灌溉对景泰灌区年潜在蒸散量的影响

基于蒸散发互补相关原理,定量分析和预测了引黄灌溉发展对甘肃景泰灌区年潜在蒸散量的影响。景泰灌区从1972年开始引黄灌溉,年蒸发皿蒸发量和潜在蒸散量随着灌溉引水消耗的增大而减小,其中空气动力学项下降的趋势非常明显,潜在蒸散量的变化主要受到风速下降和相对湿度增大的影响,与引黄灌溉有密切关系。根据互补相关平流-干旱模型分析了年潜在蒸散量随灌区耗水量的变化规律,并在假定年降水量和年潜在蒸散量中辐射项保持多年平均值的情况下,预测了不同耗水量情景下的年潜在蒸散量。     

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。     

寒旱区草地不对称增温现象对蒸散发的影响分析

选取1981—2020年海拉尔河流域及周边地区气象站点观测资料,结合水文数据,利用适用于植被稀疏下垫面的BTOP(Block-wise use of TOPMODEL)分布式水文模型估算区域蒸散发量,进而在不对称增温现象影响下,分析其对蒸散发的影响特征。结果表明：(1)流域内1981—2020年不对称增温现象显著,主要表现为因夜间温度升幅较大为主的昼夜不对称增温及地表温度升幅较大为主的地气不对称增温;(2)影响蒸散发的主要气象因子依次为相对湿度、风速、地气温差、地表温度和昼夜温差,且相对湿度、昼夜温差及地气温差与蒸散发量变化趋势相反,其中相对湿度及风速影响强度年际变化平稳,温度因子影响强度则逐年增强;(3)不对称增温对于流域蒸散发量的影响逐年增强,地表增温速率的增强是造成地气不对称增温的主要原因,在此影响下,区域蒸散发呈现减小趋势,故在探究蒸散发量变化原因时,温差变化不可忽视。     

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。     

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。     

基于MOD16的银川平原地表蒸散量时空特征及影响因素分析

地表蒸散发是陆地水文循环的重要组成部分,分析蒸散量时空变化特征是深入了解干旱区水文过程的基础。由于银川平原缺乏区域尺度实际蒸散量的长期观测,很难得到长时间序列蒸散量的时空变化特征。基于MOD16A3地表蒸散量数据及研究区内气象站点实测数据,采用Theil Sen Median趋势度分析、MK突变检验及CA-Markov模型等方法,从时间与空间的角度分析2004—2019年银川平原地表蒸散量的变化特征及影响因素,预测2024年地表蒸散量的发展趋势。研究结果表明:2004—2019年银川平原蒸散量年际波动总体是增加趋势,MK突变检验结果显示2010年是蒸散量时序数据的突变点;银川平原实际蒸散量与潜在蒸散量空间分布格局、变化趋势均存在明显的差异性,蒸散量在近16年呈增加趋势,潜在蒸散量呈减少趋势,符合干旱区蒸散发互补相关理论。采用CA-Markov模型对2024年银川平原地表蒸散量未来发展趋势进行预测,模拟结果显示在未来5年银川平原蒸散量仍呈增加趋势;蒸散量的时空变化受气候与人类活动的共同影响,蒸散量与气温、降水、日照时数呈正相关,与相对湿度呈负相关,土地利用结构影响年蒸散量的空间格局,呈现出水田>旱田>林地>草地>荒漠的规律。     

中国东北三省1960—2005年地表干燥度变化趋势

为研究气候变化对东北三省地表干湿状况的影响,利用该区1960—2005年72个气象站的观测资料,采用Penman Monteith模型计算了各站的潜在蒸散量,由潜在蒸散量和降水量之比构建干燥度指数,并采用Kriging法进行空间插值以分析其区域特征。结果表明,该区地表干湿状况具有明显的时空变化特征。1960—1979年间,由于降水减少和潜在蒸散增加,地表干燥度指数呈增加趋势,水汽压差增大是潜在蒸散增加的主要原因;1980—2005年间,大部分地区地表干旱状况有所减缓,其中以黑龙江省和吉林东部尤为明显。降水增加和潜在蒸散减少是地表干旱状况趋缓的主要原因,风速降低和净辐射减小导致潜在蒸散减少。总体而言,气候变化并未加剧东北三省的干旱化。     

