基于P-T模型估算雨养大豆田蒸散量

基于2005—2007年涡度相关系统实测值和小气候观测资料,利用Priestley-Taylor (简称P-T) 模型对三江平原雨养大豆田5—10月的蒸散量进行模拟和分析。结果表明:P-T模型参数α采用常规值1.26时,大豆出苗前和生长期模拟值明显大于实测值,大豆收割后模拟值明显小于实测值,模型不能用于模拟大豆田蒸散量。大豆生长期内参数α与叶面积指数呈对数正相关关系;当饱和水汽压差较小时,参数α与其呈幂函数正相关关系,当饱和水汽压差较大时,参数α与其呈幂函数负相关关系。大豆出苗前参数α与太阳辐射呈正相关关系,与饱和水汽压差呈负相关关系;大豆收割后参数α与风速呈显著正相关关系。依据回归方程修正参数α后,多个用于检验模型模拟效果的统计量均表明:P-T模型对不同时期大豆田蒸散量的模拟精度明显提高,能够较好地估算大豆田蒸散量。总而言之,P-T模型必须修正参数α方可用于估算三江平原雨养大豆田蒸散量。     

黄河源区陆面蒸散量的时空分布特征研究

基于修正的Penman-Monteith（P-M）模型,利用1980~2020年黄河源区的气象台站观测数据和陆-气间水热交换观测试验数据,计算出该区域的陆面参考蒸散量,分析了黄河源区蒸散量的时空演变特征,探讨了影响黄河源区蒸散量变化的原因。结果表明:（1）修正的P-M模型能较准确地估算黄河源区的参考蒸散量,与实际观测的相关系数在0.85以上。（2）黄河源区的蒸散量总体呈上升趋势,但在20世纪80年代中期和90年代中期均呈显著减少趋势;近年来,中部和西部地区的蒸散量呈减少趋势,而东部地区的蒸散量呈增加趋势。（3）黄河源区年蒸散量呈自东向西减小的分布特征,东、中、西部地区分别为473.5~516.0mm、437.6~473.5mm和386.3~437.6mm;四季蒸散量差异明显,夏季最大,春季和秋季次之,冬季最小。（4）黄河源区蒸散量随温度、风速和日照时数的增加而增大,随相对湿度和降水量的增大而减小。      

基于Penman-Monteith模型的蒸散模拟评估分析

根据南京地区粳稻、籼稻两个品种水稻分别在干旱、水层条件下的逐时、逐日蒸散量观测资料,采用Penman-Monteith模型(以下简称PM模型)对水稻蒸散量进行模拟,并对比模拟蒸散值与观测蒸散值。通过计算,对PM模型的可靠性进行验证。结果表明:(1)水层条件下PM模型的精度比干旱条件下高。(2)模拟值乘以作物系数后,与蒸散实际测量值更加接近。(3)通过敏感性分析可知,使用PM模型进行蒸散量模拟时,方程中各个因子取值的准确性对模拟结果的精确度有较大影响,计算时要合理确定各个因子值。(4)水层条件下稻田的蒸散量明显大于干旱条件下的蒸散量。     

对RIEMS模式中陆面过程的一个改进

中尺度区域气候模式RIEMS中陆面过程使用BATS模式,其缺点是土壤内部过程较为简单,本文把10层土壤模式引入BATS,代替原来的二层土壤模式,并采用了TOPMODEL水文模式中的一些处理方法,使土壤温度、水文的计算更为合理,模拟二个个例,每个例均为夏季一个月的模拟,表明在降水、气压场、流场上均较原RIEMS模式为优,因而是对原RIEMS模式一个改进。     

