蒸发皿蒸发和潜在蒸散发对气候变化的响应

基于Penman-Monteith公式研究了黄河流域1956—2001年间潜在蒸散发量和实测蒸发皿蒸发的时空分布和变化规律,并重点分析了蒸发皿蒸发量变化的原因。结果表明:在年和季节尺度上,Penman-Monteith潜在蒸散发量和实测蒸发皿蒸发量的相关系数很高;从空间分布来看,年均潜在蒸散发量和蒸发皿蒸发量均从东北到西南逐渐减小;从时间趋势来看,黄河流域蒸发皿蒸发量有明显的减小趋势,并且春季和夏季蒸发皿蒸发量的减小趋势尤为明显;风速的显著减小可能是导致黄河流域年蒸发皿蒸发量显著减小的主要原因。     

新疆地区气象要素变化对潜在蒸散发量的影响

基于乌鲁木齐站和喀什站1954—2008年气象资料,运用P-M法计算了各站点的潜在蒸散发量,运用Mann-Kendall非参数统计检验法统计分析了两站气象要素的变化趋势,并分析了各气象要素与潜在蒸散发量的相关性。结果表明:①1954—2008年,喀什站气温和相对湿度呈显著上升趋势,风速呈显著下降趋势,乌鲁木齐站气温呈显著上升趋势,风速和日照时数呈显著下降趋势;②气象要素的变化趋势不具有规律性,不同季节的变化趋势不同;③气温、风速、日照时数与潜在蒸散发量均呈正相关关系,相对湿度与潜在蒸散发量呈负相关关系,气温和相对湿度是乌鲁木齐站潜在蒸散发量的主要影响因素,气温和风速则是喀什站潜在蒸散发量的主要影响因素。     

1995-2015年宁夏沿黄城市带蒸散发时空变化特征

利用宁夏沿黄城市带6个气象站1995-2015年逐日观测资料,基于Penman-Monteith模型、Budyko假说分别估算宁夏沿黄城市带1995-2015年潜在蒸散发量（ET₀）和实际蒸散发量（ET）,采用Morlet小波分析、气候倾向率等统计方法,分析宁夏沿黄城市带1995-2015年实际蒸散发、潜在蒸散发时空分布和变化情况。结果表明：1995-2015年宁夏沿黄城市带ET₀多年均值为831.585 mm、ET多年均值为710.551 mm,实际蒸散发ET远小于潜在蒸散发ET₀;宁夏沿黄城市带ET与ET₀关系符合正比假设理论,水分供应条件变化下,ET与ET₀均呈现明显的增加趋势,为正相关关系;宁夏沿黄城市带1995-2015年各季节平均蒸散发年际变化总体呈增大趋势,但是也有很明显的时段特征,即先增加后下降再回升,通过滑动t检验确定2006年为突变年;1995-2015年宁夏沿黄城市带年平均蒸散发及气候倾向率空间分布整体呈现由东北向西南“低-高-低”相间分布的空间格局。     

不同潜在蒸发估算方法对黄土高原渭河径流模拟的影响研究

蒸散发是地表水文过程的重要环节,潜在蒸散发对水文过程模拟和预报具有重要影响。以渭河北道水文站上游作为研究区域,采用Penman-Monteith法和E-601型蒸发皿的潜在蒸散发数据(PET601)分别驱动SWAT模型,使用SUFI-2优化算法进行参数敏感性分析与模型率定、验证以及不确定性分析。结果表明,不同方法所得潜在蒸散发量值差异较大,都具有相似的年内分布,PET601法潜在蒸散发量低于Penman-Monteith法。使用PETP-M和PET601驱动水文模型模拟径流过程,结果显示这2种数据下的水文模拟精度较好,PET601法更适合黄土高原的渭河流域,潜在蒸散发的偏差对于水文模拟的影响由于模型参数的调整明显削弱很多。研究成果将在黄河流域生态保护中为区域蒸散发量的管理提供参考。     