祁连山中东部青海云杉径向生长对气候变暖的响应差异

气候变暖对森林生态系统产生了深刻影响,而树木生长对气候变化做出了不同的响应。本研究利用采自祁连山中、东部不同海拔梯度的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本,分别建立了中部和东部6个树轮宽度年表,分析了树木径向生长与各气候要素的关系以及随时间变化的稳定性。结果表明：祁连山中部青海云杉对降水和scPDSI较东部更为敏感。中部树轮宽度年表与当年5—7月的scPDSI极显著正相关（P<0.001）,东部树轮宽度年表与前一年9月和当年5月scPDSI显著正相关,表明中部LCH区域青海云杉径向生长主要受当年5—7月土壤水分条件的限制;东部XYH区域则受前一年9月和当年5月的土壤水分的限制。20世纪80年代中东部温度显著升高（P<0.001）,中东部树木生长受高温引起的干旱胁迫增强;20世纪90年代以后,由于中部降水增加而东部降水变化不明显,中部树木生长干旱压力得到缓解,东部森林受干旱的限制作用增强。此外,中东部青海云杉与温度、降水和scPDSI的相关关系逐渐趋向一致,未来气候的持续变暖或许将减小中东部树轮-气候关系的差异。     

1956—2010年中国水热季节性特征分析

流域水文平衡不仅决定于降水和潜在蒸散发总量,而且还受到其年内季节性变化特征的影响。收集1956—2010年中国743个国家级气象站逐日气候资料,采用FAO-Penman公式计算潜在蒸散发量,插值计算10 km网格日降水和潜在蒸发,进行水热季节性特征的变化分析。结果表明,82.8%的区域潜在蒸散发量均值有下降趋势,但减少量不大,同时其年内季节性特征没有显著变化。表征降水年内波动振幅的季节性指数在全国范围均有显著下降趋势,且北方流域更为明显,变化率最大的西北诸河达到6.4%/10 a;峰值时间和雨季长度则变化不显著。这种水热季节性的变化被认为会导致流域径流的减少,在今后中国径流变化的归因研究中,应该考虑降水季节性变化的贡献。     

可能蒸散发量的三种计算方法

本文介绍《中德合作山东粮援项目区水平衡研究）中采用的可能蒸散发量三种计算方法，豪顿法、净辐射法的彭曼法，以供有关水平衡研究之参考。可能蒸发量是指在给定的气候条件和充分供水悟上能蒸发的最大水深。影响可能蒸散发量的气候参数有气温、相对湿度、风速、日照时数、总辐射量等。下面分别介绍由气候参数估算可能蒸散量的三种方法。     

Application of the self-calibrated palmer drought severity index and standardized precipitation index for estimation of drought impact on maize grain yield in Pannonian part of Croatia

Recent global warming and more frequent droughts are causing significant damage to maize production. A reliable estimate of drought intensity and duration is essential for testing maize hybrids to drought tolerance. For this purpose, the self-calibrating 10-day palmer drought severity index (scPDSI) and standardized precipitation index (SPI) for 1, 2, 3, 6, 9, 18, 27, and 36 10-day scales were used to estimate the effects of drought on grain yield of 32 maize hybrids evaluated in 2017 and 2018 at eight experimental locations in the Pannonian part of Croatia. Time series of observed 10-day mean air temperature, relative humidity, and precipitation totals for a set of “reference” weather stations of the croatian meteorological and hydrological service (DHMZ) for the period 1981–2018 were used to calculate the scPDSI and SPI indices. According to the 10-day scPDSI and SPI for different time scales, 2018 proved to be a “normal year,” while 2017 experienced a “mild to moderate drought,” which resulted in a 13% reduction in maize grain yield at eight experimental locations compared to 2018. The correlation between grain yield and drought indices for summer months was the highest for the 10-day scPDSI. To some extent, correlations between summer months’ SPI for the 3 10-day time scale and maize grain yield were comparable to the corresponding correlations for the 10-day scPDSI. However, for other SPI time scales considered, the corresponding correlations were weaker and less informative. The dependence of grain yield on scPDSI values was not the same for all hybrids, indicating their different tolerance to drought. The reduction in grain yield due to drought was primarily caused by insufficient grain filling (lower 1000-grain weight) and, to some extent, by a reduction in the number of grains. In this study, application of 10-day scPDSI data proved to be more relevant in detecting effects of drought on agronomic traits than application of SPI data for the most time scales.

