基于SEBAL模型的不同覆被条件下区域蒸散发研究

应用遥感技术定量估算区域蒸散发较之传统方法具有很强的经济适用性。基于地表能量平衡原理的SEBAL模型和TM影像数据,结合黄河三角洲具体的土地利用方式和覆被类型,反演计算该地区不同时段的日蒸散发,追踪分析蒸发水分的来源。结果显示:4、6月区域蒸散发均值分别为2.99、4.74 mm。区内地表覆被情况显著影响地面蒸散发,进而影响潜水蒸散。8-9月份的芦苇湿地内,裸地潜水蒸发系数均小于1,芦苇地潜水蒸发系数一般大于1,在地下水埋深为5 cm时,芦苇地潜水蒸发量约为裸地的3倍。黄河三角洲地区潜水常年作为重要水源支持植被的生长发育,该地区开发建设应特别重视潜水与植被之间的相互作用关系与反馈调节机制,积极采取有效的人为调控和管理措施。     

松嫩平原西部气候和土地利用变化对蒸散的影响

基于遥感数据,利用陆面能量平衡模型(SEBAL模型)反演了松嫩平原西部2001-2012年生长季16d日序数平均蒸散,分析了不同时期降雨和温度对蒸散的影响以及土地利用相互转化下蒸散的变化规律。结果表明:(1)2001-2012年间,松嫩平原西部生长季温度和降雨呈明显上升趋势,蒸散呈下降趋势;蒸散在日序数尺度上与温度和降雨显著正相关,在年尺度上与降雨显著负相关;非生长季11月至次年3月之间的降水和4月温度的升高有利于增加生长季初期(5月)蒸散量,而春末4月和5月的降水增加会降低生长季盛期(7-8月)的蒸散量。(2)松嫩平原西部不同土地类型多年生长季日均蒸散从高到低依次为:裸地、农田和草地;裸地、农田与草地相互转化主要发生在草地向农田、裸地向草地的转移;草地被人为开垦成农田初期蒸散较低,后期升高接近原生纯农田蒸散;而退耕还草后初期蒸散较高,后期降低且低于原生纯草地蒸散;草地退化为裸地后初期蒸散较低,后期升高接近纯裸地蒸散;而裸地恢复为草地后初期蒸散接近原生纯草地蒸散,后期降低并低于纯草地平均0.2mm/d。(3)气候变化和土地利用变化共同影响蒸散的趋势变化,其中草地受气候和土地利用变化同样程度的影响,而农田和裸地受土地利用变化的影响比气候变化大。     

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。     

基于遥感方法的三江源生态需水量计算

为了估算三江源区生态需水量,利用MODIS卫星数据,结合三江源地区25个气象地面观测站数据,利用地表能量平衡方程求出三江源区域蒸散量,计算了2010—2014年三江源区植被生态需水量。结果表明:(1)近五年来三江源区7月份晴空条件下日蒸散量整体变化不明显,主要在3 mm左右。源区日蒸散量2011年达到最大,为3.22 mm,2010年值最小,为2.85 mm;(2)2010—2014年,三江源5个区域的生态需水量分布没有明显的年际变化,按区域划分玉树藏族自治州最大,果洛藏族自治州次之,黄南藏族自治州最小。经分析计算:三江源区植被生态需水量在2011年达到最大,为11.135亿m3,2010年生态需水量最小,为10.139亿m3,与蒸散量的变化相对应。通过对三江源区生态需水量的计算,为三江源区水资源开发利用提供科学依据。     

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.     

不同尺度林木蒸腾耗水测算方法述评

阐述了林木蒸腾耗水的概念及其研究意义,通过回顾林木蒸发散方面的研究成果,梳理了树木蒸腾耗水研究的发展进程,并从枝叶、单木、林分和区域(流域)4个尺度上,综合评述了当前国内外关于林木蒸腾耗水量的测算方法,对比分析了不同测算方法的测定对象、适用条件及优缺点等。在此基础上,对树木蒸腾耗水研究的重点进行了分析,认为:1不同区域、不同尺度、不同树种的林木蒸腾耗水量的测算,要选择最适合的测算方法及估算模型,并充分考虑模型参数的本地化。2不同尺度运用不同测算方法,需要寻找尺度转换的误差所在,提高林木蒸腾耗水量测算的精度。3通过长期定位观测,将实测数据与遥感技术、遥感影像相结合,解决遥感影像的不连续问题,建立测定林木蒸发散的普适模型。4对植物蒸散的过程和机理展开更深层次的研究,需要气象学、水文学、植物生理学、土壤物理学、微气象学、遥感技术等多学科、多部门的联合;作为非均一的下垫面,林木层内植被与环境、植被间的相互作用,以及理论假设等问题是未来蒸散研究的热点。     

