1960-2013年中国地表潜在蒸散发时空变化及其对气象因子的敏感性

基于中国107个气象站点的常规观测资料,采用Penman-Monteith公式计算了1960-2013年的逐日潜在蒸散发（ET0）,分析了中国5大区域的ET0对最高温度、最低温度、2m风速、日照时长、平均气压、相对湿度和地表温度的敏感性及其分区特征。结果表明：（1）模拟的从1960-2013年平均ET0和与蒸发皿蒸散发量之间的比值为0.55,各逐站点的ET0与蒸发皿蒸散发的相关系数为0.84-0.98（剔除观测值为0的情况的样本）之间和0.42-0.81（未剔除观测值为0的情况的样本）。（2）本研究中模拟的ET0以6.75mm/10a的速度呈现出下降的趋势。敏感性分析表明,在1960-2013年间的全国范围内,最高气温和最低气温分别增加0.68℃和1.54℃,相应地导致ET0增加12.81mm和14.13mm;风速减少0.51m/s,日照时长减少0.61h,相对湿度减少2.84%,将分别导致蒸散量减少48.08mm,21.5mm,204.49mm,这能很好的解释“蒸发悖论”问题。（3）对中国不同地理分区的ET0,在东北区域、华北区域、和西北区域,蒸散量最敏感的气象因子是相对湿度,其次是风速;在西南区域和华中和华东区域,蒸散量最敏感的气象因子是相对湿度,其次是日照时长。     

珠江流域实际蒸散发的时空变化及影响要素分析

采用基于互补相关理论的平流-干旱模型,根据60个气象站1961—2010年气象资料,计算并分析了珠江流域实际蒸散发（ETa）的时空变化特征,通过对实际蒸散发的辐射能量项、空气动力学项与主要气象要素的相关分析,对珠江流域实际蒸散发的时空变化进行了归因研究。结果表明:（1） 珠江流域多年平均实际蒸散发量为665.6 mm/a。1961—2010年,珠江流域实际蒸散发量呈明显的下降趋势,下降幅度为-24.3 mm/(10 a)。夏秋季节实际蒸散发的下降对年际尺度实际蒸散发的下降具有明显的贡献。（2） 珠江流域东南沿海地区年实际蒸散发量较高（大于690 mm）,该区年实际蒸散发量呈现显著的下降趋势。流域中部有一条呈东北-西南走向的条带状实际蒸散发低值区,年均实际蒸散发量在630 mm以下,但该区域的时间变化趋势不明显。（3） 气温日较差和日照时数的下降以及大气压的增加使得辐射能量项的下降,是造成实际蒸散发下降的主要原因;平均气温、最高、最低气温的上升使空气动力学项呈现增加趋势,从而在一定程度上贡献于实际蒸散发的下降。春秋冬三季平均风速的下降引起空气动力学项的下降趋势或减缓其增加趋势,反过来在一定程度上减缓了实际蒸散发的下降趋势。      

不同互补模型对青藏高原多年冻土区地表实际蒸散发的模拟能力评估

蒸散发是地气水热交换的重要环节,其变化对水资源管理和生态环境具有重要的影响。气候变暖背景下,青藏高原多年冻土不断退化,多年冻土区近地表水热条件发生改变,进而影响着该区域的蒸散发过程。本文利用位于青藏高原多年冻土区腹地的唐古拉综合观测场2010年1月1日至2011年12月31日的气象和涡动等实测资料,选择基于互补蒸散原理的四种半经验模型,评估了不同模型率定参数前后模拟日实际蒸散发的能力,分析了不同模型中参数的敏感性。结果表明,模拟的实际蒸散发量对模型中参数α的取值非常敏感,不合理的参数取值会对模拟精度产生重要影响。使用默认参数值会导致日蒸散发量模拟值明显偏高,其中,S2017模型模拟精度最高,均方根误差值为0.44 mm·d^-1;率定参数后各模型整体上均能较好地模拟出日实际蒸散发量及其变化特征,均方根误差值在0.3～0.4 mm·d^-1,各模型中模拟精度最高的为C2016模型,其次分别为H2018模型、B2015模型和S2017模型,相较而言,H2018模型在率定前后模拟结果更为稳定,显示出该模型对参数的依赖性最低;另外,年内不同时期的模拟精度...     