     

A tree‐ring width based drought reconstruction for southeastern China: links to Pacific Ocean climate variability

We present a drought reconstruction for southeastern China based on a tree‐ring width chronology of Cryptomeria fortunei developed from two sampling sites in central Fujian. A reconstruction of July–February drought variability, spanning AD 1855–2011, was developed by calibrating total tree‐ring width data with the self‐calibrating Palmer drought severity index (scPDSI). The reconstruction was verified against an independent data set, and accounts for 36% of the actual scPDSI variance during the period 1955–2011. Relatively dry intervals were reconstructed between AD 1859–1880, 1899–1911, 1927–1933, 1946–1959, 1964–1970 and 1987–1997. Relatively wet conditions prevailed during 1855–1858, 1881–1898, 1912–1926, 1934–1945, 1960–1963, 1971–1986 and 1998–2011. Comparisons between our scPDSI reconstruction and a moisture‐sensitive tree‐ring width record from Vietnam revealed consistencies between the two data sets, suggesting similar drought regimes. Spectral peaks of 2.2–6.4 years may be indicative of El Niño‐Southern Oscillation (ENSO) activity, as also suggested by the significant correlations with sea surface temperatures (SSTs) in the eastern equatorial and southeastern Pacific Ocean and an extreme event analysis. The analysis of links between our scPDSI reconstruction and the large‐scale regional climatic variation shows that there is a relationship between regional drought variation and East Asian summer monsoon (EASM) intensity.     

多尺度气象干旱与土壤相对湿度的关系研究

通过分析我国东北、华北、西北地区东部、西南以及黄淮、江淮和江汉5个区域不同时间尺度气象干旱指数与20 cm土壤相对湿度的相关关系, 探讨了前期气象干旱对后期土壤湿度的影响, 并利用多元线性回归方法分区域、分季节建立了土壤湿度预测模型.结果表明: 春季, 东北地区土壤湿度主要受前5~6个月, 尤其是上年秋末冬初的降水的影响, 而其他4个区域土壤湿度主要受前1~2个月大气水分的影响;各区域夏季土壤湿度与前1~2个月时间尺度上的大气水分相关最密切;秋季, 东北地区20 cm土壤湿度主要受前2~4个月的气象干旱的影响, 其余区域土壤湿度仍与前1~2个月尺度的大气水分相关最密切.基于前期气象干旱指数建立的各区域、各季节的土壤湿度回归模型对当地土壤湿度具有一定的拟合能力, 平均估计偏差在10.1%~13.9%之间, 其中, 西北地区东部和华北地区春、夏季偏差较大, 2008-2011年间干旱等级拟合准确率在65%~74.9%之间;东北、西南、黄淮、江淮和江汉区域拟合较好, 拟合准确率在88%以上.     

