不同蒸散发产品在汉江流域的比较研究

蒸散发是流域水循环和能量循环的重要环节,准确估算蒸散发对流域水循环研究具有重要意义,同时也可以为流域水资源优化配置和可持续利用提供支撑。利用汉江流域观测的逐月降水数据、径流数据以及重力卫星(GRACE)反演的流域蓄水量变化数据计算水量平衡蒸散发(ET_WB),以ET_WB为标准在月尺度上评估4类9种不同蒸散发产品(陆面模式产品ET_clm、ET_noah、ET_mos、ET_vic;再分析数据产品ET_jra;基于模型树集的通量观测产品ET_jung和基于能量平衡的诊断模型产品ET_modis、ET_PML、ET_Zhangke)在汉江流域的适用性。结果表明基于模型树集的通量观测产品和基于能量平衡的诊断模型产品精度较好,再分析产品次之,陆面模式产品(除ET_clm)较差。ET_jung、ET_modis和ET_clm在月尺度上与ET_WB有着较好的相关性,结果误差相对较小;ET_noah、ET_mos、ET_vic结果误差相对较大。该研究结果可以为汉江流域水循环研究和南水北调中线工程管理提供科学参考。     

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。     

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。     

基于Choudhury-Yang公式的泾河流域蒸散发归因分析

1999年以来黄土高原实施了大规模的植树造林工程,但该工程是否加剧了区域水资源压力引发了社会的广泛讨论。为科学解析黄土高原水循环演变过程,基于Choudhury-Yang公式计算了黄土高原泾河流域2000-2014年蒸散发变化,并定量区分了气候因子和下垫面因子对流域蒸散发变化的贡献。研究结果表明:退耕还林工程实施以来,泾河流域实际蒸散发呈下降趋势,年均降幅为-2.28mm;降水是该流域蒸散发变化的主导因子,其平均贡献率达到76.8%,远大于潜在蒸散发(40.8%)和下垫面变化(-17.5%)的影响。基于Choudhury-Yang公式的蒸散发归因识别方法,对定量区分气候和下垫面变化对流域蒸散发的影响具有重要的科学意义。     

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     

地下水开采对海河流域水循环过程影响的模拟

利用分布式时变增益水文模型(DTVGM)的产流机制改进CLM3.5(Community Land Model version 3.5)的水文过程参数化,同时嵌入地下水开采对流域水循环影响的模块,并考虑经济社会用水,建立能够描述流域自然-人文过程的大尺度陆地水循环模型(CLM-DTVGM)。以地下水开采严重的海河流域为研究区,以中科院青藏高原研究所建立的中国区域高时空分辨率地面气象要素数据集作为大气强迫驱动,针对海河流域1980年-2010年的水循环过程进行模拟,分析地下水开采活动对流域水循环过程的影响。结果表明:地下水开采活动引起海河流域地表径流和土壤湿度整体有所减少,蒸散发则呈增加趋势,且各水循环要素空间分异较大。     

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。     

CMADS驱动SWAT模型在水循环模拟中的应用——以洱海流域为例

基于大气数据驱动水文模型的输出结果开展水循环模拟研究是大气和水文学界的研究热点。利用中国大气同化驱动数据集CMADS驱动SWAT模型,模拟2009～2016年期间洱海流域关键水循环要素的时空分布特征。结果表明:①CMADS数据集可很好地驱动SWAT模型,在洱海流域适用性较好,可用于水循环模拟研究。②从时间上看,洱海流域年降水量、实际蒸散和年产水量均呈现出先减少后增加的趋势,分别以4.6,29.3,15.0 mm/a的速率递增,多年平均降水量、多年平均实际蒸散发和多年平均产水量分别为792.8,565.5,286.1 mm。从空间上看,洱海西部降水最丰沛,东部地区次之,北部地区最低;实际蒸散发空间差异性相对较小,高值区主要分布于洱海湖区周围;产水量空间分布差异性较大,洱海西部产水量最大,其次为洱海北部和东部山区。③湿润度呈现出增加的趋势,而产水系数表现出减少的趋势,多年平均湿润度和产水系数分别为0.61和0.43;实际蒸散发与降水变化趋势一致,但与潜在蒸散发变化趋势相反,表明水分条件是限制洱海流域潜热的主要因子。     

基于SEBS模型的老哈河流域蒸散发研究

基于表面能量平衡系统(SEBS)模型,结合NOAA/AVHRR数据,估算半干旱的老哈河流域实际日蒸散发量,并将估算结果与结合FAO-Penman模型和作物系数法计算的参考作物蒸发量进行比较,最后综合分析了老哈河流域蒸散发与土地利用、归一化植被指数(NDVI)以及地表温度(LST)的关系.结果表明:SEBS模型在老哈河流域有较好的适用性;老哈河流域实际日蒸散发时空差异较大,其中7、8月份流域蒸散发量较大,9、10月份蒸散发量逐渐减小,流域西部山区的蒸散发量较大,中部和流域出口所在的平原区相对较小;流域不同土地利用类型蒸散发量不尽相同,其中林地的日平均蒸散发量最高,其次为耕地、灌丛和草地;流域实际蒸散发量与NDVI呈线性正相关,与LST呈线性负相关.     

