潜在蒸散发估算的简化方法及其应用

潜在蒸散发在区域水量平衡、干旱程度评价、农作物需水量等方面的研究中具有重要的作用。然而,潜在蒸散发的空间化处理一直以来都是相关研究面临的一个挑战。基于新疆地区1960—2017年66个气象站的观测数据,通过一种简单的参数方程,实现了潜在蒸散发(ET_0)的空间化处理。研究结果表明:①简化参数方程中的2个重要参数a,c的空间分布呈现一定的规律,参数a在空间上呈现东南高,西北低的特点;参数c则随海拔的增加而增大。②简化参数方程与Penman-Monteith方法相比,拟合结果在日、月和季节尺度上的R~2值均大于0. 90,且R~2值随时间尺度的增加而增大。③将简化参数方程的拟合结果与CRU数据和MOD16A2数据进行对比发现:简化参数方程与Penman-Monteith方法拟合的R~2值较高,拟合效果和偏差指标表现更佳,而CRU、MOD16A2数据拟合的R~2值较低。简化参数方程所获得的潜在蒸散发精度高且空间分辨率更高(500 m×500 m),是一种适用于新疆地区潜在蒸散发估算的简便有效的方法。     

蒸散发估算方法及其驱动力研究进展

蒸散发是水文循环的重要组成部分,也是度量土壤-植被-大气耦合系统中水文与能量传输的关键指标。因此,准确估算蒸散发,充分理解蒸散发的驱动力对干旱半干旱区水资源高效利用具有重要意义。本文对区域蒸散发估算方法进行了总结与归纳,并从气候变化和人类活动两个角度总结了干旱半干旱地区蒸散发变化的驱动力。最后,评论了当前蒸散发估算方法及其驱动力研究存在的问题,提出未来应加强蒸散发估算模型的改进与完善,合理规划土地利用,提高水资源利用效率,从而促进区域的可持续发展。     

蒸散发估算方法及其驱动力研究进展

蒸散发是水文循环的重要组成部分,也是度量土壤-植被-大气耦合系统中水文与能量传输的关键指标。因此,准确估算蒸散发,充分理解蒸散发的驱动力对干旱半干旱区水资源高效利用具有重要意义。本文对区域蒸散发估算方法进行了总结与归纳,并从气候变化和人类活动两个角度总结了干旱半干旱地区蒸散发变化的驱动力。最后,评论了当前蒸散发估算方法及其驱动力研究存在的问题,提出未来应加强蒸散发估算模型的改进与完善,合理规划土地利用,提高水资源利用效率,从而促进区域的可持续发展。     

柴达木盆地多元信息融合遥感蒸散发估算

蒸散发是水循环中水量、能量平衡的关键过程。REDRAW模型对典型遥感蒸散发模型SEBAL干湿限选取方式进行改进,使用理论计算法估算干湿限地表温度以降低空间歧义性。为检验这两个模型在柴达木地区的适用性,以及气象校正对于蒸散发的敏感性,文中使用ERA5再分析数据、地表站点观测融合作为气象输入,采用REDRAW和SEBAL两种单源遥感蒸散发模型反演柴达木盆地2001-2020年1km×1km分辨率逐月蒸散发,由此求得多年平均蒸散发并水量平衡闭合验证。结果表明：REDRAW模型估算的柴达木盆地年均蒸散发为178.5mm,水量平衡闭合度为89.2%,较SEBAL模型能更好地描述该区域蒸散发特征;基于随机森林模型的气象校正算法可以纠正ERA5再分析数据的系统性偏差,能一定程度上消除缺乏气象站点观测引起的蒸散发估算误差。     

祁连山海北高寒草甸地区UV-B的气候变化特征

分析祁连山海北高寒草甸地区2002年太阳总辐射(Eg)、UV-B及UV-B占Eg比例的气候变化特征。结果表明:海北站地区UV-B较强,日瞬时最高接近10W.m-2,日总量最高达0.204MJ.m-2;日、年变化依Eg的日、年变化具有显著的正相关关系。UV-B与Eg的比值(η),不论是日变化还是年变化表现明显,一日间早晚低,中午高,一年间6月最高,冬季的12月低,与太阳高度角的变化具有一定的正相关关系。年平均η约为0.54%,植物生长期的5~9月约为0.65%。在海北高寒草甸地区Eg和UV-B的年总量分别达6387.436 MJ.m-2和35.981 MJ.m-2。     

