大气水分循环方程

任何地点的降水量可能来自地球的任何地点的水分蒸发。为了定量描述大气中的这种水分循环的复杂过程,我们引入了两个概念性的工具:大气水分辐合函数和大气水分辐散函数,并且建立了用它们描述大气水分循环的方程组。

黄土区旱塬农田生产力提高对土壤水分循环的影响

黄土高原旱塬土层深厚 ,地下水一般不参与土壤水分的垂直交换 ,农田水分循环模式是土壤 -植物 -大气类型。近几十年来 ,由于黄土区旱作农田生产力的不断提高 ,农田土壤水分循环出现新的特点。以农田长期定位试验资料为基础对这一新特点进行了分析 ,结果指出旱作农田生产力提高对土壤水分循环的影响表现在土壤水分利用层加深。

青藏高原大气水分循环特征

青藏高原对亚洲季风环流的形成有重要作用,同时作为"世界屋脊"拥有丰富的冰川、积雪、河流、湖泊和地下蓄水层。青藏高原特殊大地形动力和热力作用深刻地影响着亚洲与全球大气水分循环,也对全球气候与环境产生深远的影响。基于青藏高原在亚洲夏季风系统大气水分循环过程的重要地位,从青藏高原对全球大气水分循环重要作用的视角,综述了青藏高原大气水分循环过程中青藏高原局地热力对流、高原的"阶梯式"水汽流爬升"第二类条件不稳定(CISK)"物理模型、青藏高原视热源结构影响及多尺度水汽汇流通道、海洋-青藏高原"水汽源-汇"结构、青藏高原跨半球垂直环流圈水分循环结构、青藏高原大气水分循环综合模型等的相关研究进展,剖析了青藏高原大气水分循环综合模型的研究背景,探讨了青藏高原特殊大地形热力驱动机制及其云水效应,描述出与青藏高原热力驱动的亚洲区域和跨半球垂直环流圈水分循环结构,揭示了青藏高原热力强迫与海洋-大气-陆地水文过程特殊的相互反馈作用。青藏高原发源的亚洲河流水系是为人口众多的亚洲区域供给生活、农业和工业用水的重要水资源之一。因此,认识在全球变暖背景下青藏高原的水分循环及其对水资源变化影响至关重要,仍需深入地探讨青藏高原大气水分循环机制及其全球影响效应。

长江上游区域蒸发皿蒸发量变化及其对水分循环的影响

利用长江上游最近30年(66个测站)蒸发皿蒸发量和最近50年(90个测站)的7种气象要素,分析了蒸发皿蒸发量的区域变化趋势和影响蒸发皿蒸发量变化的因素;针对7个水文站的年径流量变化,探讨了蒸发皿蒸发量变化后对水分循环的影响.结果表明,长江上游蒸发皿蒸发量的变化可以划分为三个分区,研究区域东西两侧(青藏高原和大巴山一带)为显著减少区,分别命名为RⅠ和RⅡ,中间(云贵高原北部到黄土高原南缘以及由二者包围的四川盆地一带)为显著增大区,命名为RⅢ区.影响区域蒸发皿蒸发量变化的原因各有不同,青藏高原一带(RⅠ区)蒸发皿蒸发量减少的原因可归结于太阳辐射强度和风动力扰动减弱所致.大巴山一带(RⅡ区)减少原因是太阳辐射强度、风动力扰动强度、湿度条件都在显著下降所引起的.云贵高原到四川盆地一带(RⅢ区)蒸发皿蒸发量增加是环境气温强烈升高,导致其上空大气水汽含量显著减少,大气很干燥,引发蒸发过程加强所致.蒸发皿蒸发量发生变化的直接后果就是导致水分循环强弱发生变化,对于RⅠ区,尽管蒸发皿蒸发量减少,由于降水量和径流量增加的作用,这一区域的水分循环有所加强.在RⅡ区,降水量、径流量和蒸发量都在减少,因此RⅡ区水分循环显著减弱.在RⅢ区,降水量和径流量同时减少,而蒸发量增大,水量消耗增大,因此RⅢ区水分循环有减弱趋势.

藏北高原地气之间的水分循环

利用GAME -Tibet期间所取得的高分辨率土壤温度、含水量以及降水量资料 ,对藏北高原地气之间的水分循环过程进行了分析。结果表明 ,唐古拉山以南平坦地表 7～ 8月份地表蒸发的水汽量可达 177.1mm ,占同期降水量的 73.2 % ;唐古拉山以北平坦地表 7～ 8月份地表蒸发的水汽量可达 73.3mm ,占同期降水量的 5 7.7%。地表土壤通过蒸发不但将大量的水分输送给其上的大气 ,而且将热量传给了其上的大气 ,从而抑制了土壤温度的升高。如果仅就唐古拉山南北地表蒸发而言 ,引起其较大差异的原因主要是降水量的不同。