作物生长对流域水文过程与区域气候的影响

利用区域气候模式RegCM3以及考虑作物生长过程的耦合模式RegCM3_CERES对东亚区域进行20年模拟,研究作物生长对流域水文过程与区域气候的影响。结果表明：考虑作物生长过程的耦合模式模拟海河流域、松花江流域、珠江流域多年平均降水效果明显改进,在除黑河流域外的各流域模拟的温度负偏差有所减小,其中在海河流域、淮河流域的夏季改进尤为明显。各流域夏季（6、7、8月）月蒸散量最高,其中长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域的夏季月蒸散量基本上在100 mm左右,并且七大流域蒸散发的季节变化趋势跟总降水基本一致。多数流域考虑作物生长过程的耦合模式模拟得出蒸散发减少且进入的水汽增加,导致局地水循环率减小;黑河流域与黄河流域降水有所增加,其他流域均有不同程度的减小。针对长江流域,比较耦合模式RegCM3_CERES与模式RegCM3模拟结果显示,叶面积指数减少1.20 m²/m²,根区土壤湿度增加0.01 m³/m³,进而导致潜热通量下降1.34 W/m²（其中在四川盆地地区减少16.00 W/m²左右）,感热通量增加2.04 W/m²,从而影响到降水和气温。     

夏玉米在充分供水条件下不同生育期作物系数研究

利用2014年6—10月夏玉米全生育期试验数据和气象数据,采用LG型称重式蒸渗仪分析了在充分供水条件下陕西关中地区夏玉米全生育期最大耗水量及不同生育期的作物系数。结果表明：夏玉米在试验地段从播种到收获共119 d,充分供水条件下夏玉米全生育期最大耗水量599.9 mm。玉米实际蒸发蒸腾量（ET）与参考蒸散量（ET0）的逐日变化趋势倾向率除三叶—七叶期以外,其余时间段呈现出一致性;全生育期日平均ET为5.0 mm/d,抽雄—乳熟期的ET最大,占全生育期的33.2%。夏播玉米各生育期（播种—三叶、三叶—七叶、七叶—拔节、拔节—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—收获）作物系数分别为0.64,0.76,0.80,1.38,1.47,1.58。     

1980-2018年黄河上游气候变化及其对生态植被和径流量的影响

黄河上游是黄河流域最重要的水源涵养地和产流区,对黄河流域的水资源安全、生态环境和粮食安全有决定性的意义。近年来在西北地区气候暖湿化的背景下,黄河上游气候生态水文等问题受到了各方的高度关注。本文利用卫星遥感数据、格点融合数据和水文监测数据,分析了黄河上游气候的多尺度变化特征及其对植被和径流量的影响。结果表明：1）1980-2018年黄河上游暖湿化趋势呈现全区域较一致的气候特征,温度增加率为0.023℃/a,降水增加率为1.09 mm/a,但同时又存在明显的区域差异性,湟水流域至甘肃中部降水增加最显著,宁蒙荒漠地带增温趋势最明显,2000年以来整个黄河上游降水明显增加。2000年后汇流区与流径区的蒸散发明显增加,但源头区南部波动减少。2）当前的暖湿化有利于黄河上游植被生长,1999年以来汇流区和源头区部分区域的植被增加率达到0.04/（10 a）;从长期趋势看,源头区、汇流区植被指数与上年降水呈显著正相关关系,而流径区植被指数与当年降水相关性显著;降水对黄河上游流域植被具有明显的改善作用,而温度对其影响较复杂,各区域不同的植被类型是导致降水、温度、蒸散影响存在差异的可能原因。3）1980-2018年唐乃亥站和兰州站的年径流量均呈减少趋势,但1998年以来两站的年径流量明显增加,兰州站年径流量的增加率是唐乃亥站的近3倍。长期趋势表明,唐乃亥站年径流量与当年降水呈显著正相关关系,兰州站年径流量与当年降水、蒸散的相关系数均明显低于唐乃亥站;从年际波动看,降水是决定年径流量的最主要影响因子,而生态植被、冻土退化、水储量变化及社会活动等因素对径流量的影响也不容忽视。该研究为科学应对黄河上游生态保护及实现黄河流域高质量发展提供了参考依据。     

NOAA卫星遥感监测不同作物农田土壤湿度模型

根据对新疆几个主要农作物耕种田土壤含水量和土壤温度观测资料，统计分析了土壤含水量与地温的相互关系。结果表明，同样土质条件下（本试验区均为沙壤土），种植不同作物，其土壤湿度大小所响应的地温要素不同，有的与凌晨地温（T08）相关好，有的对中午地温（T14）反应灵敏；有的和地面日温度相关突出，有的则与浅层地温关系好，总体看，土壤湿度与地面日温差（△T＝T14－T08，近似为日较差）相关最佳，其道理众所周知，是土壤的热惯量差异所致。反言之，不同作物田，即使土壤含水量和其它条件都一样，其△T可能不一样，而且变化最敏感的△T所在深度也不同。本文给出了四种农作物生长田里土壤湿度和地温的响应模式，并推论可以用AVHRR辐射温度（亮温）的日差值Tb代替△T，进而提供一种利用NOAA卫星遥感资料监测不同作物区土壤湿度分布的模型。     

