同位素技术在流域水文研究中的重要进展

近50 a来,同位素技术在流域水文研究中取得了两个方向上的重要进展:从时间上讲,主要是对水体贮存、运移时间变化的评估,这里重点介绍了对地下水滞留时间估算上的重要进展;从空间上讲,主要是对流域水文过程的评估,从对河流-地下水系统内水体的相互转化、径流分割和生物化学过程3个方面的进展进行评述.同位素技术和方法在流域水文研究中将向着理解大流域水文过程的方向发展,同位素信息用来校正和检验降水-径流模型及在可持续水资源管理的定量化研究等方面的潜在价值有待实现.     

黑河中游地区湿草地蒸散量试验研究

干旱区湿草地蒸散量的估算对区域草地生态环境建设、草场的科学管理和湿地保护等具有重要的意义.但目前为止,对湿草地蒸散的观测和研究非常少.以气象观测资料为基础,采用不同的方法估算了黑河中游湿草地的参考作物蒸散量(ET₀),并对5种方法计算结果进行了对比.结果表明,除Priestley-Taylor法外,其余几种方法计算结果十分接近,相关性好.用FAO Penman-Monteith公式计算结果对ET₀的变化作了分析:在一个完整年度内,试验地ET₀为1193.9mm,日均3.26mm·d^-1.在牧草不同生长季节,ET₀变化剧烈,非生长期、生长初期、生长中期、生长末期分别为0.92mm·d^-1、2.13mm·d^-1、5.33mm.d^-1和2.52mm·d^-1,其蒸散量分别占全年蒸散总量的7.85%、5.02%、70.90%和16.23%.ET₀在2月中下旬迅速增大,4月增大幅度最大,此后进一步增大直到7月达到最大,随后逐步减小,在11月中旬随着牧草生长期的结束降至年最低值.确定了牧草非生长期、生长初期、生长中期、生长末期的K_c分别为0.30、0.40、0.90和0.88,计算的牧草地年实际蒸散量为962.0mm,日均2.63mm·d^-1.     

疏勒河上游高寒草甸蒸散对比研究

利用疏勒河上游草地综合观测点2011年草甸主要生长季节的观测资料,应用小型蒸渗仪法(ML)、涡动相关法(EC)、波文比能量平衡法(BREB)对高寒草甸的蒸散量进行估算和比较分析。结果发现:在观测期间涡度相关法与能量平衡法所测定结果存在能量不闭合现象,能量平衡闭合度0.84;波文比法估算的蒸散量为270.6 mm,比蒸渗仪法测定结果(238.9 mm)高13%,比涡度相关法结果(236.1 mm)高出15%。3种方法估算结果均有较好相关性。涡度相关法可能低估蒸散量,波文比能量平衡法对蒸散量有所高估。考虑到蒸散估算精度和连续性观测等方面,涡度相关法更具优势。     

干旱区农田、草地和荒漠下垫面辐射收支平衡的对比分析

主要利用架设在黑河流域中游绿洲和荒漠区的3套自动气象观测系统在2003年9月1日—2004年8月31日的同期观测资料,对比分析了干旱区农田、草地和荒漠生态系统的辐射收支及其变化特征。结果表明:荒漠和草地太阳辐射相差不大,分别为6238.7 MJ.m-2和6135.8 MJ.m-2,农田生态系统为5889.0 MJ.m-2,比荒漠地区小4%。随着植物覆盖度的增大,草地和农田的地面反射逐渐减弱,荒漠地区反射辐射和地表反射率明显高于绿洲地区。大气逆辐射在3个地区相差不大,平均约为280 W.m-2。地表放射辐射和地表有效辐射在不同季节表现出较大的差异性。总体上讲,农田和草地地表有效辐射要低于荒漠,特别是在作物或牧草的主要生长季节。荒漠、草地和农田年总净辐射量分别为1705.8,2150.7和2458.2 MJ.m-2,农田和草地分别高出荒漠44%和26%,农田和荒漠净辐射差值主要由地表有效辐射差异引起。     

同位素技术在寒旱区水科学中的应用进展

近20a来,同位素技术作为一种新技术在寒区旱区水科学研究中得到越来越广泛的应用.中国学者在大气降水稳定同位素,干旱区地下水起源,盐湖中氯、硼、锂等同位素的应用研究中取得了较大进展,在寒区旱区同位素剖面的建立和古地理、古环境演化信息的提取上得到了一系列重要的成果,还对蒸发过程的同位素分馏理论进行了探索和发展.随着科技的发展和同位素应用水平的提高,同位素技术还将在寒区旱区水科学中取得更大进展.     

