典型岩溶区潜在蒸散发变化及其影响因素

蒸散发过程是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。岩溶区,地表生态环境脆弱,对气候变化响应敏感,蒸散发可能是联系大气、水、热交换和碳循环的关键生态水文过程。准确地估算蒸散发对于深入研究岩溶水循环响应气候变化、碳循环、生态修复等具有重要作用。本文选择典型岩溶区桂林市为研究对象,基于1951~2015年桂林市气象站逐日气象数据,采用Penman- Monterith方法计算了潜在蒸散发量,利用Mann- Kendall非参数检验法和相关性分析研究桂林市潜在蒸散发的变化趋势及其影响因素。研究结果表明,桂林市潜在蒸散发具有明显的年、年际和季节尺度变化特征。1951~2015年桂林市潜在蒸散发呈显著的减小趋势,变化速率为-8. 02 mm/10a;夏季、秋季和冬季潜在蒸散发呈下降趋势,而春季呈微弱的上升趋势;夏季潜在蒸散发的显著减小是影响年蒸散发下降的主要原因;桂林市潜在蒸散发在1967和2003年左右发生突变;通过Mann- Kendall趋势检验和相关性分析得出,桂林市平均气温、最高、最低气温呈显著的上升趋势,而风速、相对湿度、日照时数呈显著的下降趋势;日照时数是影响桂林市潜在蒸散发变化的主要因素,其次是风速。     

西北旱区潜在蒸散发的气候敏感性及其干旱特征研究

潜在蒸散量（PET）是干旱监测评价的重要指标,分析影响潜在蒸散发的气候敏感因子对揭示气候变化的水文响应机理尤为重要。常采用的局部敏感性方法不适用于非线性模型且难以评估各气象因子间的相互作用。对此,基于1964—2018年西北旱区内163个气象站的监测数据,通过Penman-Monteith公式,采用Sobol全局敏感性方法分析了西北旱区潜在蒸散发的气候敏感因子,计算得到了自校准帕默尔干旱指数（scPDSI）,进而分析了区域干旱的时空演变特征。结果表明:1964—2018年西北旱区年均潜在蒸散量为1157.8 mm,高值出现在新疆东部与内蒙古西部地区,低值出现在青海南部地区。1993年为转折点,西北旱区潜在蒸散发受气温、日照时数、风速、相对湿度等多种因素综合影响由显著下降的趋势转变为显著上升,且在夏季最为明显。在1964—1993年,净辐射、风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大;在1994—2018年,风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大。scPDSI的时空分布表明新疆北部、青海中部以及甘肃境内的干旱有缓解的趋势;而黄河流域西南部干旱呈现加重趋势,将加剧区域水资源紧张,威胁生态安全。     

近20年三江平原地表蒸散发时空特征及驱动因素分析

分析地表蒸散发时空变化规律及驱动因素,对促进区域水资源的科学分配、做好生态系统水源保护具有重要意义。本文基于MOD16蒸散发遥感数据产品,采用趋势分析及显著性检验法,深入分析了近20年三江平原地表蒸散量的时空变化特征,根据Penman-Monteith公式选取与地表蒸散量（ET）相关的驱动因子,分析各驱动因子对地表蒸散量变化的影响,并构建岭回归统计模型,分析研究地表蒸散量变化的主要驱动因子及其相对贡献率。结果表明：近20年三江平原地表蒸散发（ET）年际起伏特征明显,整体呈上升趋势;研究区内91.53%的地区ET呈增加趋势,且ET分布的地域差异逐年缩小;年内ET呈单峰型周期性变化,季节差异性明显;研究区坡度对ET有正向影响,高程和风速对ET有负向影响;气温、日照时数、降水量及NDVI与ET均呈正相关性,其中降水量与ET相关性最为显著;构建岭回归驱动分析模型的决定系数R²为0.823,能够有效解释各驱动因素与ET的关系。模型计算结果表明：降水量和植被覆盖度对三江平原地表蒸散量影响较大,是影响地表蒸散量变化的主要驱动力。     

长江源区高寒退化湿地地表蒸散特征研究

青藏高原作为“亚洲水塔”,对东亚乃至全球大气水分循环都有非常显著的影响.高寒退化湿地是高原上生态多样性的保证,也是水汽循环和地表径流的重要源地,其地气之间水分交换不但可以反映气候变化,而且也对生态环境保护具有重要意义.以长江源区隆宝滩湿地连续一年、每10分钟一次的观测资料为基础,利用FAO Penman-Monteith方法分析了长江源区高寒退化湿地蒸散量的变化特征及其与环境因子之间的关系.结果表明：1）牧草生长期,潜在蒸散量日、月变化特征显著;实际蒸散量整体表现为冬小、夏大,夏季蒸散贡献最大.2）观测期间,蒸散量远大于降水量,水分亏损严重,局地蒸散对降水的贡献较高.3）土壤温度对蒸散发过程影响显著,尤其是表层5 cm地温与蒸散发相关性较好,土壤湿度变化表明其为蒸散发过程提供了充足的水分.4）全年变化中,气温是影响蒸散的主要因素.晴天中,高寒退化湿地实际蒸散量与辐射具有几乎相同的变化趋势,气温对蒸散量影响较小,蒸散量与相对湿度呈现显著的反相关.     

