陕西省参考作物蒸发蒸腾量的时空特征及其未来预测

【目的】分析陕西省参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的时空特征,并对未来的ET0进行预测,为制定该地区作物灌溉制度、水资源规划提供参考依据。【方法】根据陕西省陕北、关中和陕南3个地区18个气象站1961-2000年历年逐日气象资料,采用世界粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式计算历年逐日ET0;依据NCEP再分析数据以及大气环流模式HadCM3输出的大尺度气候要素资料,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来A2和B2排放情景下的ET0进行预测。【结果】1961-2000年,陕西省ET0值在空间上自南至北呈递增趋势,除了7个气象站ET0呈上升趋势外,其余11个气象站平均ET0均呈下降趋势。在A2排放情景下,2011-2040、2041-2070、2071-2099年陕西省ET0的平均值较基准期(1961-2000年)分别增加2.7%,4.9%和8.9%,增幅最大的地区分布在陕南的安康、石泉、略阳和关中华山站以及陕北地区,关中地区增幅较小。2071-2099年陕西省ET0值四季变幅不均匀,其中以冬季的增幅最大。【结论】ET0的持续增长会导致陕西省水资源短缺问题恶化,将进一步影响该地区未来的作物需水量和农业灌溉需水量。

气候变化条件下石羊河流域农业灌溉需水量的模拟与预测

根据石羊河流域及周边共11个气象站点1959—2012年的逐日气象资料,利用大气环流模型Had CM3的输出和SDSM统计降尺度模型,生成A2、B2两种排放情景下未来石羊河流域各站点2020 s,2050 s和2080 s的ET0和降水日值;使用作物系数法,扣除有效降雨量,计算现状和未来不同作物净灌溉定额、流域净灌溉需水量和耗水量;应用反距离加权插值法(IDW)研究作物净灌溉定额的空间分布特征。结果表明,石羊河流域小麦、玉米、甜椒、棉花、胡麻和苹果的多年平均作物净灌溉定额都呈现从西南到东北递增的趋势,预测未来气候变化情景下,6种典型作物净灌溉定额呈增加趋势;多年平均流域净灌溉需水量为12.65×108m3,多年平均耗水量为15.42×10~8m^3;在种植结构维持现状条件下,预计2020 s,2050 s和2080 s,在Had CM3模式的A2情景下净灌溉需水量分别为13.45×108m3、15.02×10~8m^3、16.94×10~8m^3,耗水量分别为15.53×10~8m^3、16.65×10~8m^3、18.18×108m^3,B2情景下净灌溉需水量分别为13.55×108m3、14.63×10~8m^3、15.51×10~8m^3,耗水量分别为15.56×10~8m^3、16.34×10~8m^3、17.00×108m3~,未来流域净灌溉需水量和耗水量都呈明显上升趋势,且A2情景下的上升幅度大于B2情景。石羊河流域的农业灌溉需水在未来将持续增加,2050 s之后增加趋势更为显著。

气候变化对石羊河流域农业灌溉需水的影响

根据石羊河流域气象资料，使用主成分回归分析法分析灌溉需水与各种气象要素之间的关系；采用降水气温增量情景法，研究作物生育期灌溉需水的变化。结果表明，在现有种植面积和种植结构下气温每升高o．5℃时，灌溉需水量增加1957．24万m3；降水增加10％，灌溉需水量减少2566．24万m3。根据政府间气候变化专业委员会（IPCC）气候模式模拟预测结果，2015年流域灌溉需水量增加3479．17万m3，2025年增加（4975．15～5636．21）万m3。2050年增加（6582．07～7627．19）万m3。大多作物灌溉需水受气温的影响最大，其次为风速、湿度、降水和日照时数；各作物灌溉需水与气温降水呈线性关系。

生态干旱的概念及研究进展

分析了生态干旱的研究背景及概念框架,系统阐述了生态干旱监测指标、气象要素和地下水对生态干旱的驱动机制以及生态干旱的脆弱性评估方法等研究进展,指出生态干旱研究还处于起步阶段,应进一步开展生态干旱指数构建与评估方法、气象干旱和地下水干旱对生态干旱的联合驱动机制以及生态干旱的脆弱性评估与预测方法等方面的研究,以期推动生态干旱研究的发展,拓展干旱分类和干旱指标研究的理论体系。