RIEMS中积云对流参数化方案对我国降水的影响

利用区域环境集成系统模式RIEMS选择Kuo-anthes(KA)和Grell(GCC)积云对流参数化方案,进行1991年5～8月敏感性试验,重点考察了区域环境集成系统模式中两种积云对流参数化方案对1991年江淮流域持续性暴雨的模拟能力.结果表明:1)对于200 hPa西风急流的位置和强度来说,采用GCC积云对流参数化方案较采用KA对流参数化方案,RIEMS模式模拟的结果更加接近观测;2)不管模式采用哪种参数化方案,RIEMS模式都能模拟出850 hPa上的水汽输送和流场,但模式模拟的水汽输送都比观测强;3)不管是采用GCC方案还是KA方案RIEMS模式基本上能够模拟出平均气温的空间分布,但对于长江以南地区,模式模拟的温度较观测偏低,对长江以北地区模式模拟的温度偏高.而采用GCC方案模式模拟的温度更加接近观测,并且对大部分地区温度偏差在-1.65～1.5℃;4)对于降水来说,采用GCC方案模式能够较好地模拟降水的空间分布特征以及雨带季节性移动,但模拟的雨带较观测的偏北,大约为1～2纬度.尽管GCC积云对流参数化方案在RIEMS模式中模拟中国地区降水更加接近观测,但由于积云对流参数化在不同水平分辨率下影响模式模拟的效果,因此对利用RIEMS模式进行数值模拟应考虑不同水平分辨下积云对流参数化方案的适用范围.     

区域环境系统集成模式对1997/1998年夏季中国两个极端气候事件模拟能力分析

区域环境系统集成模式(RIEMS2.0,Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0)是由中国科学院大气物理研究所东亚区域气候环境重点实验室在RIEMS1.0基础上发展的区域气候模式。为了检验RIEMS2.0对短期气候的模拟能力,利用降水和气温(2 m)观测资料检验RIESM2.0不同物理过程和初始条件集合模拟1997/1998年夏季中国华北地区高温干旱和长江流域洪涝两个连续极端气候事件的能力(连续积分时间(1997年3月1日—1998年8月31日)共18个月),比较模拟和观测的1997/1998年夏季降水和气温。集合模拟结果表明RIEMS2.0能很好模拟1997/1998年夏季降水和气温及其两年差值分布;模拟和观测的日降水和平均气温结果有很好的相关性,但是降水模拟总体高估,干旱和江淮及江南区气温模拟偏高而半干旱和湿润区气温模拟偏低。在不同物理过程集合模拟中,虽然集合平均距平相关系数(ACC)和均方根误差(RMSE)并不是优于所有集合成员值,但集合模拟能减小模式的不确定性,在一定程度上提高模拟精度。不同显式水汽方案和积云参数化方案对降水、气温模拟效果表现出很好的一致性,湿润区一致性最好。因此,RIEMS2.0模拟能揭示1997/1998年两个连续极端气候事件夏季降水和气温空间分布,反映不同子区域降水和气温分布特征,各集合成员的模拟结果存在差异的同时也保持了很好的稳定性,选择合适的物理过程可以提高模式对区域气候的模拟能力。     

春小麦、春玉米农田灌溉日期预报模式的建立

根据实际观测资料以及田间试验资料 ,利用初始土壤有效水分贮量、时段末土壤含水量、降水量、实际蒸散量和预测蒸散量五要素 ,采用时域滚动预报法建立了春小麦农田灌溉期预报模式 ,确定了各项参数的计算方法 ,得出其经验值。经过对土左旗、临河、通辽小麦及玉米农田的试用 ,各项参数的计算准确度较高 ;农田灌溉日期的预报结果十分可靠     

农田蒸散的研究

本文从田间实验资料入手,逐一分析了土壤、植物、大气因子对蒸散计算的影响。通过对彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)方法的修正和简化,确定了计算潜在蒸散和作物系数的模式。经验证,说明所建模式的效果是好的。从而提供了一种简单实用的作物需水量和实际蒸散量的计算方法,并对潜在蒸散和作物系数等概念提出了新的见解。     

农田蒸散的研究

本文从田间实验资料入手,逐一分析了土壤、植物、大气因子对蒸散计算的影响。通过对彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)方法的修正和简化,确定了计算潜在蒸散和作物系数的模式。经验证,说明所建模式的效果是好的。从而提供了一种简单实用的作物需水量和实际蒸散量的计算方法,并对潜在蒸散和作物系数等概念提出了新的见解。     