不同利用方式下土壤水分循环规律的比较研究

根据１９９２～１９９４年的定位观测资料，对晋西北黄土丘陵沟壑区砂壤土在３种利用情况（柠条灌丛、农田和天然荒地）下的土壤有效水分变化规律、土壤水分循环的特点、类型及其补偿、消耗规律等进行了研究。

稳定性氢氧同位素在水分循环中的应用

稳定性氢氧同位素是广泛存在于水中的环境同位素。在降水、地表水、地下水、土壤水和植物体内水转化循环过程中,发生氢氧同位素的分馏,不同的水有不同的氢氧同位素值。利用这种差异,可研究水分来源、径流响应和植物用水,本文综述了这一方面的研究和进展。

岩石边坡基质-植被-大气系统的水分循环

基质-植被系统是岩石边坡植被护坡工程的主要功能构件,其水分循环过程影响工程效应的实现。以高羊茅为建植植物,用TDR水分测定仪对不同表面处理、不同坡度的模拟边坡进行了1年的定位观测试验,研究了岩石边坡基质-植被-大气系统的水分循环过程。结果显示:坡度是影响岩石边坡基质-植被-大气系统水分循环的主要制约因素,坡度增加不仅降低坡面的实际受雨量,同时影响基质的水分输入,系统的蒸散量随坡度增加而降低,但变化幅度较小;试验地气象条件下,生长季的自然降水可满足45°及60°坡面植被所需,75°坡面则出现水分亏缺;由于基质良好的水分物理特性,坡面产流为蓄满产流,受降雨特征及基质初期含水量的影响较小,在同一时空条件下,不同坡面处理的基质含水量表现出微小差异,为喷射混凝土面>灰岩>砂岩。研究从水分循环角度提出了植被护坡技术应用的工程调整措施,为工程应用提供了必要的技术理论支持。

能量和水分循环过程研究:回顾与探讨

能量和水分循环过程在地圈-生物圈-大气圈的相互作用中占有重要的地位,是气候研究的热点问题.介绍了近年来国内外开展的有关能量和水分循环的大型科学试验、研究结果及主要进展,并对能量和水分循环方面可能需要进一步研究的主要科学问题进行了探讨.

低丘红壤茶园土的持水特性及水分循环特征

对浙赣地区第四纪红壤茶园土壤调查研究结果表明,该地区茶园土壤质地较粘,持水量与粘粒(<0.01毫米)含量和毛管孔隙(<0.05毫米)的数量呈密切线性相关,田间持水量可达32%以上,然而有效水含量仅为11%左右,且其50%以上的释放量在0.1—0.3MPa的低吸力段内,对茶树供水力差。高产茶园持水量虽然低于低产茶园,但其土壤性状都明显优于低产茶园,且土层深,贮水量大,因而较耐早。该地区的土壤水动态特征与其水文气候特点基本一致,大致可分为贮水高峰期(3—6月)、蒸散消耗期(7—10月)和补充恢复期(11—2月)3个阶段。红壤虽然在1米深土体中的贮水量高达500毫米左右,但在早季能参与土壤水分循环的仅约四分之一。

绿洲对其临近荒漠大气水分循环的影响——敦煌试验数据分析

利用“我国西北干旱区陆-气相互作用试验”2000年5～6月在甘肃敦煌进行的野外观测资料,分析了西北干旱区临近绿洲的荒漠戈壁大气湿度特征,并根据它们在不同风向下的表现揭示出了绿洲对其临近荒漠戈壁大气水分输送的影响.研究了在绿洲影响下大气的逆湿和负水汽通量与风向和大气稳定度的关系,说明大气逆湿和负水汽通量的出现不一定完全相关,小时平均量有时表现出负梯度输送的特征,并且给出了负梯度输送出现概率的日变化以及大气稳定度对负梯度输送的影响.

氢氧稳定同位素在SPAC水分循环中的应用研究进展

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制等,从而成为广泛应用于水分循环研究中的重要手段。本文介绍了稳定同位素技术在土壤植物大气连续体(SPAC)水分循环中的应用原理及研究进展,并阐述了其在SPAC水分循环应用中存在的问题及发展前景,以期为氢氧稳定同位素技术在SPAC水分循环研究中的深入应用提供参考,为研究水资源、水环境问题,特别是干旱、半干旱地区的水分利用效率、水分分配机制等关键性问题提供理论依据和技术支持。

中国陆地-大气系统水分循环研究

建立了中国大陆尺度和区域尺度陆地－大气系统水分循环概念模型；讨论了中国大陆尺度水文循环的特点；比较了东北、华北、西北、西南、华南、长江流域、西藏高原和台湾岛水分循环的差异。对水分循环参数的计算作了改进。