北京市潜在蒸散发量的时间序列变化特征分析

区域蒸散发是一个地区气象和农业生产的重要水分指标。现采用彭曼公式计算潜在蒸散发,研究了北京市1960年-2011年潜在蒸散发及其影响因素的变化趋势,并对研究区潜在蒸散发时间序列变化进行了多尺度周期性分析。研究结果显示,潜在蒸散发线性变化趋势为每年增加0.54mm,利用Mann-Kendall检验得到区域蒸散发增加趋势不明显,并且无突变点;气温升高,降水量下降导致蒸散发量增加,日照时数下降导致蒸散发量下降;总体上,气温和降水量对北京地区蒸散量影响更大。对北京地区蒸散发进行多尺度周期分析,发现该地区在14a、11～12a、5～6a上存在周期特征,各信号频率分布的时间域及其强度也存在着差异,而且近15年周期特点不同于历史上以往的时期。     

海河流域潜在蒸散发估算方法及其时空变化特征分析

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2.04 mm?a-1,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（<-1 mm/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。     

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。     

黄河流域植被水分利用效率对干旱的时空累积响应EI北大核心CSCD

利用植被总初级生产力和蒸散发数据,结合标准化降水蒸散发指数(SPEI)数据,分析了1982—2018年黄河流域植被水分利用效率的变化特征,量化了干旱对植被水分利用效率的累积效应。结果表明:干旱对植被水分利用效率的累积影响可利用多尺度SPEI和植被水分利用效率之间具有最大显著相关性的月份来衡量;黄河流域多年平均植被水分利用效率呈北低南高的分布格局,与多年平均植被总初级生产力的空间分布呈现一定的相似性,植被水分利用效率呈上升趋势,主要原因是植被总初级生产力增速大于蒸散发增速;干旱对黄河流域内58.48%区域的植被水分利用效率存在累积效应,其中累积时间尺度为1~2月、6~8月和19~24月尺度的占比分别达到了43.58%、23.10%和16.96%;干旱对植被水分利用效率的累积时间尺度因植被类型和水文气候条件而异,干旱对北部靠近沙漠区域的草地和农田的累积影响是长期(>18月)的,对湿润半湿润区的草地和森林的累积影响是短期(≤4月)的;平均累积时间尺度随着年均SPEI的增加而下降,SPEI越大,干旱对植被水分利用效率的累积时间尺度越短。     

金沙江流域实际蒸散发时空分布特征及其影响因子

通过GRACE重力卫星观测数据和GLDAS陆面模式同化数据重构金沙江流域实际蒸散发,采用质量守恒约束降尺度方法提升GRACE重力卫星陆地水储量观测数据的空间分辨率;基于水量平衡方法,重建了金沙江流域2002—2016年的子流域尺度逐月实际蒸散发,分析了金沙江流域实际蒸散发的时空变化特征以及影响实际蒸散发的主要驱动因子。结果表明:重建的实际蒸散发与7种蒸散发产品的可靠性均较高,其中与NOAH产品的平均差和均方根误差最小,与PLSH产品的相关系数较好,为0.82;金沙江流域多年平均实际蒸散发量为447.30mm,空间分布上自西北向东南逐渐增加。2002—2016年蒸散发呈不显著的增加趋势;各土地利用类型蒸散发中,林地蒸散发的增加速率最大,草地的增加速率最小;金沙江流域实际蒸散发主要受降水和气温影响,受风速影响次之,受归一化植被指数和相对湿度的影响较小。     

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。     

基于GRACE和GRACE-FO的黄河流域陆地水储量及影响因素分析EI北大核心CSCD

基于GRACE和GRACE-FO卫星陆地水储量遥感数据,采用长短期记忆(LSTM)神经网络模型,结合水量平衡方程和全球陆地数据同化系统(GLDAS)重建GRACE与GRACE-FO间的陆地水储量变化量,分析黄河流域2002年4月至2020年3月陆地水储量变化特征,探究影响陆地水储量变化的环境因子。结果表明:LSTM模型可以有效填补GRACE与GRACE-FO间的陆地水储量变化量;黄河流域陆地水储量呈明显下降趋势,上、中、下游下降趋势依次增大,陆地水储量与地下水储量的变化特征高度相关;黄河流域上、中、下游年陆地水储量变化量与年降水量和年干燥度指数呈极显著相关关系,表明黄河流域陆地水储量变化受到降水和蒸散发的影响。     