基于深度神经网络的城市典型乔木日内蒸腾特征模拟研究

以城市典型乔木小叶榕全天24小时每10分钟的树干液流及同步气象观测数据为训练集, 建立基于深度神经网络的城市典型乔木植被蒸腾估算模型, 得到10分钟尺度的小叶榕蒸腾模拟结果, 系统地探讨干湿季和昼夜影响小叶榕蒸腾的环境控制因子。基于深圳市91个气象观测站的常规气象观测数据, 应用训练好的深度神经网络模型, 估算得到站点尺度的深圳市典型乔木逐小时蒸腾特征。结果表明: 1) 深度神经网络模型可以高精度地模拟城市小叶榕每10分钟尺度的蒸腾变化, 与树干液流系统实测数据相比, 决定系数R²=0.91, 平均绝对百分比误差MAPE=21.77%, 均方根误差RMSE=0.02 mm/h; 2) 湿季和干季城市小叶榕蒸腾的主要控制因子, 白天均为太阳辐射和气温, 夜间均为饱和水汽压差; 3) 城市小叶榕在夜间仍然存在蒸腾, 干、湿季平均蒸腾速率分别达到0.03和0.01 mm/h; 4) 深圳市不同区域的植被蒸腾特征存在差异, 蒸腾速率最高可相差0.10 mm/h, 总体而言, 湿季白天的蒸腾速率(91个站点均值为0.1 mm/h)比干季白天(均值为0.08 mm/h)更高, 大部分站点夜间植被蒸腾量接近0, 但仍存在蒸腾, 少部分站点干季夜间平均蒸腾速率可达0.07 mm/h, 湿季夜间可达0.10 mm/h。     

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).     

整合1982-1999年NDVI与降雨量时间序列模拟中国北方温带草原植被盖度

植被盖度是刻画陆地表面植被数量的一个重要参数,是指示生态系统变化的重要指标.因为中国北方温带草原对降雨量变化较敏感,因此,可以利用降雨量与遥感数据结合估测植被盖度.文章利用基于遥感数据和降雨量的线性分解模型来估测不同植被类型盖度,每8km×8km地区的覆盖类型分为3种类型:裸地、灌丛及草地和裸地混合类型,混合类型又分为:草地和裸地.利用一元线性回归拟合模型计算的湿季NDVI对降雨量的敏感性作为模型的状态变量,将通过O.1显著水平检验的NDVI和降雨量线性关系的斜率与湿季NDVI均值作散点图,然后根据条件限制优化算法求解三角形确定模型中的端元参数.1982-1999年平均占地率、灌丛和草地裸地混合类型的平均盖度研究表明,占地率的空间变化特征是自西北向东南逐渐减小.灌丛的植被盖度自西北向东南逐渐增加,没有表现出与降雨量相似的变化格局.大部分地区的灌丛盖度小于30%,少部分地区的灌丛盖度大于50%.草地和裸地混合类型盖度并没有表现出与降雨量相似的空间变化特征.单年植被盖度研究表明,1996年(干旱年)草地盖度由西北向东南逐渐增大,与湿季降雨量具有相似的空间变化特征.1998年(湿润年)湿季降雨量充沛,大部分地区的草地盖度较高.利用地面测量数据检验基于线性分解模型模拟的1999年草地盖度,平均误差为O.147.与Gutman模型相比,线性分解模型模拟结果较好.     

辽西地区水分亏缺与树木生长关系

利用修正的Thornthwaite最大蒸发力公式,计算了辽西地区不同市的水分亏缺量.各市最大潜在蒸发散计算结果是:朝阳1 180.6 mm,锦州1 146.0 mm,葫芦岛1 140.1 mm,阜新1 030.3 mm;水分亏缺量计算结果为:朝阳-658.3 mm,锦州-538.4 mm,葫芦岛-544.8 mm,阜新-626.9 mm.利用美国spss数理统计软件计算了油松与蒙古栎的胸径连年生长量和对应的各年1-12月份的月均温、月降雨量、平均相对湿度的回归关系,表明油松生长与温度紧密,蒙古栎生长与水分关系紧密.     

黄河三角洲植被分布、土地利用类型与土壤理化性状关系的初步研究

黄河三角洲是海陆交互作用形成的退海地,土壤形成时间相对较短,地面植被演替频繁,整个生态系统比较脆弱.黄河三角洲植被演替的过程也是植物适应环境、改造生境的过程,对土壤盐分和水分的忍耐力决定了植物适应生境的能力.详尽分析了不同植被类型和不同土地利用方式与土壤性状的相互关系,以揭示黄河三角洲生态系统演进过程中土壤特征的变化规律,反映植被演替与土壤演替的相关关系.结果发现:不同植被类型下土壤中盐分、有机质、N、P等含量及土壤的机械组成都表现出一定的规律性,说明人类对土地的利用方式受土壤性质的制约,不同的土地利用方式反过来也会对土壤产生影响.     

