滴灌条件下枣园蒸散量的不同时空尺度转换研究

为探究不同时间步长计算日蒸腾量及不同时空蒸散量的差异性,本文研究运用涡度相关系统、茎流仪及微型蒸发器对枣园蒸散量、枣树茎流量及土壤蒸发进行监测。结果表明:0 min、30 min及60 min步长下计算日蒸腾基本一致;枣园日蒸散量与日蒸腾量之间的线性回归方程为:y=1. 1526x+0. 0793,R~2=0. 6648;涡度相关系统与茎流系统测定枣园蒸散量之间总差值为15. 49 mm,差值占比为4. 14%,两者线性回归结果为y=0. 9672x,R~2为0. 94,两者之间NSE为0. 93、RSR为0. 26;将微型蒸发器数目进行缩减,缩减后仅保留2、4、6及11号;缩减前与缩减后测定土壤蒸发量之间的线性回归方程为:y=1. 0246x,R~2=0. 93。由此得出:10 min、30 min及60 min时间步长均可准确计算枣园日蒸腾量;涡度相关系统与茎流仪测定的数据具有较高一致性;茎流系统可以监测枣园尺度蒸散量;微型蒸发器数目可以进行缩减,缩减后不影响整体数据。本文研究结果可为蒸散量尺度转换以及微型蒸发器的合理布设提供可靠依据。     

韩江流域参考作物蒸散量时空变化及其影响因素

基于韩江流域12个气象站点1961—2013年的逐日气象数据,应用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET0),并利用Mann-Kendall检验、Kring插值、Pearson相关分析和敏感性系数等方法分析了韩江流域ET0的时空变化特征及其影响因素. 结果表明:(1)近53年来,韩江流域多年平均ET0为1 121.96 mm,整体呈下降趋势,速率为0.39 mm/a,在1967年左右发生突变. 全流域ET0的年内变化较为明显,夏季的贡献最大,占到全年的37%;年均ET0以广东最多,江西最少. (2)空间上,韩江流域ET0呈现“自东南向西北逐渐递减”、“三高一低”的分布格局,即韩江上游梅江源头地区、韩江三角洲以及梅潭河流域为明显的高值区,而汀江上游地区的值相对较低;四季ET0的空间分布与年高低值的分布格局基本一致. (3)韩江流域ET0对相对湿度呈负敏感性,对平均气温、日照时数和平均风速呈正敏感性,对相对湿度最为敏感,其次是平均温度,对日照时数和平均风速的敏感性相对较小. (4)风速的下降是该流域ET0减少的主要原因,其次是相对湿度. 本文为山区流域水循环研究奠定了一定的基础,可为区域水资源评价与管理提供参考依据.     

中国西北干旱区过度灌溉绿洲的水分收支特征研究

基于水分收支平衡原理, 观测2012年生长季张掖绿洲的水分收支分量动态特征, 探究灌溉对绿洲水分收支的影响。结果表明: 1) 无降水及灌溉时, 绿洲内40~100 cm深度的土壤含水量高 0~20 cm的土壤, 强降水事件对0~20 cm的土壤含水量影响较大, 而灌溉事件对 0~100 cm的土壤含水量有明显影响; 2) 无降水及灌溉时, 绿洲的日均蒸散发(ET)为2.83 mm/d, 降水事件后3日蒸散发量为降水之前的 1.16倍, 灌溉事件之后2日蒸散速率为灌溉之前的1.88倍, 说明灌溉对绿洲的蒸散发影响更为显著; 3) 绿洲生长季水分收支收入项(降水和灌溉, P+I)中, 灌溉占89.7%, 水分支出项主要为深层渗漏(DP), DP/(P+I)为81%; 4) 2012年生长季绿洲灌溉需水量为213 mm, 实际灌溉量比灌溉需水量多出474 mm, 远远超出所需, 水资源浪费严重。     