蒸散发观测研究进展及绿洲蒸散研究展望

蒸散发是绿洲水文循环中最重要的水文过程和生态过程之一,开展绿洲蒸散发研究是提高水资源利用的基础.从叶面、个体、田间到景观尺度,系统综述了国内外蒸散发观测研究的最新进展,结合荒漠绿洲的特点及研究现状,指出应加强:①涡度相关技术在异质性强的绿洲的应用技术研究;②如何分割蒸散发中植物蒸腾和土壤蒸发,以及时空动态、驱动机制和调...     

石羊河流域蒸散发遥感反演方法

蒸散是水资源管理的一个重要参数。与传统的蒸散计算方法相比,利用遥感进行蒸散研究具有快速、准确、大区域尺度及地图可视化显示等特点。本文通过研究,提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型,指出了模型参数的求解方法,建立了基于MOD IS遥感数据的大区域蒸散发遥感反演技术方法。通过对石羊河流域进行试验,证明该方法具有很强的实用性,并且具有进一步推广的技术前景。     

基于气温的潜在蒸散发量估算方法在我国西北干旱地区的应用比较

根据石羊河流域两个气象站的历史数据,选取7种基于气温的潜在蒸散发量估算方法,以FAO56-PM法计算的ET作为参考值,对其进行比较分析,最后再用实测蒸发皿蒸发量对这些方法在西北干旱地区的适用性进行评价。结果表明:在两个站使用7种方法的初始参数时,多数产生较大误差。校正参数后两个站所有方法在估算逐月ET和月平均ET时都得到明显改进。改进的Romanenko法在两个站所有月份以及全年误差都最小,其次是Hargreaves和Linacre法。用实测小型蒸发皿蒸发量进行验证时,改进的Romanenko法与其相关系数最高,为0.97,其次是Linacre和Hargreaves法。就气温法而言,校正参数后的Romanenko,Hargreav-es和Linacre法可在此研究区域用于估算ET,并建议优先选择Romanenko法,与小型蒸发皿的折算系数适宜选取0.60。     

1957-2009年祁连山老虎沟流域冰川变化遥感研究

利用1:50000地形图,4期Landsat TM遥感影像及2009年RTK冰川边界测量结果,获得了1957-2009年间老虎沟冰川流域的面积变化特征,结合气候变化背景资料,探讨了冰川面积变化对气候变化的响应。结果表明:目视解译是老虎沟流域冰川变化遥感研究的最优方法;1957-2009年间老虎沟冰川面积共减少了11.59%,以1994-1999年间的缩减最为显著,1999-2009年间的变化次之,1957-1994年变化最小。冰川缩减率与气温增加值成正比,与冰川规模成反比。该结果为进一步丰富冰川变化及水资源研究奠定了基础,具有重要的科研价值和社会意义。     

祁连山海北高寒草甸生态系统大气氮湿沉降动态变化特征

对祁连山海北高寒草甸地区2010年和2011年大气氮湿沉降观测分析发现,海北高寒草甸地区NH_4~+-N、NO_3~--N和TIN湿沉降年平均浓度分别为0.35 mg/L、0.27 mg/L和0.62mg/L,对应的湿沉降年总量分别为1.78kg/hm2、1.40kg/hm2和3.19kg/hm2。湿沉降氮浓度和湿沉降氮量年内均有明显的季节变化,湿沉降氮浓度表现出冬季高夏季低,而湿沉降氮量则为夏季高冬季低。NO_3~--N和NH_4~+-N湿沉降浓度与降水量分别呈极显著的逆函数和幂函数负相关关系(P<0.001)。NO_3~--N和NH_4~+-N湿沉降量与降水量分别呈显著(P<0.05)和极显著(P<0.001)的线性正相关关系。NH_4~+-N与NO_3~--N湿沉降浓度和湿沉降量的比值与降水量均表现出弱的线性正相关关系(P<0.10)。海北高寒草甸地区的NH_4~+-N、NO_3~--N和TIN湿沉降量与世界和我国各地的农田、森林、城市相比处于低值区,而与处在大气清洁、海拔稍高的我国丽江玉龙雪山地区、西藏林芝地区相比基本相仿。     