不同自然盐渍生境下盐地碱蓬叶片肉质化研究

以黄河三角洲内地重盐碱地和海边潮问带两种生境下的盐地碱蓬为材料，比较叶片肉质化及叶片细胞液和土壤中离子浓度等内外因索，探讨影响盐地碱蓬叶片肉质化的主要因素．结果表明：内地生境条件下绿色盐地碱蓬叶片肉质化程度显著高于海边生境条件下的红色盐地碱蓬．叶片肉质化程度与土壤含水量、土壤中Na^＋、Cl^＋含量和叶片中Na^＋、Cl^-含量呈显著正相关。相关系敷：叶片中Na^＋、Cl^-含量〉土壤中Na^＋、Cl^-含量〉土壤含水量；Na^＋〉Cl^-．表明白然生境下叶片中Na^＋、Cl^-积累是盐地碱蓬肉质化主要因素，而Na^＋起主导作用．内地重盐碱地土壤表层和空气温度高，尤其土壤含水量低是内地盐地碱蓬叶片肉质化程度高于海边生境条件下的重要原因．     

基于Landsat 5 TM的祁连山区蒸散发遥感估算——以青海祁连县为例

蒸散发的估算在区域能量平衡和水分循环研究中具有重要意义.本研究利用Landsat 5TM数据和能量平衡模型相结合,通过遥感数据获取各参量,对祁连山区的日蒸散发进行估算,研究表明估算值与实测值基本一致,相对误差为4.23%,基本上满足了该区域蒸散发研究的精度要求.通过对蒸散结果的分析发现,该区域的日蒸散发空间分布受气候特征、地形因素、土壤供水条件及土地利用类型的影响比较严重,其分布趋势主要在空间上表现出随海拔的降低而降低,阳坡蒸散量大于阴坡,在土地利用类型上呈现按照"林地沼泽地水域草地耕地城乡工矿居民用地"的类型而降低的规律,而永久性冰川雪地以及裸土裸岩石砾地的蒸散发则随冰川面积的缩小而减小.     

黄河三角洲土壤动物群落多样性和相似性

本文对黄河三角洲土壤动物群落多样性和相似性进行系统分析,探讨成土年限、植被类型对土壤动物群落演替的影响．研究结果表明,黄河三角洲土壤环境条件恶劣,土壤动物种类贫乏,且优势类群明显,群落异质性差,土壤动物群落的多样性较低,多样性指数不及最大多样性指数的二分之一．农田生态系统则因为人类的活动而改善了土壤环境,土壤动物的种类和数量均有所增加,多样性较高．11个样点、3个年代三角洲或6种植被类型之间土壤动物群落相似性较高,土壤含盐量是影响土壤动物最为重要的环境因子．随成土年限或植物群落演替,土壤动物群落在较高分类阶元上未能表现出明显的演替过程,有必要对土壤动物的分类进一步细化．     

Models for calculating phreatic water evaporation on bare and Tamarix-vegetated lands

Groundwater is the main source of water consumption of natural vegetation in arid regions. It is an effective approach to study ecological water demand of natural vegetation by phreatic evaporation. In order to study the ecological water demand of Tarim river basin, based on the observation data of phreatic evaporation on bare lands at the Aksu Water Balance Experimental station from 1989 to 1996, by analyzing the relationship of phreatic evaporation, depth of phreatic surface and evaporation of water, taking the limit rate of phreatic evaporation as the control condition, and based on the objective law that the relation between phreatic evaporation and evaporation of water is nonlinear, we establish models for calculating phreatic evaporation on bare land, which can fully reflect the law of phreatic evaporation in the Tarim river basin. According to the data of depth of phreatic surface and soil moisture when pheratic level decline is caused just by evapotranspiration on Tamarix-vegetated land from 2003 to 2004, we calculate the amount of phreatic evaporation and set up models for calculating phreatic evaporation on Tamarixvegetated land. Phreatic evaporation on bare land and Tamarix-vegetated land could be transformed each other by a Tamarix vegetation conversion coefficient. The test results show that the calculation accuracy of the models is high and the models are suitable for Tarim river basin.     