标准化地下水指数法分析黑河中游地下水时空演变规律

地下水干旱威胁区域社会经济发展和生态环境健康。基于河西走廊黑河流域中游地区1985-2010年23眼井的月地下水位数据,选择4种不同的分布函数构建标准化地下水指数(standardized groundwater index,SGI),采用K-S检验(kolmogorov-smirnov test)和AIC准则(Akaike information criterion)进行分布函数的优选,对K-S检验未通过的井使用非参数法构建SGI,分析地下水时空演变规律。结果表明:1)不同拟合函数对参数化SGI拟合结果有强烈影响。2)研究区的最佳拟合函数为Beta分布(18眼井),其次为广义极值分布(3眼井),另有2眼井未通过K-S检验,使用非参数法构建SGI。3)张掖区SGI指数变化趋势总体上呈先下降后回升趋势(13眼井),临泽和高台区呈持续下降趋势(10眼井)。地下水指数的构建可为地下水资源的监测、管理及预报提供依据。

基于两种人工智能模型的石羊河流域日潜在蒸散发模拟精度比较

潜在蒸散发(ET0)是估算作物需水量的基础。根据石羊河流域5个气象站5年的气温、风速、相对湿度等日气象要素资料,采用Penman-Monteith公式计算石羊河流域的ET0,建立六因子、四因子和三因子的支持向量机(SVM)模型与人工神经网络(ANN)模型模拟日ET0,对模拟值与计算值进行比较,以均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、确定性系数(DC)以及皮尔逊相关系数(R)作为模型的性能评价指标,对模型进行检验以获得模拟精度较高的模型。结果表明:相同因子输入下ANN模型较SVM模型在石羊河流域模拟日ET0有着更高的模拟精度。该研究可为气象要素资料不全的站点提供模拟日ET0的可行方法。

黄河流域水资源承载力评价

定量评价水资源承载力,可为有效调控水资源,提高水资源承载力和消除水资源超载区提供依据。从水资源承载力新内涵出发,构建"量-质-域-流"的四维水资源承载力评价指标体系,确定指标评价等级标准。针对水资源承载力评价涉及许多不确定因素以及指标间存在耦合关系等特点,采用可考虑指标间耦合关系的EFAST算法计算权重,结合可处理评价不确定性问题的联系熵模型进行水资源承载力评价。以黄河流域为例,计算得权重与熵权法进行比较,对2015年流域61个地市的水资源承载力状况进行了综合评价。结果表明:EFAST算法计算权重比熵权法更合理;黄河流域水资源承载力处于Ⅰ级(极高)、Ⅱ级(较高)、Ⅲ级(中等)、Ⅳ级(较低)和Ⅴ级(极低)的地市数量占评价总地市数的比例分别为0、4.9%、18.1%、63.9%和13.1%,其中Ⅳ级和Ⅴ级分布在除青海省外的其他省区的地市。

泾惠渠灌区潜在蒸散发量的敏感性及变化成因

潜在蒸散发量(ET0)是计算作物需水量的关键因子和制定灌溉制度的依据,敏感性分析对评估气候变化对ET0的影响至关重要。根据泾惠渠灌区4个气象站1961—2011年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算日ET0,应用Mann-Kendall趋势检验方法研究气象因子变化趋势,采用无量纲的相对敏感系数分析ET0对4个主要气象因子的敏感性,结合气象因子的多年变化定量分析ET0的变化成因。结果表明,泾惠渠灌区风速和日照时数呈显著下降趋势,气温呈显著上升趋势,相对湿度在南部和东南部呈显著下降趋势,而西部和东北部呈不显著的上升趋势,ET0呈显著下降趋势;ET0对相对湿度、太阳辐射、风速和气温的敏感系数分别为-0.77、0.41、0.16和0.08;风速和太阳辐射的显著下降是灌区ET0下降的主要原因。

石羊河流域参考作物蒸发蒸腾量对气候变化的响应模拟及预测

模拟和预测气候变化对石羊河流域参考作物蒸发蒸腾量(ET0)时空分布的影响,为发展节水农业和科学利用水资源提供参考依据。根据石羊河流域及周边11个气象站点1951—2012年的逐日气象资料,使用PenmanMonteith公式计算现状ET0,利用大气环流模型HadCM3的输出和SDSM统计降尺度模型,预测A2、B2两种排放情景下未来石羊河流域2020s,2050s和2080s的ET0,使用反距离加权插值法(IDW)和Mann-Kendall检验分别研究ET0的空间分布特征和随时间的变化趋势。结果表明,石羊河流域多年平均ET0值为1 061mm,高值区位于东北地区,低值区位于西南地区,预计未来2020s、2050s和2080s,在HadCM3模式的A2情景下ET0将分别增加6%、14%和23%,B2情景下将分别增加7%、12%和17%,增幅较大的地区位于流域东南,2050s和2080s在B2情景下增幅低于A2情景。石羊河流域ET0在未来将持续增加,2050s之后增加趋势更为显著。