳市宝安区为例

以深圳市宝安区为例,计算了1988-2004年间宝安区城市生态需水量,得到城市生态需水量的特征变化规律,进而分析了生态需水量与水资源结构和土地利用变化的相关关系.结果表明,宝安区城市生态需水量由1988年的2.12亿m3减少到2004年的1.60亿m3,呈现明显的下降趋势.其中各子系统生态需水量变化规律不尽相同.城市生态需水量变化与其相关的土地利用变化具有显著正相关关系,据此可以利用土地利用结构的变化来估算城市生态需水量的变化.城市生态需水量占多年平均水资源总量的24%～33%,为保证城市生态系统功能健康,人类社会经济用水不能超过水资源总量的60%～70%.     

黄土高原地区水量平衡研究

水分是黄土高原植物生长的主要限制因子,植被的生长和分布与水量平衡密切相关。利用MODIS数据,结合回归分析和t检验等方法,对比了黄土高原地区多雨、少雨、高温和低温等四种气候条件下的林地、草地、农田等三种主要植被类型的蒸散,并研究了各种生态系统的水量平衡。结果表明:(1)2000~2014年(15a)蒸散波动明显,上升不显著(p0.05),主要受降雨的影响,其次是温度;其中多雨区蒸散明显大于少雨区,高温区明显大于低温区;水量平衡随着降水的趋势变化而变化,水量平衡的高值和低值区域都在逐步缩小,中值区域逐步扩大。(2)三种植被类型的蒸散量的大小依次为林地农田草地。农田和草地相较于林地生态系统更容易受单一气候因子影响,也更加脆弱。(3)水量平衡并不是降雨与蒸散的绝对平衡,而是一个相对的平衡。各个生态系统中蒸散随着降雨的增加而增加;当降水达到一定的阈值后,蒸散受降雨的影响减小。     

伊犁地区植被生产力的时空分异及其与地形因子关系研究

基于MODIS·NDVI数据、气象数据和土地利用等数据采用CASA模型定量反演得到2012年—2014年伊犁地区以月为周期,空间分辨率为500 m的植被NPP.分析了研究区植被NPP的时空分布特征,探讨了不同植被类型对NPP的贡献率以及地形因子对NPP的影响.研究结果表明：2012年—2014年伊犁地区植被NPP的年平均值为200 gC·m－2·a－1,空间上呈现出东部大于西部的特征;不同植被类型的月均NPP呈现3～7月增加,7～11月下降的趋势.但不同植被类型月均NPP的变化速率和变换幅度存在较大差异;草地对研究区NPP总量贡献率最大为58.59%,其次是农作物,贡献率为31.45%;针叶林和阔叶林对研究区的贡献率基本相同,分别为3.75%、3.60%;稀疏植被贡献率最小仅为2.61%;研究区年均NPP随海拔和坡度的增加均呈现出先增加后减小的特征;通过验证表明,利用CASA模型对伊犁地区植被NPP估算的结果与MOD17A3产品一致性较好.     

基于不同生态目标的玉符河湿地生态需水量研究

为保护北方地区湿地生态环境健康、恢复物种多样性,首要任务是确定湿地的生态需水量,以确定所需补水量。本文针对北方地区的河道型湿地,以济南市玉符河湿地为例,考虑丰、平、枯水年不同降水频率下的水面净蒸发,结合植被、土壤、野生生物栖息地、地下水补给需水量,利用水量平衡法汇总得到针对不同生态目标的理想、适宜和最小生态需水量。计算结果表明：消耗型最低生态目标的理想、适宜、最小生态需水量分别为5.976~7.018×106 m3、3.954~4.857×106 m3、1.937~2.837×106 m3;保护型合理生态目标的理想、适宜、最小生态需水量分别为9.839~11.181×106 m3、5.817~6.922×106 m3、2.762~3.770×106 m3。本文计算成果为下一步玉符河湿地生态环境健康的保护和物种多样性的恢复提供了理论支撑。     

广西水稻、玉米、甘蔗生长期内需水模拟研究

在选择出适宜广西蒸散模式的基础上，利用广西物候资料及实验资料，确定了水稻、玉米、甘蔗生长期内逐旬作物系数，并计算了几种作物的平均需水量、极端最大需水量、极端最小需水量，为农业部门确定最佳灌溉期和合理的灌溉量提供依据。     

基于水文要素变化特征的浑河干流生态需水量计算

将浑河干流划分为4个区域进行生态需水量计算.根据浑河干流特点,将其生态需水分为河流基本生态需水、河流稀释自净需水、输沙需水和蒸发需水.根据浑河水文要素变化特征确定各类生态需水量的计算方法,并对各类生态需水进行类型整合.计算结果表明:北口前站全年的生态需水量为0.55×108 m3,抚顺站为9.59×108 m3,沈阳站为6.93×108 m3,邢家窝棚站为10.55×108 m3,并给出了逐月变化,以利于浑河干流水资源优化配置.结合浑河干流水文要素变化特征,对其生态需水量特征进行了分析,并提出相应建议.     

北京市通州区节水型种植业布局规划

分析了北京市通州区主要作物需水量空间,计算了将冬小麦-夏玉米两茬平播调整为春玉米、苜蓿、棉花播种模式后的节水量,结果表明,节水量最大的地区主要集中在通州的中部偏北,换种节水量最大的作物是春玉米,年需水量可减少603 mm.采用线形规划的方法,规划了预测年2010年合理的种植业规模,按此规划可达到经济效益和生态效益双丰收.     