黑河中游间作灌溉农田的能量平衡

利用布设在黑河流域中游的张掖绿洲区的一套自动气象观测系统在2004年作物生长期内的完整资料,分析了黑河中游春小麦和玉米间作农田生态系统的辐射收支,在此基础上选用波文比能量平衡法(BREB)进行了能量平衡计算.结果表明:间作作物-土壤系统截获的太阳短波辐射占太阳总辐射的比例从生长初期的0.81持续增加到生长末期的0.86;净辐射在生长初期较小,生长中期第一阶段增幅大,至第二阶段达到最大,生长末期降低;净辐射占太阳总辐射的比例与净辐射的变化相似.能量平衡中,净辐射的消耗以潜热为主,占70%左右,感热能量占20%,土壤热通量占净辐射总值的10%.不同生长阶段的能量平衡差异较大,能量平衡在不同生长阶段呈现出不同的日变化特征.     

黑河中游间作农田的辐射收支特征分析

利用布设在黑河流域中游的张掖绿洲区的一套自动气象观测系统在2003-2004年的资料,分析了一个完整年度内春小麦和夏玉米间作农田生态系统的辐射收支及其变化特征。结果表明:太阳辐射Rs年平均为192.9 W.m-2.d-1,冬、春季较小,夏、秋季较大。反射辐射Rr平均为37.8 W.m-2.d-1,在土壤裸露时较大,随着作物覆盖度的增大呈下降趋势。地表反射率平均为0.22,在年内的变化趋势与反射辐射Rr基本一致。地面向上长波辐射Rlu和向下长波辐射Rld年平均分别为353.3 W.m-2.d-1和278.0 W.m-2.d-1,两者在1月份最小,从2月开始增大,到7月达到最大,随后持续降低至12月。有效辐射(Rlu-Rld)在农作物主要生长期的5~9月为70 W.m-2.d-1左右,春末夏初增加较大。净辐射Rn全年日均值为79.8 W.m-2,占太阳辐射量Rs的35%。在作物的主要生长季节(5~9月)Rn日平均达141 W.m-2,在无作物生长的季节(1~2月和11~12月),Rn日均值在8 W.m-2左右。光合有效辐射PAR全年累积值为2580.9 MJ.m-2,日均82.7 W.m-2,占太阳辐射量Rs的42.2%。PAR在年度内变化大。在无作物生长季节,PAR日均值一般在40~50 W.m-2。3月PAR迅速增大,日平均值达到78 W.m-2,PAR在7月达到最大,日均值为128 W.m-2。     

近期小冬克玛底冰川物质平衡变化及其影响因素分析

冰川物质平衡是反映冰川状况最为直接、 可靠的参数.基于2008-2012年小冬克玛底冰川花杆和雪坑实测的物质平衡资料以及相关的气象资料, 获取了小冬克玛底冰川物质平衡数据并对其影响因素进行了分析.结果表明: 2009-2012年冰川末端共退缩19.7 m, 年均退缩量为4.9 m, 是1990年代中末期的2.3倍; 平衡线高度为5 720 m, 相比1990年代初的海拔5 600 m上升了120 m.与1995年相比, 冰川面积减少了0.095 km², 末端海拔从5 380 m上升到5 420 m. 2008-2012年小冬克玛底冰川物质平衡总量为-1 584 mm w.e., 相当于冰川整体减薄1.76 m. 2009/2010年度物质平衡量为-996 mm w.e., 是小冬克玛底冰川有观测记录以来的最大负平衡值, 夏季平均气温偏高和青藏公路维修导致表面反照率急剧降低是主要原因.对影响冰川物质平衡的因素分析结果表明, 气温特别是夏季气温和净辐射是小冬克玛底冰川物质变化的主要影响因素.