夏季黑河流域蒸散发量卫星遥感估算研究

依据空气动力学方法和蒸散发量时间尺度扩展方案,利用MODIS资料和气象资料,计算中国西北内陆河黑河流域复杂地形下,2004年夏季7月蒸散发量空间分布及总量。利用Landsat-5TM资料对比分析发现,估算地表水热传输过程时,采用高分辨率遥感资料的估算结果受下垫面非均匀性影响程度,明显小于采用中分辨率资料。通过"金塔实验"湍流观测资料验证表明,利用高分辨率资料估算日蒸散发量的相对误差在10%以内。对月蒸散发量计算分析表明,黑河流域海拔2000m以上祁连山区,7月平均蒸散发量是海拔2000m以下山前地区的2.2倍,而山前平原区绿洲(NDVI>0.10区域)平均蒸散发量又是荒漠戈壁地区的12.3倍。因此,流域中下游绿洲地区特别是农业灌溉区是夏季主要水资源消耗区。     

潜在蒸散发量计算公式在贵州省适用性分析

利用贵州省18个气象站1961~2001年逐日气象资料,采用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散发量,对以辐射和气温为基础的简化公式参数进行率定,对比分析不同计算公式推求的潜在蒸散发量之间的差异以及用于气候变化情景下预测适用程度。结果表明,各种潜在蒸散发量公式经参数率定后计算的多年平均蒸散发量相近,但变化趋势存在较大差异。与考虑综合气象因子对潜在蒸散发影响的Penman-Monteith公式计算结果相比,以辐射为基础的蒸散发公式在该地区的适用性较好,以气温为基础的蒸散发公式用于气候变化情景下潜在蒸散发量预测,结果偏大。     

水分蒸散发研究国内外进展与趋势

蒸散发(evapotranspiration)是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。然而,随着全球气候变暖和人类活动的影响,近年来全球各地区(潜在)蒸散发及其对气象要素的响应发生了显著变化。如何精确测定和估算蒸散发已成为定量研究水循环响应全球气候变化的重要内容。本文从蒸散发理论方法的发展、国内外蒸散发的变化趋势及影响因素、蒸散发的时空变化及敏感性分析三个方面进行综述,总结了目前国内外蒸散发的主要估算模型。估算和测定蒸散发的主要方法有水文学法、微气象学法、植物生理学法、遥感方法和SPAC综合模拟法。本文综述了各种蒸散发估算、测定方法的适用性和优缺点,基于敏感性和趋势分析重点总结了蒸散发的变化趋势及影响因素。研究表明,全球范围内不同地区均出现"蒸发悖论"现象,潜在蒸散发或蒸发皿蒸发量呈减少趋势,日照时数和风速是影响蒸散发变化的主要因素。本文系统的对比分析可以为研究气候变化条件下的水循环过程及对水资源的影响、大气—土壤—植被系统的水文循环机理、农业管理等提供重要的科学依据。     

2000年后青藏高原区域气候的一些新变化

在全球气候变暖进程中,青藏高原气候也发生了一系列的改变.在综述前人研究成果的基础上,从气温、地表温度、地面风速和地表感热通量等方面重点阐述了2000年后青藏高原气候的一些新变化及其可能原因.研究表明:青藏高原气温和地表温度在2000-2010年显著增温,而在2010年后出现增温变缓的趋势;地面风速在2000年前后发生了显著的趋势转变,由2000年之前的显著减小趋势逐渐转变为2010年后的显著增大趋势;2000年后风速和地气温差的变化共同导致地表感热通量的增强和趋势转折,其中,2000-2010年地温增温率快于气温的增温率,这对地气温差的加大和地表感热的增强具有重要贡献,2010年以后地面风速的快速增大是高原感热增强的主要因素.青藏高原风速的变化可能主要与大尺度的环流调整有关,而高原地温的变化则可能主要是高原局地下垫面要素相互作用的结果.该研究为理解青藏高原气候变化的最新进展提供了重要参考.     