40 a气候变化对扎龙湿地蒸散影响分析

利用扎龙湿地周边5气象站1961～2000年的气象数据,研究了湿地区域最高气温、最低气温、降雨量、2 m高风速等气象因子的变化趋势,分析40 a气候变化对湿地蒸散耗水产生的影响.气象因子趋势分析使用Mann-Kendall检验,芦苇沼泽蒸散耗水计算采用耦合上述气象因子的经验模型.结果表明,研究区域最高气温具有不显著的上升趋势(0.15 ℃/10 a),最低气温呈现显著的上升趋势(0.74 ℃/10 a),二者变化是非对称的;风速具有显著的下降趋势(-0.14 m·s-1/10 a),而降雨量没有显著变化,芦苇蒸散量呈下降趋势(-22.9 mm/10 a).最高气温、最低气温是影响蒸散量变化的主要因子,二者升温速度的差异决定蒸散量的变化趋势,气象因子的变化表征了近年来空气中悬浮物气溶胶的增加屏蔽了太阳辐射,进而引起净辐射的降低.     

城市水生生态系统最小生态需水量——以北京为例

城市水生生态系统的最小生态需水量的确定是指导城市水资源综合规划、城市生态建设的基础内容之一。该文在对国内外生态需水研究进展调研与分析的基础上,对城市的水生生态系统最小生态需水计算方法进行了探讨与研究,提出了以外包络线为核心计算方法。并以北京市区水生生态系统为研究案例,建立了相应的生态目标,对水生生态系统生态需水重点参数进行了分析筛选,并且基于生态目标和城市水生生态系统的特点,计算了北京城区水生生态系统最小生态需水量,结果为5.8亿m3/a。     

北京市门头沟区2003-2014年植被初级生产力时空变化

采用CASA模型和30 m分辨率Landsat数据生成了门头沟区2003—2014年的植被净初级生产力(NPP)产品,分析了门头沟区NPP的空间分异特征,基于MODIS年NPP产品分析了门头沟区2003—2014年NPP的年际变化特征,基于MODIS植被总初级生产力(GPP)时间序列数据分析了门头沟区典型年份的年内GPP变化特征.结果表明:2003—2014年门头沟区NPP受地形及人为因素影响,低值区主要沿河流谷地及东部河流出山口处分布,在整体区域上呈现四周高、中间低的特征;自2005年以来年际NPP总体平稳,没有明显的增加或减少趋势;GPP年内波动明显,5—9月GPP/NPP的差异对不同年份间GPP/NPP差异的贡献最大.     

基于PM模型的广西南宁尾巨桉中龄林蒸散特征

【目的】了解PM模型模拟桉树林蒸散的适用性,掌握南宁低山丘陵区的尾巨桉林蒸散特征,为编制桉树人工林生产经营方案提供参考依据。【方法】于2013年8月—2016年7月连续观测南宁桉树生态站尾巨桉林的小气候和水文数据,应用PM模型模拟尾巨桉林的蒸散量,并与水量平衡方程计算的蒸散量进行比较。【结果】月和年时间尺度的干旱指数均表明南宁低山丘陵区的尾巨桉林处于湿润或半湿润水分条件;PM模型模拟的日均蒸散量为3.5 mm/d,其中最高为9.8 mm/d;月均蒸散量为96 mm,季节间蒸散量大小顺序为夏季>春季>秋季>冬季;年均蒸散量1 156 mm,占同期降水量的82%;基于水量平衡方程的蒸散量与PM模型的蒸散量差异不显著。【结论】水量平衡方程与PM模型的月蒸散量变化相似度较高,两种方法估算的尾巨桉林蒸散量差异不显著,PM模型可粗略估算尾巨桉林的蒸散量。通过提高尾巨桉林的PM模型模拟参数精度,尤其是尾巨桉林的空气动力学阻力精度,以及提高水量平衡各分量的实测精度,可进一步降低南宁低山丘陵区尾巨桉林蒸散量估算偏差,此外,研究期间的土壤含水量基本处于偏湿状态,土壤水分不成为南宁低山丘陵区尾巨桉林蒸散的限制因子。     

基于NDVI的贵州省植被覆盖时空特征分析

利用2001—2018年的500 m分辨率的MOD13A1数据,计算每个像元的NDVI的变化趋势,并采用线性趋势分析法和相关性分析法,分析贵州省植被覆盖面积在18年间的时空变化特征;结合2001—2018年植被的降水利用效率与2010、2017年2期土地覆盖数据,研究不同土地覆盖类型的NDVI的特征. 研究结果表明:(1) 2001—2018年,贵州省的植被覆盖面积总体呈增加趋势,表明生态环境得以明显改善,以毕节、六盘水市最为显著;(2)从植被覆盖面积变化趋势来看,贵州省的植被改善区域大于退化区域,植被退化区主要集中在城镇扩张区;(3)贵州省的整体植被降水利用效率与植被覆盖面积的变化趋势不具有一致性;(4)贵州省的NDVI与同期降雨量、气温均呈现良好的相关性,而植被生长对气温变化不存在明显滞后性、对降雨量变化的滞后期为1个月,即植被生长对气温的敏感性高于降雨量;(5)在植被生长季,不同土地覆盖类型的NDVI具有不同的特征: NDVI(林地)>NDVI(耕地)>NDVI(草地)>NDVI(建设用地)>NDVI(水体).