温室番茄蒸散量及影响因子研究

为了研究华北地区日光温室作物在地膜覆盖条件下的蒸散量及其影响要素,并评价现状灌溉制度的合理性,于2018年10月—2019年1月在河北省邢台市宁晋县开展了田间试验,测量了番茄植株茎流速率和茎流量、土壤基质势和温室内小气候（总辐射、温度和相对湿度）,探究番茄蒸散量和茎流速率变化特征及其与气象因子的关系;并将实际作物蒸散量与灌溉水量进行比较。试验表明,番茄茎流速率具有明显昼夜周期变化特征,茎流速率从08:00 —10:00开始加速增长,13:00左右达到最大值,此后快速下降,在21:00时番茄茎流停止。晴天茎流日变化过程为单峰曲线,多云天气为多峰曲线。在番茄不受水分胁迫时,茎流速率与总辐射、空气温度和饱和水汽压差的Pearson相关系数从大到小排序呈现为总辐射（0.972）、饱和水汽压差（0.970）、空气温度（0.949）;日蒸散量与总辐射、日平均温度、日最高温度和饱和水汽压差的Pearson相关系数从大到小排序呈现为总辐射（0.970）、饱和水汽压差（0.965）、最高温度（0.922）、平均温度（0.828）。在番茄果实膨大期,温室内作物系数K_c为1.5,这要显著大于FAO-56推荐的1.15,说明在华北地区FAO-56推荐的作物系数应进行调整。试验期间日光温室累积蒸散量（78 mm）仅为灌水量（255 mm）的31%,表明农户灌水量明显偏多,建议可适当减少灌溉水量,以提高水分利用效率。      

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.     

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SEBS-METRIC方法的黑河流域中游地区农田蒸散

使用涡度相关蒸散数据验证表明SEBS-METRIC方法可以用来估算黑河流域中游地区作物农田蒸散.结果显示:黑河流域中游地区作物生长季内ET总量空间差异大(398~709 mm,平均567 mm).在作物不同生长阶段,ET在时间和空间上变化剧烈.在区域平均水平上,生长初期、生长中期1、生长中期2和生长后期的ET占全生长季ET总量的比例分别为10.24%,29.44%,47.11%,13.21%,各生长阶段区域平均日ET依次为1.45,3.28,3.52,2.08 mm/d.ET月份变化明显,3月最小,4,5月迅速增大,6月达到生长季的蒸散高峰,7,8月有所降低,维持在一定水平,9月作物进入生长末期,迅速降低.     

安吉毛竹林生态系统水分收支的研究

利用涡度相关技术观测安吉毛竹林生态系统2013年的水汽通量,同时结合降雨量对该生态系统的水分收支数据进行比较和分析,明确其水收支情况及其影响因子,以揭示毛竹林的水分利用能力,进而为其科学栽培和水分管理提供参考.结果显示:毛竹林生态系统全年表现为水汽源,7月份最高(108.85kg·m~(-2)),12月份最低(19.67kg·m~(-2)),但在2月份和6月份存在着小的波谷.全年降水量和蒸散量呈较弱的正相关关系(r=0.145,p0.05),蒸散主要集中于5—8月份,7月份最大,达到108.85mm,而降水较为分散,6月份有最大值,为394.5mm,且全年除了1、7和11月份的蒸散量略高于降水量外,其余各月均较低;不同季节的降雨量从高到低依次为:夏季秋季春季冬季,而蒸散量(水汽通量)则表现为:夏季春季秋季冬季.此外,全年水汽通量受温度的影响较为显著(p0.05),7月份则受温度和饱和水汽压差的双重影响.总之,2013年全年降雨总量达到1 508.5mm,蒸散量为749.07mm,蒸散量占到降水总量的49.7%,全年水分利用效率仅2.1g·kg-1,表明该毛竹林的地表径流较大,水分利用能力偏弱,若进行人工经营和管理,除了考虑环境因子变化外,还须注意合理用水,以避免水资源的浪费.     

7矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究

采用中温（35℃）厌氧发酵,研究斜发沸石、膨润土和粉煤灰3种矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化过程中的pH、挥发性脂肪酸（VFAs）、产气速率及累积产气量的影响.结果表明：斜发沸石、膨润土和粉煤灰均可以改善餐厨垃圾单相厌氧消化酸抑制的现象并促进产气速率和累积产气量的提高.至30d反应结束,空白组的产气速率峰值和累积产气量分别为600mL·d-1·L-1和3 938mL/L;斜发沸石组、膨润土组和粉煤灰组的日产气速率峰值分别为623mL·d-1·L-1、1 418mL·d-1·L-1和1 227mL·d-1·L-1,分别比空白组的高3.83%、136.33%和104.50%;其累积产气量分别达到5 502mL/L、8 206mL/L和6 988mL/L,分别比空白组的高39.72%、108.37%和77.45%.3种矿物材料对产气速率和累积产气量的促进影响顺序表现为：膨润土〉粉煤灰〉斜发沸石.     

千烟洲试验区大气降雨特征及人工林树干茎流特征

对中国科学院千烟洲试验区大气降水特征及人工林树干茎流进行了研究，结果表明，年降雨量大部分集中在5-9月，其中以6月份最大，日降雨量级低于5．0mm的小雨较多。干流量以木荷林的干流量最大，为41．30mm，其次是湿地松，为5．70mm，杉木林最小，为3．1lmm，3种森林类型干流量的月际变化基本上都是随着降水量增加而增加，其中以木荷林较为明显。但是各森林类型的干流率则大至相同，有时降水量增大干流率反而减少，如1月份降水量为74．5mm，木荷林、湿地松林和杉木的干流量只有1．54mm、0．27mm和0．09mm，干流率却达到2．07％、0．33％和0．13％；7月份的降水量为353．7mm，干流量达到了7．14mm、0．80mm和0．37mm，干流率却只有2．02％，0．23％和0．10％。     

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.     

中国能源-水资源的空间格局与重心演变

能源和水资源作为推动社会经济发展的重要因素,二者之间存在密切联系,其相互作用产生的冲突是中国可持续发展道路上亟待解决的问题.以中国30个省(市、自治区)为研究对象,应用GIS技术及重心分析法对2005—2016年能源和水资源丰度、能源和水资源强度、能源生产量和能源耗水量的空间分布特征及重心动态演变进行系统分析.结果表明:①能源资源丰度与水资源丰度呈现南北两极分化格局,二者重心移动方向相反,分布上的差异逐渐增加;②能源强度和水资源强度在东部沿海地区及新疆存在相似性,两者重心有相互靠近的趋势,分布上的差异逐渐减小,经济发展中的能源成本和水资源成本存在正向联系;③能源生产量和能源耗水量空间分布差异较小,二者高值区均集中在黄河中游地区,且重心距离较小,但在重心的移动速度上能源生产量远大于能源耗水量,能源生产、加工过程中耗水量和生产量之间仍存在发展速度不协调问题.     

甘肃张掖盆地区域蒸散量变化规律及其影响因素分析

表面能量平衡系统是应用卫星对地观测的可见光、近红外和热红外波段资料,结合实测气象数据或大气模式输出数据,根据表面能量平衡原理估算不同尺度的地表大气湍流通量,从而估算地表相对蒸散的一种方法.本文将水文数据与遥感数据相结合,对张掖盆地1990-2004年间的区域蒸散量进行了估算,统计了区域蒸散的年际变化规律,并对其影响因素进行了分析.结果表明：张掖盆地的区域蒸散量呈逐年升高的趋势,这种增长趋势与黑河中游莺落峡、正义峡间的耗水量增加,张掖地区人口、GDP的增长及农田用地的增加有着良好的相关性.但最直接、最主要的因素为盆地耗水量.     