Non-growing season soil CO2 efflux and its changes in an alpine meadow ecosystem of the Qilian Mountains,Northwest China

Most soil respiration measurements are conducted during the growing season.In tundra and boreal forest ecosystems,cumulative,non-growing season soil CO2 fluxes are reported to be a significant component of these systems' annual carbon budgets.However,little information exists on soil CO2 efflux during the non-growing season from alpine ecosystems.Therefore,comparing measurements of soil respiration taken annually versus during the growing season will improve the accuracy of estimating ecosystem carbon budgets,as well as predicting the response of soil CO2 efflux to climate changes.In this study,we measured soil CO2 efflux and its spatial and temporal changes for different altitudes during the non-growing season in an alpine meadow located in the Qilian Mountains,Northwest ChinaField experiments on the soil CO2 efflux of alpine meadow from the Qilian Mountains were conducted along an elevation gradient from October 2010 to April 2011.We measured the soil CO2 efflux,and analyzed the effects of soil water content and soil temperature on this measure.The results show that soil CO2 efflux gradually decreased along the elevation gradient during the non-growing season.The daily variation of soil CO2 efflux appeared as a single-peak curve.The soil CO2 efflux was low at night,with the lowest value occurring between 02:00-06:00.Then,values started to rise rapidly between 07:00-08:30,and then descend again between 16:00-18:30.The peak soil CO2 efflux appeared from 11:00 to 16:00.The soil CO2 efflux values gradually decreased from October to February of the next year and started to increase in March.Non-growing season Q10(the multiplier to the respiration rate for a 10℃ increase in temperature) was increased with raising altitude and average Q10 of the Qilian Mountains was generally higher than the average growing season Q10 of the Heihe River Basin.Seasonally,non-growing season soil CO2 efflux was relatively high in October and early spring and low in the winter.The soil CO2 efflux was positively correlated with soil temperature and soil water content.Our results indicate that in alpine ecosystems,soil CO2 efflux continues throughout the non-growing season,and soil respiration is an important component of annual soil CO2 efflux.     

围栏与不同放牧强度对东祁连山高寒草甸植被和土壤的影响

在东祁连山高寒草地,对围栏7年和不同放牧强度的草地进行了物种数、地上生物量、地下生物量、土壤理化性质等研究。结果表明,围栏7年的高寒草地鲜草产量为425.8 g·m-2,显著高于夏季中牧159.3 g·m-2和夏季重牧91.0 g·m-2,但与冬季轻牧、夏季轻牧差异不显著。围栏条件下的物种数为26.3种·16 m-2,显著低于其他放牧条件下的物种数,但显著高于夏季重牧条件下的物种数23.0种·16 m-2;轻度或重度放牧都会使物种数减少,夏季中牧下的物种数最高(33.5种·16 m-2)。在0~10 cm的表层土壤中,围栏7年的草地根系生物量显著高于其他放牧强度。随着放牧强度的增加,根系生物量在0~10 cm土壤中呈下降趋势,在30~40 cm土壤中则表现为升高趋势。围栏7年的土壤容重低于其他放牧强度下的土壤容重,但差异不显著;夏季重牧的土壤容重显著高于围栏7年和其他放牧强度的土壤容重。随着放牧强度的增加,0~10 cm土壤碱解氮增加,围栏7年草地最低。围栏封育可有效改善和恢复草地植被,但不能长时间禁牧不进行放牧利用。合理的放牧能够维护高寒草甸草地生态系统功能、促进物种丰富度和土壤营养的均衡。     