塔克拉玛干沙漠腹地灌溉土壤水分循环特征

通过对塔克拉玛干沙漠腹地三种灌溉方式土壤水分连续测定 ,研究了该土壤水分蒸发移动规律、灌溉周期动态和植物对土壤水分循环的影响。并对该地区植物固沙的灌溉制度进行了初步的研究 ,结果表明 ,虽然沙土水分蒸发移动性与一般规律相同 ,但蒸发强度及其衰减速度比质地较重的土壤大。沙漠腹地造林区土壤水分动态属灌水周期型 ,而不是一般的年周期型。植物对土壤水分循环过程的影响是巨大的 ,畦灌地、沟灌地和滴灌地在 8天时间内由于植物蒸腾损失的土壤湿度分别达到 2 .73 %、1 .70 %和 1 .82 %。三种固沙植物蒸腾水量顺序为 :甘蒙柽柳 >沙生柽柳 >沙拐枣。反过来三种固沙植物的抗旱能力则为沙拐枣 >沙生柽柳 >

大尺度土地利用变化对东亚地表能量、水分循环及气候影响的敏感性试验

利用NCAR大气环流模式CAM4.0,针对潜在植被和当代植被的分布情形进行了两组25a的积分试验,探讨了土地利用变化对东亚地区地表能量平衡、水分循环和气候的可能影响。结果表明:以森林退化、农田迅速增加为主的当代土地利用变化,显著改变地表属性,使得东亚地区不同季节的地表反照率均明显增加,并显著改变东亚地区的冬、春季节的地表能量和水分循环。此外,当代大尺度土地利用变化对东亚地区大气环流也有一定影响,可引起东亚冬季风环流显著加强和东亚夏季较弱的偏南风异常。当代土地利用变化未能引起东亚地区近地面气温的显著变化,但可引起东亚北(南)部地区春季降水的显著增加(减小)。

定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用

利用欧洲中心ＥＣＭＷＦ１０ａ逐日资料，对定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用进行了计算分析。结果表明，瞬变涡动总把水汽从高水汽含量区送到低水汽含量区，实现与平均环流相反的输送，维持了热带地区和中高纬地区水汽的平衡。夏季定常涡动输送的经向分量是将水汽从热带向副热带输送的主要机制，而瞬变涡动输送的经向分量则是把水汽从副热带输送到中高纬的主要机制。由于季风经圈环流的存在，使得亚洲季风区的热带地区为重要的水汽源区，而其副热带和中纬度地区是水汽汇区，这与同纬度其它地区相反。

土壤-作物-大气连续体水分循环与作物生产关系的模拟模式研究

从土壤－作物－大气连续体（ＳＰＡＣ）的水分循环出发，以冬小麦为例，通过对土壤水分动态和有关作物生长过程的模拟，建立作物水分消耗与干物质积累和产量形成关系的动力－统计模式．经３年试验资料的验证，总干重、籽粒产量和根层土壤水分含量的平均模拟误差分别为６．３９％，５．６０％和５．４５％．发育期、叶面积动态和干物质积累动态的模拟与实测情况吻合得也较好．

黄土丘陵区农田水分循环特征及土壤水分生态环境

在评价土壤水分性质的基础上,本文系统地讨论了黄土丘陵区农田水分循环特征及作物土壤水分生态环境,并从理论上解释了该区域土壤有效水利用率较高,土壤低温度仍表现出较高的有效性。同时指出,该区域土壤有效水库容大,对作物供水调节能力强;但因气候干旱,土壤水分亏缺严重,土壤只在生育期内对作物供水起调节作用,这是黄土丘陵区土壤水库效应的区域特征。此外,本文将土壤蒸发分为旱季和雨季两个时段,研究表明土壤蒸发最强的时段,在雨季而不在旱季。

中国极端气候及东亚地区能量和水分循环研究的若干近期进展

本文介绍了国家重点基础研究计划项目"全球变暖背景下东亚能量和水分循环变异及其对我国极端气候的影响(2009—2013)"一年多来的若干主要科学进展,包括对于东亚不同典型下垫面能量和水分循环过程的新认识、中国极端气候事件的观测事实分析及其与能量和水分循环变异的联系、短期气候预测新方法以及中国未来气候变化预估等方面。最后概要介绍了项目后续的主要研究计划。

南亚热带丘陵赤红壤水分循环特征及其意义

根据定位点的实测资料，阐述了南亚热带丘陵赤红壤试区的降雨、蒸散、地表径流、深层贮水和土壤贮水量的动态变化在土壤水分循环中的作用。研究结果表明，在丘陵赤红壤水分循环中，降雨量多和降雨强度大起着极重要的作用，降雨量多但分配不均匀形成明显的干湿季节，降雨强度大于土壤入渗速率是产生地表径流的关键条件。由大雨而暴雨并持续１０ｈ以上的降雨过程且降雨超过５０ｍｍ，将产生深层贮水。在干旱季节（１～２月和１０～１２月），降雨量仅占年降雨量１１．６１％～１６．４６％，而蒸发量却占年总蒸发量３３．２２％～４２．０８％，尤其是每隔两年左右的１月或１１月前后，常出现持续４０多天未下雨的现象，０～１００ｃｍ土层的蒸散量大于降水渗入量、土壤贮水减量。因此，在雨季防止或减少地表径流；在旱季减缓土壤水分蒸发，提高土壤水分利用率，或以喷灌方式补充土壤水分，是丘陵区发展“三高农业”不可忽视的问题。