不同初始场条件对新疆区域数值模式预报性能的影响

初始场条件直接影响到区域模式的预报性能。基于GRAPES_GFS和NCEP_GFS两种初始场，详细比较了两者之间的差异，随后分别利用两种初始场驱动新疆区域数值模式（RMAPS-CA V1.0），对2021年4月整月的数值预报结果以及2021年4月21日一次暴雨过程模拟结果进行了MET（Model Evaluation Tools）对比检验。结果表明：（1）两种资料位势高度扰动场、温度扰动场、湿度扰动场存在明显差异，其相关系数分别为0.26~0.60、0.05~0.24和0.01~0.12，导致次天气尺度上存在着较大差异，并由此造成了模拟结果之间的差异，反映了区域模式对初始场和边界条件的敏感性；（2）从高空位势高度、风速、温度的预报结果看，NCEP_GFS初始场在新疆区域模式中高空要素的预报效果均要优于GRAPES_GFS初始场，均方根误差分别降低35.5~37.2%、7.6~12.6%和6.0~17.2%。从地面常规预报量的检验看，GRAPE_GFS初始场对2 m温度和10 m风速的预报效果则要优于NCEP_GFS初始场，均方根误差分别降低14.3%和6.8%；（3）从降水检验评分看，两种初始场的降水预报整体为漏报现象，NCEP_GFS初始场针对各降水阈值及不同时效的预报降水评分要高于GRAPES_GFS，0.1 mm/6h、6.1 mm/6h和12.1 mm/6h的TS评分分别提高22.5%、16.1%和150.8%；（4）从一次暴雨过程预报的检验结果看，GRAPES_GFS对于24小时为小量级降水预报效果优于NCEP_GFS,准确率分别为61.4%和40.0%；而NCEP_GFS对于大量级的降水预报则要优于GRAPES_GFS,准确率分别为66.7%和33.3%。两种初始场对降水个例检验偏差以空报现象为主，NCEP_GFS的TS评分整体高于GRAPES_GFS。     

张家口地区一次长时间降雪过程的滴谱特征分析

本文利用OTT Parsivel2激光雨滴谱仪和站点加密观测资料，对2019年11月29日张家口地区一次长时间降雪天气过程的滴谱演变特征进行了初步分析，本次降雪先后经历开始阶段、雪花阶段、稳定强降雪阶段、结束阶段。结果表明：（1）总体上，降雪天气过程中微物理参量（降雨强度R、数浓度Nt、雨水含量W、雷达反射率因子Z、质量加权平均直径Dm）演变趋势基本相同，其中开始阶段、稳定强降雪阶段、结束阶段的降水强度、雨水含量、雷达反射率因子受粒子数浓度影响较大，而雪花阶段降水强度、雨水含量、雷达反射率因子受粒子直径影响较大。（2）稳定强降雪阶段，粒子数浓度Nt量级为103至104，而Dm小于1 mm，这是由于大雪片在温度较低的情况下，下落过程中破碎形成大量小雪片。降雪过程中，雪滴下落速度小于2 m/s的粒子数占总粒子数的90%，强降雪阶段的雪滴下落速度集中于1~1.5 m/s。（3）分别使用二、三、四阶矩和最小二乘法对不同降雪阶段粒子谱进行Gamma分布拟合，在降雪过程中，最小二乘法拟合效果优于二、三、四阶矩方法。     

1998年南海季风爆发期间近海面层大气湍流结构和通量输送的观测研究

1998年5月14日至6月22日,在西沙永兴岛近海铁塔上进行了一次海-气通量观测试验,观测期包括了西南季风爆发前、爆发、爆发后风速加强等几个阶段。这次试验获得该年西南季风爆发的天气特征以及由涡度相关法、廓线法计算的动量、感热、潜热通量及湍流强度等一些统计量分布。分析结果表明,观测期湍流强度σu、σv、σw与平均风速之比为0.096、0.066、0.045;在近中性条件下（z/L≈0）,各相似函数基本为常数,σu/u＊≈3,σv/u＊≈2,σw/u＊≈1.25;在稳定条件下u、v、w三方向σ/u＊近似相等;在稳定与不稳定条件下σt/t＊随稳定度参数z/L的变化趋势相似,但符号相反。摩擦速度u＊随风速的变化接近于关系式u＊=0.029U10+0.006（U10为10m高度30min平均风速）,空气动力粗糙度长度z0变化在0.01～0.35mm之间。观测期动量通量变化在0.05～0.30N/m2之间,季风爆发期明显增大;曳力系数CD平均为1.12×10-3,它随平均风速变化可以表示为关系式103CD=0.003U210+0.020U10+0.836或103CD=0.056U10+0.732。感热通量由海洋输向大气,平均值为7.8W/m2,数值在0～15W/m2之间变化,季风爆发后明显增大;潜热通量数值一般变化于50～200W/m2,白天中午数值较高,夜间较低。季风爆发后也明显增大。观测期间鲍恩比（BowenRatio）日平均为0.05左右。     