长江流域1960—2019年蒸发皿蒸发和实际蒸散发演变规律

蒸发是地表水量平衡和能量平衡联结的纽带, 研究长江流域蒸发的变化趋势对于区域水文循环变化、水资源管理至关重要。利用PenPan模型分析了1960—2019年长江流域蒸发皿蒸发量的时空演变规律及其驱动机制, 并基于最新发展的广义蒸发互补关系探究了长江流域实际蒸散发的演变特征。结果表明: ①长江流域的蒸发皿蒸发和实际蒸散发在1990年前后均存在先下降后增加的趋势。风速和辐射下降是1990年以前蒸发皿蒸发下降的主导因子, 气温升高和相对湿度下降是1990年后蒸发皿蒸发上升的主导因子。②长江流域两大主要气候区(高原气候和亚热带气候区)蒸发皿蒸发在1990年前后也存在趋势反转现象, 但时空变化特征和驱动机制差异明显。1960—1989年, 高原气候区气温和辐射是蒸发皿蒸发变化的主导因子; 亚热带气候区风速和辐射是蒸发皿蒸发下降趋势的主导因子。③ 1990—2019年, 高原气候区气温升高、风速增加和相对湿度减少是蒸发皿蒸发上升趋势的主导因素; 亚热带气候区气温升高和相对湿度降低是蒸发皿蒸发增加的主要原因。研究结果可为长江流域水循环变化和水资源配置等研究提供参考。     

秦岭丹江上游流域水源涵养功能时空变化特征及其影响因素

良好的水源涵养功能可以调节区域水文循环和保障区域生态安全，与人类生产生活密切相关，如何精准评估水源涵养功能已成为当下生态水文学的研究热点。基于分布式水文土壤植被模型(DHSVM)和水量平衡法，分析秦岭丹江上游流域2010—2020年水源涵养量的时空变化规律，并探明气候变化和土地利用变化对流域水源涵养功能的影响。结果表明：(1)丹江上游流域年水源涵养量平均值为61.60 mm，月水源涵养量平均值为4.3 mm，有年际和年内变化大的特征。(2)水文要素中，降水量、蒸散发量和径流量11年都呈增长趋势，水源涵养量为减少趋势。流域内水源涵养量的空间分布规律为由东南部向西北方向递减。(3)不同时间尺度下影响水源涵养量的主要气象因子不同。在年际尺度下，影响水源涵养量的主要气象驱动因子为降水，表现为促进作用；年内尺度下影响水源涵养量的主要气象因子为降水和气温，分别表现为促进作用和抑制作用。(4)丹江上游流域主要土地利用类型水源涵养量由高到低依次为：草地、林地、耕地。在土地利用类型变化后，草地面积增加，林地和耕地面积减少，流域水源涵养功能提高。本研究可为当地水资源管理和制定生态保护决策提供科学依据。     

ERA-Interim和CMFD气象驱动数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性评价

气象驱动数据质量是影响流域水文过程模拟精度的一个重要因素。基于新疆额尔齐斯河流域及周边区域8个气象站记录的数据,对ERA-Interim再分析资料和中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）在流域的适用性进行了评价,并对比了ERA-Interim和CMFD气象要素年均值在流域的空间分布。结果表明：ERA-Interim和CMFD记录气温、相对湿度、向下短波辐射和向下长波辐射数据与观测数据具有较高的一致性,但降水和风速数据与观测数据的一致性比较差。小时尺度上ERA-Interim记录的气温、相对湿度、降水量、向下短波辐射准确度略高于CMFD数据,而日尺度上CMFD记录的所有气象要素的准确度均高于ERA-Interim数据,结合Noah-MP模型的模拟结果,认为CMFD数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性整体优于ERA-Interim数据。从两种驱动数据获取的流域气象要素空间分布来看,ERA-Interim和CMFD获取的年平均气温、风速、相对湿度、降水量、向下长波辐射在流域空间具有高度一致性,但向下短波辐射空间分布差别较大。     

水均衡法验证蒸散量计算的可靠性——以张掖盆地为例

蒸散量的计算方法有很多种,表面能量平衡系统(SEBS)是近年来应用较为广泛的计算蒸散量的方法之一。SEBS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。将水文数据与遥感数据相结合,运用SEBS方法对张掖盆地的区域蒸散量进行了估算,并在水均衡原理的基础上,对蒸散量计算结果的准确性进行了验证。结果表明:SEBS方法计算的蒸散量与水均衡法计算出的蒸散量结果吻合较好,从而验证了SEBS方法计算盆地蒸散量的准确性。     

2005年5～7月珠穆朗玛峰北坡海拔6 523 m气象要素特征

依据2005年第4次珠穆朗玛峰地区综合科学考察队在北坡海拔6 523 m处设立的自动气象站资料,分析了5月1日~7月22日的气温、相对湿度、饱和水汽压、气压和风等气象要素每10 min和日记录的观测资料.结果表明,温度和饱和水汽压的平均日变化均为单峰单谷型,相对湿度平均日变化为单谷型,气压平均日变化为双峰双谷型,风速平均日变化呈现不对称的单峰型.在观测的83 d中,温度、相对湿度、饱和水汽压和气压在波动中逐渐增大,而风速不断减小,风向由南风逐渐向北风转变;相对湿度和饱和水汽压的变化幅度大,并有明显的局部差异性.与1960年5月份相比,2005年5月份的候平均温度、候最高温度和候最低温度都明显下降.     