区域气候模式RIEMS对东亚气候的模拟

利用区域环境集成系统模式对东亚地区进行了1987年1月到1996年12月的长期积分试验,重点考察了区域气候模式对东亚地区区域气候平均状况的模拟能力.结果表明:(1) RIEMS模式能够较好地模拟出不同季节温度的空间分布以及不同区域温度的年变化;同时模式模拟的季和月平均表面大气温度与观测之间偏差大约一般在1～2℃.(2)对于降水来说,RIEMS模式能够较好地模拟降水的季节变化以及空间分布特征;同时,也能够较好地模拟不同区域降水的年变化.就季节而言,模式模拟的冬季降水最好,相对较差的为夏季;同时,模式能够较好地模拟雨带季节性移动,但模拟的雨带较观测的雨带偏北,大约为2～3纬度.(3)RIEMS模式能够模拟出东亚地区观测的湿润和干旱分布规律,但对于西北干旱区较观测偏干.       

Comparison of different methods for estimating soil surface evaporation in a bare field

In this paper, three methods for estimating soil evaporation in a bare field were evaluated: evaporation ratio method (k ratio), complementary relationship and bulk equation. Micro-lysimeters were used to measure the actual evaporation for validation of the three methods. For the k ratio method, pan evaporation was used as the reference evaporation instead of the value obtained from the Penman–Monteith equation. This result is important for areas where meteorological data are unavailable. The results showed that, for daytime evaporation, the k ratio and bulk equation produced a good fit with the observation data, while the complementary relationship generated a larger deviation from the measured data. We recommend that the k ratio method and bulk equation could be used to calculate daytime soil evaporation with high accuracy when soil water content and pan evaporation data or meteorological data are available, while the complementary relationship could be used for a rough estimation when pan evaporation is available. All the methods could be applied to calculate cumulative evaporation.     

石羊河流域1960～2009年参考蒸散量与蒸发皿蒸发量变化特征

以石羊河流域5个气象站点1960～2009年逐日气象资料为基础,从估算模型和统计角度计算分析了该流域参考蒸散量及蒸发皿蒸发量的变化趋势和变化原因。结果表明：过去50 a石羊河流域蒸散发呈增加趋势,个别站点达极显著水平（p＜0．01）,1960～2009年和1970～2009年不同时段的选择对分析结果有一定的影响。估算模型理论分析认为桑斯威特法计算的参考蒸散量变率主要由气温决定,蒸发皿蒸发量和彭曼蒙蒂斯公式计算的参考蒸散量变化则是辐射、气温、风速及空气饱和差共同作用的结果,而相关分析和突变检验的分析结果验证了上述结论,并得出过去50 a石羊河流域蒸发皿蒸发量和彭曼蒙蒂斯公式计算的参考蒸散量变化的主要决定因素是空气饱和差。     

Estimating daily pan evaporation using adaptive neural-based fuzzy inference system

Estimation of evaporation is important for water planning, management, and hydrological practices. There are many available methods to estimate evaporation from a water surface, comprising both direct and indirect methods. All the evaporation models are based on crisp conceptions with no uncertainty element coupled into the model structure although in daily evaporation variations there are uncontrollable effects to a certain extent. The probabilistic, statistical, and stochastic approaches require large amounts of data for the modeling purposes and therefore are not practical in local evaporation studies. It is therefore necessary to adopt a better approach for evaporation modeling, which is the fuzzy sets and adaptive neural-based fuzzy inference system (ANFIS) as used in this paper. ANFIS and fuzzy sets have been evaluated for its applicability to estimate evaporation from meteorological data which is including air and water temperatures, solar radiation, and air pressure obtained from Automated GroWheather meteorological station located near Lake E?irdir and daily pan evaporation values measured by XVIII. District Directorate of State Hydraulic Works. Results of ANFIS and fuzzy logic approaches were analyzed and compared with measured daily pan evaporation values. ANFIS approach could be employed more successfully in modeling the evaporation process than fuzzy sets.     