Actual evapotranspiration of subalpine meadows in the Qilian Mountains,Northwest China

As a main component in water balance, evapotranspiration(ET) is of great importance for water saving, especially in arid and semi-arid areas. In this study, the FAO(Food and Agriculture Organization) Penman-Monteith model was used to estimate the magnitude and temporal dynamics of reference evapotranspiration(ET0) in 2014 in subalpine meadows of the Qilian Mountains, Northwest China. Meanwhile, actual ET(ETc) was also investigated by the eddy covariance(EC) system. Results indicated that ETc estimated by the EC System was 583 mm, lower than ET0(923 mm) estimated by the FAO Penman-Monteith model in 2014. Moreover, ET0 began to increase in March and reached the peak value in August and then declined in September, however, ETc began to increase from April and reached the peak value in July, and then declined in August. Total ETc and ET0 values during the growing season(from May to September) were 441 and 666 mm, respectively, which accounted for 75.73% of annual cumulative ETc and 72.34% of annual cumulative ET0, respectively. A crop coefficient(k_c) was also estimated for calculating the ETc, and average value of kc during the growing season was 0.81(ranging from 0.45 to 1.16). Air temperature(T_a), wind speed(u), net radiation(R_n) and soil temperature(T_s) at the depth of 5 cm and aboveground biomass were critical factors for affecting kc, furthermore, a daily empirical kc equation including these main driving factors was developed. Our result demonstrated that the ETc value estimated by the data of kc and ET0 was validated and consistent with the growing season data in 2015 and 2016.     

禁牧对祁连山冰沟流域高山草甸土有机碳及理化性质和酶活性的影响

在青海省祁连山冰沟流域的高山草甸土上,选择放牧与禁牧2个样品采集区,研究了禁牧对祁连山冰沟流域高山草甸土有机碳及理化性质和酶活性的影响。结果表明:高山草甸土遭到放牧牲畜连续3年的啃食和践踏后,植被覆盖度明显降低,归还到土壤中的生物量和枯落物积累量减少,0~20 cm土层有机质含量、有机碳密度、总孔隙度、团聚体、田间持水量、氮磷钾和酶活性降低,容重、CaCO_3和可溶性盐增加,但20 cm以下土层这些性质变化不大。放牧与禁牧比较,0~20 cm土层土壤容重、可溶性盐和CaCO_3分别增加14.15%、6.35%和1.27%;有机碳含量、有机碳密度、总孔隙度、团聚体和田间持水量分别降低29.76%、22.82%、9.45%、6.49%和7.69%;全氮、全磷、全钾、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶分别降低25.97%、15.56%、12.17%、33.77%、26.11%、42.00%、29.31%。放牧对有机碳、容重、孔隙度、田间持水量、可溶性盐、氮磷钾和酶活性影响深度为20 cm,对团聚体影响深度为40 cm。     

祁连山老虎沟12号冰川雪冰中不溶性微粒沉积特征

2010年7月于祁连山西段老虎沟12号冰川积累区挖取了1个深度2.1 m雪坑。通过样品中δ18O、可溶性离子、不溶性微粒的变化特点划分了雪坑季节,显示雪坑记录的时间跨度大于1 a。老虎沟12号冰川微粒数量浓度平均为925 513个·m L-1,高于青藏高原地区大多数冰川;雪冰样品中可溶性离子与不溶性微粒质量浓度比值为6.9%。微粒的数量浓度和体积浓度在春季和夏季浓度较高,与同期冰川末端大气气溶胶具有同步性。雪冰样品中细颗粒物(1μmd2μm)数量占绝对优势,且微粒数量随着颗粒物粒径的增加呈现减少的趋势,微粒的体积分布符合众数粒径为8.22μm的Weibull函数特征,显示了近源沉积的特点。雪冰中不溶微粒同陆源离子Ca2+、Mg2+变化趋势基本一致,说明其可能主要来自于矿物粉尘源。     

Fluxes of methane,carbon dioxide and nitrous oxide in an alpine wetland and an alpine grassland of the Tianshan Mountains,China