2001—2019年横断山区积雪时空变化及其影响因素分析

基于MOD10A2积雪产品提取横断山区积雪日数及积雪覆盖率等信息,结合横断山区129个地面气象站点的气象数据,采用趋势分析、相关分析及随机森林回归模型等方法分析了横断山区积雪时空分布特征及其影响因素。结果表明：年平均积雪覆盖率的年际变化呈不显著的下降趋势;年内变化呈“单峰”型曲线,其中3月积雪覆盖率最大,为55.04%。海拔3 000 m以上的积雪覆盖率较为稳定,海拔1 000~3 000 m之间的积雪覆盖率波动较大。受暖湿气流和地形影响,阴坡积雪覆盖率大于阳坡。横断山区积雪日数的分布具有纬度地带性,北部山区积雪分布广泛且积雪日数高,南部云贵高原积雪日数低。年均积雪日数介于55.16~79.47 d,积雪日数在28.46%的地区呈减少趋势,在21.66%的地区呈增加趋势,其中呈显著减少和显著增加的地区分别为2.65%和0.68%。中部康定市、九龙县及其周边地区减少趋势明显,北部杂多县—若尔盖县一线的高海拔山地增加趋势明显。积雪日数整体上与降水量、相对湿度呈正相关,与风速、气温和日照时数呈负相关。与降水量呈显著正相关的地区主要分布在西北部杂多县、称多县;与风速呈显著负相关的地区主要分布在西北部称多县、中部康定市;与气温呈显著负相关的地区主要分布在中部九龙县、西北部称多县;与相对湿度呈显著正相关的地区主要分布在北部杂多县—石渠县一线;与日照时数呈显著负相关的地区主要分布在东北部玛曲县、西北部称多县。积雪日数受气温和高程的影响最大,而日照时数和风速为次要因素。     

1961-2010年青海省人体舒适度指数时空分布特征

根据青海省50个气象观测站1961-2010年逐日气象资料, 对人体舒适度指数时空分布特征及其影响因子的权重进行了统计分析. 结果表明: 青海省人体舒适度主要为寒冷、冷、凉、凉爽和舒服等级, 整体呈现冷凉特征, 各区各等级年均日数分布差异较大. 青海省最不舒适的月份是1月份, 其次是12月; 最舒适的月份是7月, 其次是8月、6月. 1961-2010 年青海省人体舒适度指数上升趋势极显著, 与青藏高原气候变化趋势一致. 各区人体舒适度均呈显著上升趋势, 其中, 柴达木地区上升最明显; 春、秋季东部农业区和柴达木地区相似, 环青海湖地区和青南牧区相似, 各区秋季上升趋势均高于春季; 青南牧区各季人体舒适度年际波动幅度较大, 冬季环青海湖地区和青南牧区人体舒适度差异不大. 青海省人体舒适度季节差异明显, 夏季最高, 冬季最低, 春季略高于秋季, 近50 a来四季人体舒适度均呈显著上升趋势, 冬季波动幅度较大.温度(湿度、风速)与人体舒适度指数存在极显著的正(负)相关关系, 温度是影响人体舒适度指数的最主要因子, 风速和湿度主要通过温度影响人体舒适度指数, 且风速的负影响略大于湿度. 东部农业区和柴达木地区风速的负影响较大, 环青海湖地区和青南牧区相对湿度的负影响较大.     