近50年来(1960—2007年)长江流域20 cm口径蒸发皿蒸发量与太阳辐射变化的对比

利用长江流域147个气象站点1960—2007年的地面观测数据,通过计算,对比分析了长江流域20 cm口径蒸发皿蒸发量与太阳辐射的变化关系.结果表明:长江流域近50年来蒸发皿蒸发量变化和太阳辐射变化呈显著正相关关系,二者均呈现显著下降趋势,蒸发皿蒸发量随太阳辐射的变化产生相应波动变化,而且中下游地区蒸发皿蒸发量变化受太阳辐射变化的影响程度更为明显;就季节变化而言,春夏秋冬4个季节长江流域蒸发皿蒸发量变化和太阳辐射变化同样呈现明显下降趋势,春、夏、秋3个季节二者变化关系高度相关,这三季对于流域全年蒸发皿蒸发量减少的贡献也最大;长江流域太阳辐射的显著下降是导致20 cm口径蒸发皿蒸发量持续降低的主要原因之一.     

Decreasing Reference Evapotranspiration in a Warming Climate—A Case of Changjiang (Yangtze) River Catchment During 1970–2000

This study deals with temporal trends in the Penman-Monteith reference evapotranspiration estimated from standard meteorological observations, observed pan evaporation, and four related meteorological variables during 1970–2000 in the Yangtze River catchment. Relative contributions of the four meteorological variables to changes in the reference evapotranspiration are quantified. The results show that both the reference evapotranspiration and the pan evaporation have significant decreasing trends in the upper, the middle as well as in the whole Changjiang (Yangtze) River catchment at the 5% significance level, while the air temperature shows a significant increasing trend. The decreasing trend detected in the reference evapotranspiration can be attributed to the significant decreasing trends in the net radiation and the wind speed.     

近40年京津冀蒸发皿蒸发量变化特征及影响因子

为了研究京津冀地区蒸发皿蒸发量的变化特征及成因,在京津冀地区200多个气象站中选择资料序列完整且具有较长时间序列、测站环境评分都在70分以上(按照中国气象局对测站探测环境评分标准评分)、均匀分布的87个气象站,利用1970—2013年京津冀地区87个气象站蒸发皿蒸发量以及其他气象要素的观测资料,采用线性倾向估计法和完全相关系数法,分析近44年来京津冀蒸发量变化特征及影响因子。结果表明,近44年来,京津冀地区年、季蒸发量呈明显下降趋势。全年蒸发量减少速率由大到小分别为:山前平原区太行山区冀东平原区燕山丘陵区冀北高原区(蒸发速率由北向南逐渐增大);四季中下降速率为:春季秋季冬季夏季。分析蒸发量与影响因子的完全相关系数发现,气温日较差、日照时数和平均风速是影响京津冀地区蒸发皿蒸发量变化的主要因子,在平原地区,平均风速是主导因子;在山区和高原地区,日照时数是主导因子。     

Evaporation estimates from Nasser Lake, Egypt, based on three floating station data and Bowen ratio energy budget