北方农牧交错带不同土地利用方式土壤呼吸速率探究

农牧交错带地区土地利用方式多变,人为的改变土地利用方式会影响土壤释放CO2的速率.分别对新开垦农田、多年耕种农田、退耕还草草地、多年生草地4种利用类型的土壤温度、土壤有机碳含量、土壤呼吸速率进行监测和研究,结果表明：4种土地利用类型土壤呼吸速率的日变化图像呈单峰性曲线,其中草地平均呼吸速率最大,为0.85g·m-2·d-1.4种土地利用类型土壤温度与土壤呼吸速率呈正相关关系,其中新开垦农田变化明显,K值最高,达到0.045.从整个生长季来看,4种土地利用类型平均呼吸速率表现为新开农田＞草地＞还草草地＞农田,分别为0.97g·m-2·d-1、0.85g·m-2·d-1、0.77g·m-2·d-1和0.56g·m-2·d-1.0-10cm和10-20cm土层土壤有机碳含量大小关系与土壤呼吸速率基本吻合.试验表明不论对草地进行开垦还是对农田进行退耕还草都会增加土壤CO2的释放.     

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.     

宁夏六盘山3种针叶林蒸散及其组分特征研究*

为了揭示林分结构对蒸散组分的影响,在2012年5～10月,通过树干液流仪和传统水文学法,对宁夏六盘山华北落叶松人工林、油松人工林和华山松次生林的蒸散及其组分进行对比分析。结果表明:各林分的蒸散量和组分差异较大,华北落叶松林、华山松林、油松林生长季总蒸散量为568.2、413.2、377.6 mm,分别占同期降水量的112.0%、81.5%和74.5%。3种针叶林的林分蒸散在垂直层次上分配比例相似,但各分量所占比例明显不同。生长季内华北落叶松林、华山松林和油松林的林冠截留量分别为177.2、146.8和115.1 mm,占蒸散总量的31.19%、35.53%、30.48%,这主要是受叶面积指数影响(华山松5.16华北落叶松4.78油松3.66);受林分密度影响,林冠蒸腾量为华北落叶松林(209.8 mm)油松林(152.8 mm)华山松林(88.3 mm);灌木层蒸腾量以华山松林最大(106.9 mm),华北落叶松林次之(26.8 mm),油松林最小(24.7 mm),这与人工林林下灌木盖度较低紧密相关;华北落叶松林和油松林的林下蒸散量分别为154.4 mm、102.3 mm,是天然林的2.17倍和1.44倍,与人工林林下地被物接收到更多太阳辐射有关。可以认为,林分结构是导致人工林蒸散量高于天然林的重要因素,选择合理的树种和林分结构是保持区域水资源安全的关键。     

宁夏六盘山3种针叶林蒸散及其组分特征

为了揭示林分结构对蒸散组分的影响,在2012年5～10月,通过树干液流仪和传统水文学法,对宁夏六盘山华北落叶松人工林、油松人工林和华山松次生林的蒸散及其组分进行对比分析。结果表明:各林分的蒸散量和组分差异较大,华北落叶松林、华山松林、油松林生长季总蒸散量为568.2、413.2、377.6 mm,分别占同期降水量的112.0%、81.5%和74.5%。3种针叶林的林分蒸散在垂直层次上分配比例相似,但各分量所占比例明显不同。生长季内华北落叶松林、华山松林和油松林的林冠截留量分别为177.2、146.8和115.1 mm,占蒸散总量的31.19%、35.53%、30.48%,这主要是受叶面积指数影响(华山松5.16华北落叶松4.78油松3.66);受林分密度影响,林冠蒸腾量为华北落叶松林(209.8 mm)油松林(152.8 mm)华山松林(88.3 mm);灌木层蒸腾量以华山松林最大(106.9 mm),华北落叶松林次之(26.8 mm),油松林最小(24.7 mm),这与人工林林下灌木盖度较低紧密相关;华北落叶松林和油松林的林下蒸散量分别为154.4 mm、102.3 mm,是天然林的2.17倍和1.44倍,与人工林林下地被物接收到更多太阳辐射有关。可以认为,林分结构是导致人工林蒸散量高于天然林的重要因素,选择合理的树种和林分结构是保持区域水资源安全的关键。     