阿克苏棉区膜下滴灌农业气象服务对策初步研究

目前棉花膜下滴灌技术已在阿克苏得到应用,棉花膜下滴灌植棉比常规高密度植棉在灌溉方式上具有明显的优越性,灌水灵活,控制力强,增产潜力较大。由于棉花膜下灌溉技术改变了棉田的生态环境,面对这一新型的节水技术,需找准气象服务的切入点。研究表明,农业气象服务在膜下滴灌植棉和常规植棉中的应对措施具有较大的差异性。     

棉田干旱指标研究进展

干旱是影响作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,水分亏缺所造成的危害超过了一切逆境因子的总和,严重影响作物产量及农业生产。作为全国重要优质棉区之一的新疆,干旱及水资源缺乏也成为棉花产业发展的重大限制因素之一,棉花种植几乎完全依赖灌溉,而棉花或棉田是否需要灌溉,可根据土壤含水量以及植株本身受旱程度特征等指标来判断。本文从棉花干旱形态变化、生长发育进程、生理生态特征、产量结构差异、土壤水分变化、气象干旱等不同方面对绿洲棉田干旱指标研究的现状和进展进行总结,并对进一步开展滴灌模式下棉田干旱发生发展过程以及干旱敏感性指标研究提出建议。     

北疆棉区棉花膜下滴灌蒸散规律研究

通过对膜下灌溉技术下蒸散观测数据的分析，初步确定了棉花在整个生育期的蒸散量为500-600mm。在此基础上，分析了膜下灌溉技术对棉花产质量的影响。     

基于涡度相关的春玉米逐日作物系数及蒸散模拟

作物系数是计算作物蒸散量的关键参数。利用2006—2008年和2011年辽宁锦州玉米农田生态系统的涡度相关、气象、作物发育期及叶面积指数观测数据,分析不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数特征及其与叶面积指数的关系。研究表明:作物系数与玉米农田实际蒸散均呈单峰型变化,约在7月末至8月初达到最大值 (玉米开花吐丝期)。在此基础上,建立了不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数与叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平), 同时,采用积温表示的标准化生育期方法模拟相对叶面积指数,并建立了逐日作物系数与相对叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平),解决了无叶面积观测地区玉米逐日实际蒸散量的计算。研究结果可为玉米农田用水管理以及灌溉措施的制定提供参考。     

蔬菜作物需水与节水灌溉气象服务

应用联合国粮农组织推荐的计算作物蒸散量的公式,计算了张家口坝上地区蔬菜作物的需水量;通过田间示范得出,膜下滴灌节水效果最好,其次是喷灌、再就是管灌。给出了蔬菜作物的平均需水灌溉量和不同节水模式下的灌溉量,并进行了节水灌溉调控气象服务。结果表明,按照作物需水和气象服务调控灌溉,不用投入资金可节水40%左右;工程节水加作物需水气象服务调控灌溉节水40%~70%。工程节水结合作物需水调控灌溉为最有效最经济的节水灌溉途径。     

不同气候生态棉区化学调控适宜期的试验及其应用

在山东省气候条件下,棉花生长发育主要受热量条件制约．由积温推算出在不同气候生态棉区以及不同品种、种植方式、密度和产量水平下的棉田物候期,由此得到相应棉田各次化调期,可改变田间小气候,提高成铃率１０％～１５％,单铃重增加０．３～０．９ｇ,使棉田因蕾期缩短而改变播期及种植品种,扩大麦棉两熟种植区域,提高棉花品质．     

棉花耗水规律和灌溉随机控制

根据5年田间试验资料,分析了棉花产量与耗水量的抛物线关系,确定了棉花最佳耗水量;根据棉花植株在不同土壤湿度情况下气孔阻力、蒸腾强度和蕾铃脱落率的变化,确定了不同生育阶段的适宜水分指标和干旱指标。在此基础上,研制了棉花灌溉随机控制模型,可以动态预报棉田土壤有效水分含量和实际蒸散量,并从经济效益和水分利用效率的角度提出优化灌溉决策。     