2001—2017年黄土高原实际蒸散发的时空格局

为了给全面评估黄土高原地区大规模实施退耕还林还草的生态效应提供依据,基于NASA发布的空间分辨率为500 m的MOD16A2蒸散发数据产品,分析了黄土高原以及黄河中游典型流域2001—2017年实际蒸散发量时空变化特征。结果表明:黄土高原年均实际蒸散发量从西北向东南递增,多年平均季节蒸散发量空间分布格局与年平均蒸散发量分布格局基本一致,季节蒸散发量由大到小顺序为夏季>秋季>春季>冬季;实施退耕还林还草工程以来,黄土高原年均蒸散发量以8.23 mm/a的速率显著增加,多年平均蒸散发量为278.71 mm;黄河中游各典型支流2001—2017年蒸散发量均呈现增加的趋势,延河流域增速最大(为12.96 mm/a),皇甫川流域增速最小(为4.34 mm/a);不同流域实际蒸散发量差异较大,渭河干流年均蒸散发量最大(为388.26 mm),皇甫川流域年均蒸散发量最小(为153.71 mm)。     

淮河流域蒸散发能力估算研究

蒸散发能力是水文模型的重要输入项,合理估算流域蒸散发能力直接影响流域产流量的计算精度。选取淮河息县以上流域为研究区,构建考虑土壤蒸发和植物散发的分布式双源蒸散发能力计算模型,并将能逐日动态模拟叶面积指数的植物生长模型与其集成,以日为时间尺度,基于流域土地利用、气象和植物生长资料,计算了2000-2008年研究区每个1 km×1 km栅格的蒸散发能力,并将蒸发皿所在网格的蒸散发能力计算值与蒸发皿观测得到的水面蒸发值进行了相关性分析。结果表明:模型计算的蒸散发能力能较好地反映流域实际蒸散发能力,可以为分布式水文模型提供蒸散发能力输入资料。研究成果为淮河流域蒸散发能力的计算提供了新的途径,对其它流域蒸散发能力的计算也具有参考价值。     

基于多源数据的黑河流域日尺度蒸散发量模拟

植被蒸散发是地表水量平衡和热量平衡的重要参量,也是衡量植被生长状况和作物产量的重要指标,同时也是进行流域水资源优化配置的依据。遥感技术的快速发展使其成为区域尺度蒸散发模拟的重要手段。以黑河流域为例,构建遥感驱动的蒸散发模拟模型,结合多源遥感数据(MODIS、TRMM等)以及GLDAS全球陆面数据同化系统数据,对黑河流域2005、2010、2015年三个时期的潜在蒸散发和实际蒸散发进行了时间尺度为每日、空间尺度为1km的模拟。研究结果表明:潜在蒸散发月际变化明显,从5月开始增长,于7月达到峰值,然后逐渐减少;实际蒸散发在月份之间变化趋势明显,在2015年均达到了最高值;精度检验结果表明本研究采用的两个模型均达到了很好的效果,Kristensen-Jensen模型更适合用于黑河流域。本研究为黑河流域地表特征数据集提供了重要的日尺度蒸散发数据。     

分布式双源蒸散发模型及其在南广河流域运用研究

鉴于传统蒸散发模型基于单点计算,不能考虑流域下垫面条件对蒸散发影响的局限性,利用卫星遥感数据源,以四川境内的南广河流域作为研究对象,构建基于栅格单元的分布式双源蒸散发模型,实现研究区域蒸散发时空全过程计算。研究表明:基于遥感数据源的区域蒸散发计算值与蒸发站点实测蒸发值具有较好的一致性和相关性,相关系数为0.744,在相似的气象和下垫面条件下,蒸散发能力排序为:林地>灌木丛>水田>旱地>草地,模型研究成果对于流域蒸散发空间计算,以及定量分析土地利用变化对流域蒸散发影响提供一定的参考价值。     

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。     

海河流域潜在蒸散发估算方法及其时空变化特征

根据1960-2012年海河流域45个站点平均气温、日照时数、相对湿度、风速等气象资料,选取了4个潜在蒸散发计算模型,以Penman-Monteith模型计算结果为依据,采用平均绝对误差和平均相对误差评估模型精确程度,并在此基础上研究海河流域潜在蒸散发的时空变异规律。结果表明:基于能量的模型最适用于估算海河流域的潜在蒸散发;从时间变化来看,海河流域1960-2012年潜在蒸散发总体上呈显著下降趋势,平均下降速率为2.04mm/a,说明海河流域存在蒸发悖论的现象;潜在蒸散发在4个季节均呈现显著减少趋势,其中夏季减少幅度较大,冬季减少幅度最小。从空间分布来看,海河流域潜在蒸散发呈现从西北地区到东南地区阶梯式上升趋势,但大部分地区在1960-2012年时间范围发生潜在蒸散发减少现象,其中山前平原区减少趋势最为明显(-1mm/a),可能主要受太阳辐射减少(即全球变暗)的影响;而太行山区北部高海拔地区潜在蒸散发呈现增加的趋势,可能主要受气温升高(即全球变暖)的影响。     