Methane(CH4), carbon dioxide(CO2) and nitrous oxide(N2O) are known to be major greenhouse gases that contribute to global warming. To identify the flux dynamics of these greenhouse gases is, therefore, of great significance. In this paper, we conducted a comparative study on an alpine grassland and alpine wetland at the Bayinbuluk Grassland Eco-system Research Station, Chinese Academy of Sciences. By using opaque, static, manual stainless steel chambers and gas chromatography, we measured the fluxes of CH4, N2O and CO2 from the grassland and wetland through an in situ monitoring study from May 2010 to October 2012. The mean flux rates of CH4, N2O and CO2 for the experimental alpine wetland in the growing season(from May to October) were estimated at 322.4 μg/(m2?h), 16.7 μg/(m2?h) and 76.7 mg/(m2?h), respectively; and the values for the alpine grassland were –88.2 μg/(m2?h), 12.7 μg/(m2?h), 57.3 mg/(m2?h), respectively. The gas fluxes showed large seasonal and annual variations, suggesting weak fluxes in the non-growing season. The relationships between these gas fluxes and environmental factors were analyzed for the two alpine ecosystems. The results showed that air temperature, precipitation, soil temperature and soil moisture can greatly influence the fluxes of CH4, N2O and CO2, but the alpine grassland and alpine wetland showed different feedback mechanisms under the same climate and environmental conditions.     

高寒草甸退化对土壤电导率变化影响的研究

土壤电导率是表征土壤水溶性盐的一个重要指标,可反映土壤盐渍化程度.为了研究高寒草甸退化对土壤电导率的影响,以三江源区未退化高寒草甸和退化高寒草甸为研究对象,系统分析了退化高寒草甸的植被特征和土壤特征与土壤电导率的相互关系.结果表明:高寒草甸退化会对土壤电导率产生显著负影响,且土壤电导率与评价高寒草甸的退化指标植被盖度、...     

青藏高原高寒草原土壤蒸发特征及其影响因素

蒸发作为水量平衡和能量平衡的重要组成部分,在生物圈-水圈-大气圈中发挥着不可或缺的作用,其变化对于农业、生态水文具有重要的影响。青藏高原作为气候变暖的先兆区,冻土活动层厚度增加,改变大气和土壤的水热交换过程,为明确青藏高原冻土区蒸发在气候变暖大背景下的变化趋势,本研究选取典型冻土区色林错流域,于2017年8-9月、2018年7-9月利用小型蒸渗仪对植被覆盖度15%、30%和60%高寒草原土壤水分分布特征以及蒸发变化进行了定量研究,并探讨了其主要影响因素。结果表明:(1)植被覆盖度为15%,日均蒸发量最大,为2.25mm;植被覆盖度为60%的日均蒸发量最小,为1.88mm;在日蒸发过程上,12:00-16:00蒸发量最大,16:00-20:00蒸发量最小。(2)3种植被覆盖度条件下土壤水分最大值位于20-30cm层;最小值在土壤表层(0-10cm)。随植被覆盖度增加,土壤含水量增大,尤其是浅层土壤(20cm)表现的十分明显。(3)通过对地上生物量和蒸发量的相关性研究,生物量越大,蒸发量越低。(4)在高寒草原蒸发与气象要素关系研究中发现,蒸发主要受水汽压和净辐射的影响。     

祁连山区降水气候特征分析

利用祁连山区的逐时、逐日降水资料和山丹军马场大黄沟的云杉树轮宽度资料,研究祁连山区的降水时空变化和分布特征。研究发现：海拔高度对该地区降水有较大影响,并且降水主要发生在午后和夜间;近40 a来,该地区极端降水频次出现了增加趋势,增加幅度达1.25 d/10 a。利用一元二次回归模型重建这一区域200 a以来的降水历史序列。分析表明：整体上19世纪降水比20世纪更加丰富,20世纪初降水出现了突变特征,并逐渐趋于干旱,在20世纪20、30年代曾有严重的旱灾发生,这与该时期在我国北方大范围的干旱事件相一致。