内蒙古河套灌区春玉米作物系数试验研究

作物系数曲线是估算作物生长季耗水量变化的重要参数。基于2013年4—9月内蒙古巴彦淖尔市临河区田间水分试验和1994—2013年气象站观测资料,利用水量平衡法反求春玉米作物系数,分析生长季内的变化规律, 建立动态模拟方程,并与联合国粮农组织 (FAO) 分段直线法结果进行比较, 提出胁迫条件下作物系数的叶面积修正方法。结果表明:玉米作物系数随发育进程可用三项式曲线描述,变化趋势与产量水平无关, 但随产量增高而变幅增大;以出苗后相对积温为时间变量建立模拟方程效果较好,决定系数 (R2) 均在0.92以上;模拟计算出各站点最大 (1.30~1.48) 和平均 (0.831~0.919) 作物系数,与FAO分段直线法计算的典型值和区间值基本一致,生长中期平均相对误差为3.4%~7.2%;提出利用相对叶面积指数修正作物系数的计算方法;通过2014年实例检验,土壤水分模拟值与实测值的平均相对误差为6.3%,相对误差小于15%的占95.8%。     

Agrometeorological study of crop drought vulnerability and avoidance in northeast of Iran

Drought is one of the crucial environmental factors affecting crop production. Synchronizing crop phenology with expected or predicted seasonal soil moisture supply is an effective approach to avoid drought impact. To assess the potential for drought avoidance, this study investigated the long-term climate data of four locations (Bojnourd, Mashhad, Sabzevar, and Torbat Heydarieh) in Khorasan province, in the northeast of Iran, with respect to the four dominant crops (common bean, lentil, peanut, and potato). Weekly water deficit defined as the difference between weekly precipitation and weekly potential evapotranspiration was calculated. Whenever the weekly water deficit was larger than the critical water demand of a crop, the probability for drought was determined. Results showed that Sabzevar has the highest average maximum temperature (24.6 °C), minimum temperature (11.7 °C), weekly evapotranspiration (32.1 mm), and weekly water deficit (28.3 mm) and has the lowest average weekly precipitation (3.8 mm). However, the lowest mean maximum temperature (19.7 °C), minimum temperature (6.9 °C), weekly evapotranspiration (22.5 mm), and weekly water deficit (17.5 mm) occur in Bojnourd. This location shows the shortest period of water deficit during the growing season for all crops except potato, which also experienced drought at the end of the growing season. Sabzevar and Torbat Heydarieh experienced the highest probability of occurrence and longest duration of drought during the growing season for all crops. The result of this study will be helpful for farmers in order to reduce drought impact and enable them to match crop phenology with periods during the growing season when water supply is more abundant.     

中亚费尔干纳盆地灌溉气候效应的数值模拟研究

中亚地处干旱气候区,农业生产高度依赖灌溉,然而灌溉对当地气候影响的认识还较为薄弱。为此,针对多雨（2009年）、少雨（2008年）及正常（2007年）年景下中亚典型农业区—费尔干纳盆地暖季（5—9月）的气候,利用嵌入灌溉过程参数化方案并更新土壤参数的WRF模式,分别进行了考虑灌溉过程（称为IRRG试验）与不考虑灌溉过程（称为NATU试验）的模拟试验,并通过对比IRRG与NATU试验之差揭示了灌溉对区域气候的影响。研究发现:（1）灌溉致使暖季地面潜热增加（79.2 W/m2）、感热减少（?61.3 W/m2）,日均气温降低1.7℃,空气比湿升高2 g/kg（约为NATU的36%）,因5—6月为雨季,7—8月为旱季,故7—8月的灌溉量大,冷湿效应略强于5—6月;（2）冷湿效应主要出现在灌溉区域,降温达2℃,增湿达2.4 g/kg,灌区外甚微,同时从地面到高层大气,冷湿效应越来越弱,在约500 hPa（距地面约4000 m）以上冷湿效应消失;（3）在盆地中央平原地区,因灌溉而致空气湿度上升产生的潜在增雨效应与地面冷却产生的对流抑制作用相互抵消,灌溉与无灌溉情景下当地降水无显著差异;灌溉可导致盆地南、北两侧山区降水增加（约0.6 mm/d）;（4）不同年景之间灌溉量差异主要出现在5—6月,少雨年比多雨年灌溉量多20 mm/月,日均气温降幅偏大0.3℃,空气比湿增幅偏大0.5 g/kg,但山区降水增幅偏小0.6 mm/d。