基于 Kc和 NDVI 关系的蒸散发量空间尺度提升 及时空变化

为探究流域长时序高空间分辨率蒸散发量计算对区域水资源开发利用、水利工程规划设计及农业可持续发 展的重要意义,以河北省邢台市柳林流域为研究对象,基于 Penman-Monteith 模型和蒸渗仪实测蒸散发数据计算 不同时期的流域作物系数（Kc）,并建立 Kc与归一化植被指数（normalized?difference?vegetation?index,NDVI）的关系, 利用 250?m 分辨率 NDVI 产品将蒸渗仪测算的蒸散发量升尺度到柳林流域,计算流域各网格 2000—2021 年的蒸 散发量,分析蒸散发量的时空变化规律。结果表明：柳林流域多年平均潜在蒸散发量为 1?135.6mm,呈下降趋势; 多年平均蒸散发量为 591.4mm,呈上升趋势。蒸散发量在空间上西北高东南低,四季蒸散发量空间分布特征与多 年平均蒸散发量一致,且季节上分配不均。基于 NDVI 估算的蒸散发量与水量平衡法计算的蒸散发量 2000—2020 年多年平均相对误差为 7.9%,说明利用 Kc与 NDVI 关系可以较精确地对蒸散发量进行空间尺度提升。     

基于MOD16产品的涟江流域蒸散量时空变化特征

地表蒸散量对调节区域水热条件起着重要作用,也是区域水文水循环研究的重要内容。基于MOD16遥感数据集,分析2000—2014年涟江流域地表蒸散量的时空变化特征。研究表明:涟江流域蒸散量实测值与MOD16遥感产品之间的相关系数较高(R~2=0.91),表明该数据集能满足对涟江流域地表蒸散发的研究需求;流域不同季节、不同土地利用类型及地貌类型的蒸散量存在差异性,表现为:夏季春季秋季冬季,林地草地耕地未利用地建设用地,岩溶高原峰丛洼地;15 a间的多年平均蒸散量总体呈上升趋势,尤其是2011—2014年的蒸散量较大,气温、降水、土地利用方式和地质条件背景对地表蒸散发产生重要影响,植被覆盖的增加是流域蒸散量上升的主要原因。研究结果对科学认识地表蒸散发的时空变化特征及其影响因素、流域水循环研究、水资源的合理开发利用和生态环境建设具有重要的理论与实践意义。     

两种蒸散发模型在辽宁西部地区的适用性及对比分析

本文以辽西大凌河西支为研究流域,分别以P-M蒸散发模型和双源蒸散发模型计算研究流域的蒸散发,并和流域内哈巴气水文站实测蒸发数据进行对比分析。定量研究了不同蒸散发输入对流域水文模拟精度的影响。研究结果表明:双源蒸散发模型更适合于辽西地区的蒸散发模拟。研究成果对于辽西地区特别是无资料地区的蒸散发模拟具有参考价值。     

不同蒸散发模型在湿润地区的适用性研究

为研究不同蒸散发模型在估算湿润地区蒸散发量方面的适用性,以淮河大坡岭以上流域为研究对象,构建了考虑植被叶面积指数的分布式彭曼蒸散发模型及双源蒸散发模型。通过计算流域2010～2018年逐日蒸散发能力,并建立上述模型计算值与蒸发皿实测值的拟合关系,比较了两个模型的计算精度。结果表明:彭曼蒸散发模型及双源蒸散发模型计算的流域蒸散发能力值与蒸发皿实测值,在时间上具有较好的相似性和一致性;且双源蒸散发模型计算的流域蒸散发能力与蒸发皿实测蒸散发值的相关关系好于彭曼蒸散发模型。研究结果可为估算湿润地区的蒸散发量提供支撑。     

近52年和林格尔气温和降水量变化

针对高强度水资源开发利用条件下流域水循环研究存在的问题,从认知、试验、理论、方法四个层次探讨了适应水资源开发利用条件的流域水循环的研究方法,构建了一个以水资源配置模型与水循环模型耦合为核心,以流域供需水分析和流域生态、环境、经济综合评价为响应的多目标调控模型。利用该模型,对黄河流域水资源进行了合理配置计算。结果表明,现状条件下黄河流域缺水严重;而在未来情境下缺水将更加严重,大力节水能够较大程度缓解缺水状况。