Nasser Lake is located in a hyper-arid region in the south of Egypt. Evaporation is by far the most important factor in explaining the water losses from the lake. To obtain better management scenarios for Nasser Lake, an accurate estimation of the lake evaporation losses thus is essential. This paper presents an update of previous evaporation estimates, making use of local meteorological and hydrological data collected from instrumented platforms (floating weather stations) at three locations on the lake: at Raft, Allaqi, and Abusembel (respectively at 2, 75, and 280 km upstream of the Aswan High Dam). Results from six conventional evaporation quantification methods were compared with the values obtained by the Bowen ratio energy budget method (BREB). The results of the BREB method showed that there is no significant difference between the evaporation rates at Allaqi and Abusembel. At Raft, higher evaporation rates were obtained, which were assumed to be overestimated due to the high uncertainty of the Bowen ratio (BR) parameter. The average BR value at Allaqi and Abusembel was used to eliminate this overestimates evaporation. Variance-based sensitivity and uncertainty analyses on the BREB results were conducted based on quasi-Monte Carlo sequences (Latin Hypercube sampling). The standard deviation of the total uncertainty on the BREB evaporation rate was found to be 0.62 mm day^?1. The parameter controlling the change in stored energy, followed by the BR parameter, was found to be the most sensitive parameters. Several of the six conventional methods showed substantial bias when compared with the BREB method. These were modified to eliminate the bias. When compared to the BREB-based values, the Penman method showed most favorably for the daily time scale, while for the monthly scale, the Priestley–Taylor and the deBruin–Keijman methods showed best agreement. Differences in mean evaporation estimates of these methods (against the BREB method) were found to be in the range 0.14 and 0.36 mm day^?1. All estimates were based calculations at the daily time scale covering a 10-year period (1995–2004).     

1961-2010年青海高原蒸发皿蒸发量变化及其对水资源的影响

利用1961-2010年青海省气象观测资料,分析了青海高原近50年蒸发皿蒸发量的时空分布特征和变化趋势,并采用偏相关及主成分分析法,探讨了青海高原蒸发皿蒸发量变化的气候成因及其对水资源的影响。结果表明：近50 a来青海高原蒸发皿蒸发量呈显著下降趋势,它是热力、水分、动力因子综合作用的结果,在三类因子中,动力及水分因子对蒸发皿蒸发量的影响较大,而热力因子相对较小;区域分析表明,影响东部农业区和柴达木盆地蒸发量的主导因子是平均风速和相对湿度,三江源区为相对湿度,而唐古拉山区为气温日较差。通过分析黄河上游可能蒸散量与地表水资源的关系发现,蒸散量对地表水资源的负效应十分显著,其中夏季蒸散量对于平均流量的影响最为显著,而秋季平均流量对蒸散量的响应最为敏感。     

湘江流域蒸发皿蒸发量的变化趋势及原因分析

利用1960-2006年湘江流域内44个气象观测站蒸发皿观测资料,采用气候倾向率、相关系数分析法,以及反距离权重插值来分析湘江流域蒸发皿蒸发量的时空变化特征及其影响因子。结果表明：湘江流域年蒸发皿蒸发量在47年间以21.29 mm/10a速率显著减少,通过了90%信度检验;且有75%的站点蒸发皿蒸发量下降趋势显著。从季节变化来看,蒸发皿蒸发量的下降趋势主要在夏季,以15.58 mm /10a的速率显著下降,并通过了99%信度检验。从空间分布来看,湘江流域蒸发皿蒸发量自西南向东北逐渐减少,且下游地区减少趋势最显著。流域饱和差的减小及风速的显著下降导致大部分站点蒸发皿蒸发量呈下降趋势。     

基于机器学习技术的蒸发皿蒸发量估算模型

为了弥补国家级气象观测站小型蒸发皿停止观测后蒸发量观测资料的空缺,建立了陕北、关中和陕南3个区域数据集以及榆林、泾河和汉中3个单站数据集,通过建立和优化KNN、MLP模型及其参数,分别建立蒸发量区域估算模型、单站估算模型并对其进行检验。结果表明:(1)进行区域蒸发量估算时,KNN模型表现出良好的泛化性能,均方误差、总相对误差和准确率指标值平均分别为0.42、2.1%、57.0%;陕北MLP模型的泛化性能较差;(2)进行单站蒸发量估算时,基于k近邻法的单站估算模型性能优于区域估算模型,均方误差、准确率指标值平均分别为0.48、55.0%,榆林与泾河总相对误差指标绝对值平均为1.6%,汉中总相对误差指标值相对偏高,达到10.3%。本研究为不同气候区域及单站日、月、季和年蒸发皿蒸发量估算以及日蒸发量数据质量控制提供了一种基于机器学习的方法。