黄河流域近40年气候变化的时空特征

黄河流域是我国主要的气候敏感区之一,气候变化对其生态环境演变与经济社会发展有显著影响。本文利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料分析了黄河流域过去40年的温度、降水、水汽通量散度、蒸散和荒漠化风险等的演变特征,结果发现:1979—2019年黄河流域四季均呈现明显增温趋势,其中春季增温最为明显;季节性降水的变化差异显著,春季和夏季降水呈现下降趋势,秋季降水增加;黄河流域空中水汽以辐合为主,过去40年黄河流域上游水汽辐合年际波动最小,中游次之,下游最大;黄河流域蒸散整体呈现减少趋势,其中增加趋势集中在上游地区;黄河流域荒漠化风险整体处于中等风险以上,呈现由南向北加剧的空间分布,1982—2014年黄河流域荒漠化风险呈现下降趋势。本研究厘清了全球气候变化背景下黄河流域蒸散、水汽输送和降水等水循环过程的变化规律,能够为维护黄河流域地区生态安全、防范重大气象灾害风险提供科学依据。     

基于多源产品的西南河流源区地表蒸散发时空特征

基于5个地面通量站点观测数据,对ET-EB、MOD16、GLEAM、Zhang-ET和GLDAS共5种地表温度蒸散发产品开展了验证工作,继而选取精度较好的产品,采用经验正交分解方法研究了西南河流源区2001—2013年地表蒸散发的时空变化特征。结果表明:5种产品中,GLEAM的精度较好,均方根误差为23.4 mm/月;西南河流源区的地表蒸散发夏季最高,冬季最低;从东南向西北,西南河流源区的地表蒸散发逐渐降低;2001—2013年,长江上游和黄河上游地表蒸散发均呈增加趋势,黄河上游上升幅度最大;整体上看,比湿与源区地表蒸散发的相关性最强,但不同流域地表蒸散发与气温、比湿和降水的相关性不同:怒江流域、澜沧江流域、长江上游和黄河上游春秋两季的地表蒸散发与比湿相关性较强,雅鲁藏布江流域、藏南诸河、青海湖水系春秋两季的地表蒸散发与气温的相关性较强;源区地表蒸散发随着高程的增加而降低,随着坡度的增加而增加,在坡向为东南和西北时,地表蒸散发较高。     

汉江上游流域潜在蒸散量敏感性分析

为研究全球变暖背景下汉江上游流域潜在蒸散量的变化特征,根据汉江上游流域1960—2015年汉中、石泉和安康3个气象站的逐日实测气象数据,采用彭曼-蒙蒂斯方程计算逐日潜在蒸散量ET_0。应用敏感性公式计算ET_0对5个主要气象因子的敏感系数,并结合气象因子的多年相对变化分析ET_0变化成因。结果表明:受太阳周年运动及地形等地理要素的共同影响,汉江上游不同气象因子及ET_0的年内分布不一;汉江上游ET_0对相对湿度最为敏感,各气象因子年敏感系数多呈显著下降趋势,敏感程度均达到"中"以上等级;ET_0同气象因子表现出复杂非线性关系,日照是汉中站ET_0变化的主导气象因子,石泉和安康站ET_0变化的主导气象因子是相对湿度。     

Changes of Pan Evaporation in the Recent 40 Years in the Yellow River Basin

Abstract

Based on monitoring data of 123 meteorological stations from 1960 to 2000 near or in the Yellow River Basin, the spatial and temporal distributions and their trends for pan evaporation (PE) are investigated in this study. The results indicate that, despite the annual mean air temperature over the Yellow River Basin has, on average, increased by 0.6° over the past 40 years, the rate of PE has steadily decreased, especially in summer and spring. Compared with the period of 1960s to 1970s, the rate of annual pan evaporation during 1980s to 1990s has decreased by 126mm or 7.0 percent. Spatial distribution of the rate of change show that this kind of trend is general but not universal, PE has significantly decreased over the upper and lower reaches of the Yellow River, but increased to a small degree over the middle reaches. Further analyses show that the decrease of PE is mainly related to reductions in sunshine durations and solar irradiance, owing to more clouds and aerosols.     