Evaluation of drought and wetness episodes in a cold region (Northeast China) since 1898 with different drought indices

Drought identification and drought severity characterization are crucial to understand water scarcity processes. Evolution of drought and wetness episodes in the upper Nen River (UNR) basin have been analyzed for the period of 1951–2012 using meteorological drought indices and for the period of 1898–2010 using hydrological drought indices. There were three meteorological indices: one based on precipitation [the Standardized Precipitation Index (SPI)] and the other two based on water balance with different formulations of potential evapotranspiration (PET) in the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI). Moreover, two hydrological indices, the Standardized Runoff Index and Standardized Streamflow Index, were also applied in the UNR basin. Based on the meteorological indices, the results showed that the main dry period of 1965–1980 and wet periods of 1951–1964 and 1981–2002 affected this cold region. It was also found that most areas of the UNR basin experienced near normal condition during the period of 1951–2012. As a whole, the UNR basin mainly had the drought episodes in the decades of 1910, 1920, 1970 and 2000 based on hydrological indices. Also, the severity of droughts decreased from the periods of 1898–1950 to 1951–2010, while the severity of floods increased oppositely during the same periods. A correlation analysis showed that hydrological system needs a time lag of one or more months to respond to meteorological conditions in this cold region. It was also found that although precipitation had a major role in explaining temporal variability of drought, the influence of PET was not negligible. However, the sole temperature driver of PET had an opposite effect in the UNR basin (i.e., misestimating the drought detection) and was inferior to the SPI, which suggests that the PET in the SPEI should be determined by using underlying physical principles. This finding is an important implication for the drought research in future.     

气候变暖对长江源径流变化的影响分析

在气候变暖背景下, 20世纪60年代以来, 长江源区气温年和四季增温显著, 蒸发量、 径流量总体呈增加趋势; 进入21世纪后, 源区降水量呈增加趋势。沱沱河作为长江源区的主要径流, 以此为代表研究长江源区气候变暖对径流的影响具有重要的现实意义。利用1981 - 2015年沱沱河水文站径流量资料、 沱沱河同期气象站降水量、 气温、 蒸发量的实测资料, 分析了长江源区沱沱河降水、 气温、 蒸发量变化对径流量的影响。结果显示： 在全球变暖背景下, 近35 a来沱沱河流域年及四季平均气温、 平均最高气温、 最低气温均呈显著增加趋势; 年及春、 夏、 秋季降水量增加而冬季降水量减少; 春、 冬季蒸发量呈增加趋势, 年及夏、 秋季蒸发量呈减少趋势。沱沱河流域降水量是影响径流量大小的最主要的气候因子, 夏季降水量的增多与夏季径流量的增多关系密切, 年平均最低气温升高导致的冰川和积雪融水对径流量的影响次之, 蒸发量对径流量的影响明显低于前两者。     

黑龙江省土壤冻融期气象要素变化特征

黑龙江省春季土壤冻融剧烈,土壤湿度和温度受土壤冻融影响较大,利用黑龙江省64个气象观测站1961—2018年的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量、地温资料及34个农气观测站人工观测的1981—2018年的土壤湿度资料,分析土壤冻结期间的气象要素变化,研究春季土壤冻融过程中湿度和温度的变化。结果表明：土壤冻结期从北向南缩短,且逐年缩短,冻结期平均气温从北向南升高,逐年上升,降水量西部少、东部和北部多,逐年增加;春季冻融次数平原少、山区多,逐年减少。春季融雪开始日期由北向南提前,并且呈现逐年提前的趋势,融雪期升温速率北部、东部低,中部、南部高;在春季冻融过程中,土壤湿度随着土壤深度的增加而增多,东部土壤湿度受土壤融冻影响最大;在整个冬季土壤冻结期间,北部、中部及东部土壤湿度是增加的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度增加的越多,而西部土壤湿度是减少的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度减少的越少;春季土壤冻融期间,0 cm平均地温全省平均在-17.3~22.1 ℃之间,南部与全省变化趋势基本一致,升温趋势明显,而北部升温速度明显慢于南部。