植被状况指数的改进及在西北干旱监测中的应用

干旱是全球分布最广、发生频率最高、持续时间最长、影响范围最大、造成的经济损失最为严重的一种自然灾害，干旱也是所有自然灾害中影响因子最为复杂、人类了解最少、监测最为困难的一种自然灾害，干旱监测是世界性的难题。干旱可以发生在任何气候带上，但干旱、半干旱地区是全球干旱灾害发生最频繁的地区。干旱发生特征和规律因地区的不同会有很大的差异，不同地区对干旱监测方法不同。目前，世界各国干旱监测主要利用基于气象、水文、农业和卫星遥感等观测资料建立的各种干旱指数开展，已经有150多种干旱指数。植被状况指数VCI是应用最为广泛的一种卫星监测干旱的指数，研究和业务应用结果表明，VCI对全球各地的干旱均有较好的反映，已经应用在美国国家大气海洋局（NOAA）日常干旱监测业务中，中国国家卫星气象中心干旱卫星遥感监测服务产品也是以VCI为基础。 我国干旱半干旱地区主要分布在新疆、甘肃、青海、陕西、宁夏以及内蒙古自治区的中西部，这里降水少且不稳定，降水变率大，是中国干旱发生频率最高的地区。干旱严重制约着当地经济发展和人类生活质量的提高，使本身非常脆弱的生态环境趋于恶化。为了了解条件植被指数VCI对西北地区不同气候区干旱的监测能力，以上述6省（区）为研究区，利用1982—2003年22年NDVI数据，计算了研究区域22年来逐月的VCI，对比分析了不同气候区VCI与降水距平的关系。结果表明，VCI在空间和时间上较好地反映了西北大部分气候干旱发生、发展和空间分布，是干旱监测的较好指标，但在干旱和极端干旱地区，VCI经常出现异常偏高现象，不能反映干旱气候区常年干旱的基本特点。通过对西北不同生态系统之间NDVI特点和各生态系统间NDVI年变化及其年际变化规律的研究，设计了VCI改进方案，提出了改进的条件植被指数RVCI。通过对22年来逐月RVCI与VCI的对比，RVCI客观地反映了干旱气候区常年干旱特点，较VCI有显著改进。      

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.     

1960-2013年艾比湖绿洲湿地潜在蒸散量及地表湿润度变化特征分析

基于阿拉山口、精河、博乐、温泉4个气象站点1960-2013年地面观测气象数据,采用Penman-Monteith公式、Mann-Kendall检验、小波分析、主成分相关分析等方法分析艾比湖绿洲湿地年及季节潜在蒸散量及地表湿润度的特征变化及定量化成因,以期为艾比湖绿洲湿地区域的水资源科学配置提供科学依据。结果表明：（1）1960-2013年,艾比湖绿洲湿地年平均潜在蒸散量为1 063.52mm,夏季值最大为552.3 mm,冬季最小为25.3 mm,年平均潜在蒸散量以12.68 mm·（10a）^-1的速率递减,各季节潜在蒸散变化趋势与年变化一致,夏季表现最明显;（2）Mann-Kendall检验表明,年均和春、夏、秋潜在蒸散量显著性突变时间分别是1991年、1994年、1994年和1993年,冬季不存在突变,显著性突变均发生在21世纪90年代,地表湿润度年突变时间为1985年;（3）艾比湖绿洲湿地潜在蒸散量及地表湿润度存在明显的周期变化,主震荡周期分别为29 a和21 a,以多、少交替发生,具有全域性;（4）风速是年及季节潜在蒸散量的主导因素,地表湿润度变化的主导因素是降水量和相对湿度。     

树轮记录的西北季风边缘区干旱变化

祁连山东部位于亚洲季风西北边缘区,对气候变化十分敏感。由于该区位于半干旱区,降水的变化直接影响人类社会经济的发展,所以研究该区干旱变化情况及其机制非常重要。 利用采自祁连山东部西北季风边缘、地处半干旱区的吐鲁沟地区的油松树轮样芯,建立了树轮宽度年表,时间跨度为1866-2003AD。树轮宽度年表与气象因子相关分析结果显示树木生长主要响应生长季内的降水和干旱变化。该年表与附近区域利用树轮宽度重建的帕尔默干旱指数（PDSI）进行对比,结果显示严重的干旱时间发生在1920s-1930s、1966年、1974年、1982年和1990s和21世纪初。多窗谱分析研究表明,该区年表序列存在显著的2~4 a周期（P<0.05）,该周期与ENSO变率吻合,与在贺兰山、祁连山其他地区、兴隆山及贵清山研究结果一致,表明这些区域可能受共同气候因子的影响。     

1971—2006年珠穆朗玛峰地区蒸发皿蒸发量的变化及其影响因素

升温率略高于平均最高气温的升温率.珠峰地区日照时数和平均风速的显著下降,以及相对湿度的明显增加可能是蒸发皿蒸发量下降的主要原因.