毛乌素沙地南缘沙区不同类型地表水分特征曲线测定与分析

为探明不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮)的持水性能,采用砂性漏斗法对毛乌素沙地南缘沙区不同类型地表表层[(0~5)cm]土壤水分特征曲线进行了测定;并用v-G模型进行拟合。结果表明:1不同类型地表持水性能有差异,持水性能由弱到强依次是裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮,不同类型生物结皮样地持水性能分别是裸沙的1.3、1.7和2倍,不同类型生物结皮的持水性随结皮的发育呈增加的趋势;2不同类型地表土壤水分特征曲线呈"S"型分布,不同类型地表吸湿过程较脱湿过程具有显著的滞后性;3用v-G模型对测定结果进行拟合,拟合系数均小于0.009,拟合度高,表明该模型适用于此地区土壤,可用于模拟水分特征曲线;研究结果有助于全面了解生物结皮的水文效应,为受损系统的生态修复过程具有现实意义。     

黄河三角洲湿地表层土壤磷形态分布特征

2016年10月采集了黄河三角洲典型湿地的表层土壤,并采用SMT(standard measurements testing program)法分别提取了土壤中的TP (total phosphorus)、IP (inorganic phosphorus)、OP(organic phosphorus)、Fe/Al-P (Fe/Al-bound phosphorus)以及Ca-P (Ca-bound phosphorus)．结果表明,土壤中TP的平均质量分数为581.02 mg·kg?1,高于第2次全国土壤普查中土壤TP的平均质量分数．各形态磷质量分数分布从大到小依次为IP、Ca-P、OP、Fe/Al-P,IP约占TP总量的86.98%,是黄河三角洲含量最高的磷形态,而Ca-P则是IP的主要组分,约占IP的85.30%．各形态磷含量在黄河三角洲的分布具有较高的空间异质性,特别是OP和Fe/Al-P,变异系数分别达到了40.20%、39.41%．总的来说,距离黄河比较近的样点土壤中TP和IP含量都较低,有植被分布样点的土壤中OP含量较高．相关性研究表明,TP、IP均与土壤含水量呈现显著的负相关关系,OP与土壤碳质量分数(w(C)/w(P)、w(TOC)、w(TIC))呈现显著的正相关关系,Fe/Al-P和地形因子SOS呈现显著的正相关关系．主成分分析(PCA)也表明IP更容易受到湿地理化性质的影响,而OP和湿地土壤营养水平有很大关系．      

基于地理国情数据的河南省沿黄区域自然生态系统分布特征

基于地理国情监测数据,分析了河南省沿黄8市1县林地、草地、湿地、裸露地等自然生态系统的分布特征及2015—2019年的地表覆盖变化特征,发现沿黄区域不同自然生态系统中林地、草地、湿地及裸露地表的覆盖率分别为36.12%、2.61%、2.01%和0.56%。林地主要以阔叶林和阔叶灌木林为主,研究期间,针叶林、乔灌混交林、绿化林地和人工幼林面积有所增加,阔叶林与针阔混交灌木林面积有所减少;草地主要以高覆盖度草地为主,占草地面积的81.47%,研究期间,高覆盖度草地、绿化草地和护坡灌草面积有所增加,中覆盖度草地与牧草地面积有所减少;湿地中河流占整个湿地面积的97.63%,河流和水渠面积均呈增加趋势;裸露地以砾石地表为主,占整个裸露地的60%以上,研究期间,不同类型裸露地均呈下降趋势。总体来看,河南省沿黄区域不同自然生态系统分布特征存在差异,林地主要分布在黄河中游河南段区域,草地主要分布在黄河下游河南段区域,湿地空间分布上黄河下游河南段整体上高于黄河中游河南段区域,裸露地空间分布上黄河中游河南段区域整体高于黄河下游河南段区域。林地和裸露地覆盖率整体有所降低,草地和湿地覆盖率整体呈增加趋势。     

淡水恢复对黄河口盐沼湿地土壤水盐信息的影响

湿地水盐信息的空间变异规律有助于理解盐渍生境植物群落的适应机制及土壤生态系统的物理、化学和生物过程. 本文以黄河口盐沼湿地和淡水恢复湿地为研究对象,在生长季采集土壤表层样品,并在春夏秋季分别采集典型土壤剖面土样,对比分析了2类湿地表层土壤和典型剖面土壤水盐信息的季节变化特征,并探究了湿地表层土壤和土壤剖面中水盐因子之间的关系. 结果表明:盐沼湿地土壤电导率在整个植物生长季均高于淡水恢复湿地,且2类湿地均呈逐渐减小的趋势,而淡水恢复湿地在7月份调水调沙后呈先减小后增大的趋势;2类湿地土壤水土质量比在整个生长季呈缓慢增加趋势,淡水恢复湿地土壤水土质量比在调水调沙后显著增长. 随着土层深度的增加,盐沼湿地土壤水土质量比呈现波动式降低,电导率呈波动式增加,而淡水恢复湿地土壤水土质量比在调水调沙前后由高到低呈现为上层、底层、中层,电导率则呈相反的变化趋势;盐沼湿地和淡水恢复湿地的表层土壤电导率与 w(SO24- )、w(Cl- ) 质量分数均具有显著正相关关系(P<0.01),而对土壤剖面而言,淡水恢复湿地土壤电导率仅与 w(Cl- )呈正相关关系(P<0.05),盐沼湿地土壤电导率则与 w(SO24- )和 w(Cl- )呈正相关关系.