新型气溶性射流喷嘴设计与数值模拟

针对传统高压水射流清洗耗水量大,能耗和运营费用高、清洗后的废液需要处理才能达到环保要求的缺陷,提出了新型射流清洗方式—气溶性射流.对新型气溶性射流喷嘴进行了结构设计,得到了喷嘴混合室直径、喉部直径、出口直径、收缩段长度以及扩张段长度等关键参数,并对新型喷嘴内外气液二相流场进行了深入计算与分析.结果表明,气液二相流雾滴在喷嘴轴线上速率随气流入口压力增大而增大,在喷嘴喉部速率变化率最大,在喷嘴出口处速率达到最大;当扩散角为10°时,射流扩散较慢,内部扰动和摩擦损失较小;当收缩角为30°时,气液二相流流动性较好,能量损失较小;粒径较小雾滴沿轴线方向速率变化较大,当喷射距离为35mm时,气液二相流雾滴速率达到最大值.     

测墒滴灌对氮肥调控下冬小麦水分利用效率及灌浆动态的影响

为研究氮肥调控下测墒滴灌对冬小麦水分利用效率及灌浆动态的影响,通过2013-2015年的大田试验,在3个施氮水平(90 kg·hm~(-2)、240 kg·hm~(-2)和350 kg·hm~(-2))下,于冬小麦的播前、拔节期及开花期通过测墒补灌至土壤相对含水量为田间持水量的75%,以全生育期0灌溉及漫灌作为对照,分析了滴灌对冬小麦耗水量、水分利用效率、产量及灌浆特性的影响.结果表明:在滴灌条件下,田间耗水量随滴灌次数的增加而增加,而土壤贮水和降水占总耗水量的比例显著下降,灌溉水所占比例明显提高.施氮量为240 kg·hm~(-2)时,滴灌底墒水、拔节水和开花水的籽粒产量最大,达到10 109.79 kg·hm~(-2),WUE和IUE分别比漫灌显著提高50.52%和68.01%.在整个灌浆过程中,强势粒的灌浆速率均明显高于弱势粒,灌浆参数随施氮量的增加呈现先升高后降低的趋势,测墒滴灌能有效增加冬小麦的终极生长量,并且提高平均灌浆速率,提升灌浆能力.综合看来,施氮量为240 kg·hm~(-2),测墒滴灌底墒水、拔节水和开花水的产量和水分利用率较高,籽粒的灌浆能力较强.     

祁连山南坡潜在蒸散量变化特征及其影响因子分析

利用PM公式,结合托勒、野牛沟、祁连和门源站的气象要素数据,完成了对祁连山南坡地区潜在蒸散量的估算,并对其年际和年内的变化特征及其影响因素进行了分析.结果显示,1960-2012年祁连山南坡地区潜在蒸散量多年平均值为790.47mm/a~(-1),变化范围为725.03mm/a~(-1)-834.98mm/a~(-1),呈现波动增加的趋势,增加速率为0.46mm/a.托勒、野牛沟和祁连三个站点的潜在蒸散量呈现增加的趋势,门源站则呈现降低的趋势.祁连山南坡年内潜在蒸散量呈现明显的单峰模式,夏季蒸散量最大,占全年总量的42.04%,随之是春季、秋季和冬季,冬季的潜在蒸散量最少为66.09mm.1960-2012年祁连山南坡地区潜在蒸散量的最大影响因子为日最高温和风速,基本呈现极显著正相关性;湿度的影响性也较大,为极显著负相关影响因子.年内春夏秋冬各季节潜在蒸散量最大的影响因子分别是最高温、湿度、湿度和风速.