基于GRACE重力数据反演黄河流域陆地水储量变化

基于GRACE重力卫星数据反演黄河流域2002-2013年陆地水储量变化,并通过GLDAS验证GRACE反演结果。在此基础上采用皮尔逊相关系数法进一步探究陆地水储量与降水、气温、蒸散和植被NDVI的关系。结果表明:基于GRACE数据能够较好地反演陆地水储量; 2002-2013年间黄河流域的水储量以0.56 cm/a的速度减少,且具有明显的季节特征,水储量在1-6月呈亏损状态,7-12月呈盈余状态;对黄河流域水储量变化与降水、气温、蒸散和NDVI进行滞后性分析,表明其与降水、蒸散、NDVI有两个月的滞后效应,与气温为3个月。     

黄河中下游沿黄城市水资源承载力贴近度空间结构及作用机理

采用贴近度测度黄河中下游31个沿黄城市水资源承载力,分析承载力贴近度的空间特征和空间作用机理。结果表明：黄河中下游流域城市水资源承载力整体偏低,尤其是下游流域沿黄城市的水资源供需矛盾尖锐;从空间结构特征全局看,31个沿黄城市水资源承载力整体呈现空间自相关特征,从局部看,大部分城市无分异特征,但中游流域出现热点区域,下游流域尤其是河南省出现低洼区域;通过沿黄城市水资源承载力贴近度空间作用机理分析,中游流域沿黄城市水资源承载力受到驱动力（D）、压力（P）、状态（S）、影响（I）、管理（M）5个因素的影响,且城市之间存在空间虹吸效应,水资源表现出空间竞争,而不是空间协同发展。下游流域沿黄城市水资源承载力只受到驱动力（D）、状态（S）、影响（I）3个因素的作用。研究成果可为沿黄城市加强水资源的管理、优化城市发展模式提供参考。     

A MACRO-SCALE SEMI-DISTRIBUTED HYDROLOGICAL MODEL AND APPLICATION TO THE DATONG RIVER VALLEY

1.INTRODUCTION TheYellowRiverisimportantwatersourcein north westChinaandtheHuabeiPlain.Therela tivearidclimateandunreasonablehumanactivities havemadewaterproblemsveryseveresuchas floodthreat,dryriverbedandenvironmentsdeg radation.Theproblemshinderthebasinfromsus tainabledevelopment.Soitisofsignificancetoresearchtheproblemsandmastertherulesofrunoff change.Hydrologicalmodelhasbeenplayinga veryimportantroleasatooltomodelrunoff.A numberofresearchershavedonemuchworkabout runoffsimulationand…     

植被恢复影响下黄河上游北川河流域蒸散发量变化及成因分析

针对黄河上游水源涵养区植被恢复的水循环影响问题,结合北川河流域的植被覆盖和蒸散发遥感数据以及土壤蒸发野外观测数据,分析植被恢复影响下蒸散发这一关键水循环要素的变化趋势及成因,阐明高寒山区植被恢复对流域蒸散发量变化的潜在影响途径.结果表明:2000-2019年,随着北川河流域植被覆盖度的持续增加,流域年蒸散发量减少了33...     

Water Supply Need Analysis for the Lower Yellow River

Abstract

The objective of this paper is to examine a deficit in surface water for the lower reaches of the Yellow River. The methods suggested in this paper to diagnose water shortage problems are simple and practical. The results show that the lower reaches of the Yellow River are areas without sufficient water to meet the needs of irrigation, domestic, and industrial uses. The completion of the Sanmenxia reservoir and Xiaolangdi reservoir relax the conflict between water need and supply. However, if the hydrologic status becomes pessimistic with an exceedence probability of over 80 percent, then the water supply is still severe in the lower reaches of the Yellow River. The water resources in the lower reaches of the Yellow River to Tianjin and Qingdao cities are very limited and unstable. The most feasible options to offset the water deficiency in the lower reaches of the Yellow River are: (a) to obtain water from the Yangzi River; (b) to obtain more water from middle and upper reaches through regulation; (c) to conduct a comprehensive water saving program.