元谋干热河谷1988—2022年参考作物蒸散量的演变趋势及其影响因素

为研究元谋干热河谷地区参考作物蒸散量的变化及其影响因素,以元谋干热河谷1988—2022年气象站点逐日气象数据为基础,采用敏感度分析、贡献率分析、主成分分析、通径分析、分层聚类分析、灰色关联度等定量和定性的方法分析元谋干热河谷参考作物蒸散量变化规律及其影响因素。结果表明:近35 a,元谋干热河谷年度、旱、雨季参考作物蒸散量均呈显著上升趋势(Z>1.96),每10 a增幅分别为18.663、3.903、14.761 mm,增幅表现为雨季大于旱季,2008年既是年度参考作物蒸散量转折点也是突变点,旱、雨季的参考作物蒸散量无突变点;主成分分析结果显示,根据综合得分系数和权重对8个气象因子进行排序,从大到小依次为,日最高气温、日平均气温、日相对湿度、日照时间、日最低气温、日平均风速、日平均降水、实际水汽压;聚类分析结果将8个气象要素划分为6类,灰色关联度值计算结果与主成分分析结果一致,灰色关联度和主成分分析互相验证;元谋干热河谷的年度参考作物蒸散量主要受到日最高气温的影响,而在不同季节,参考作物蒸散量的主导因素不同。

黄河源区近40年参考作物蒸散量变化特征研究

选取位于黄河源区10个气象台站1971—2010年观测资料,运用彭曼—蒙蒂斯公式计算出各站参考作物蒸散量(ET0)。通过数学统计、相关分析、小波分析等方法对黄河源区ET0分别作了空间分布、年内变化和年变化等特征分析,结果发现源区ET0空间分布不均匀,呈现西北部大于东南部。年内ET0逐月变化表现为典型的单峰型;源区ET0的四季分布差异较大,夏季蒸散量最大,冬季最小,春、秋季次之。各季节ET0与气温和日照呈显著正相关,而与降水量和相对湿度呈明显负相关。ET0年际变化为逐年波动式上升趋势,整个源区年平均ET0以6.1mm·10a-1的气候倾向率逐年增大。40 a间ET0曾出现过两次较为明显的准周期变化,分别在20世纪70年代中期至80年代中期,约为准8 a周期,1990年以后基本表现为准5 a周期变化。

近60年来东北地区参考作物蒸散量时空变化

利用东北地区106个站点1951～2007年的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算得到各站点的逐日、逐年ET0,并通过反距离插值得到逐年ET0及多年平均ET0网格数据,最后通过墨西哥帽小波变换、Mann-Kendall检验、REOF、倾向率等方法探讨了全区平均ET0及多年平均ET0的时空变化特征。研究结果表明:①全区平均ET0总体上表现较小幅度的增长趋势,其倾向率为3.89 mm/(10a),分别在1982、1953年取得最大、最小值;②在8-16年时间尺度上,全区平均ET0的周期振荡非常明显,期间经历了"少→多→少→多"4个循环交替过程,其中又以8～10年周期内的振荡最为强烈;③多年平均ET0在600～1160 mm之间,空间分异明显,其总体分布特征为:南高北低,西高东低,从东北向西南逐渐增加,等值线呈半环状;④从倾向率来看,ET0增加、减少的面积比例分别为72.61%、26.39%,其中嫩江的增加趋势最明显,倾向率为30.6 mm/(10 a),叶柏寿的下降趋势最明显,倾向率为-24.4 mm/(10 a)。

黄土高原地区近50年参考作物蒸散量变化特征

为了探求黄土高原地区深层土壤干燥化过程及成因和该地区植被耗水的变化情况,该文根据黄土高原5站点近50a的日气象资料,利用Penman-Monteith公式计算了日参考作物蒸散量,并分析了ET0的日均值、月均值和年值的变化特征,同时分析了平均温度、最高温度、最低温度、日照时数、风速和相对湿度与ET0的相关性。结果表明:黄土高原地区ET0日值和月均值与大气温度、日照时数均达到了极显著的相关性,其ET0日值和ET0月均值曲线均呈单峰型,存在明显的季节变化特征,峰值均出现在6月。除了西安和西宁ET0年值显著降低外,其他3站点的年际间变化趋势不显著,同时除西宁站外其他各站点在20世纪80年代后ET0均有上升的趋势。

淮北平原36种参考作物蒸散量估算方法适用性研究

为分析不同参考作物蒸散量估算方法在淮北平原的适用性,以FAO56 Penman-Monteith(FAO56PM)模型为标准,基于五道沟实验站2009-2022年气象观测数据,选取6种统计指标,从日、月尺度综合分析。结果表明,所有方法中,日尺度下FAO24Penman(FAO24PM)法、1996 KiM-Berly Penman(K-P)法、Pristley-Taylor(P-T)法最优,月尺度下FAO24PM法、P-T法、Debruin-Keijman(D-K)法最优;综合法最优,其次依次为辐射法、质量传输法和温度法;综合法中FAO24PM法最优,辐射法中P-T法最优,温度法中FAO24BC法最优,质量传输法中Mahringer法日尺度下最优,Trabert法月尺度下最优。因此,当数据资料充足时推荐FAO24PM法,资料不齐全时推荐P-T法、FAO24BC法、Mahringer法(日尺度)或Trabert法(月尺度)。

MARS模型在渭河流域参考作物蒸散量计算中的适应性研究

为有效提高气象资料缺失时渭河流域参考作物蒸散量(ET_(0))计算精度,选取流域及附近20个气象站58 a(1960-2017年)逐日气象资料,基于不同气象要素组合,构建16种基于多元自适应回归样条(MARS)的ET_(0)计算模型,并将计算结果与Hargreaves-Samani、Makkink和Irmark-Allen模型进行对比,评价MARS模型在渭河流域的适应性及可移植性。结果表明:MARS模型能很好地甄别ET_(0)与各输入因子间的非线性关系,MARS2(T_(max)、T_(min)、R_(a))计算精度(平均MAE为0.225 mm/d,平均RMSE为0.327 mm/d,平均R2为0.897)能满足应用要求,模型精度随输入气象要素数量的增加而升高;输入因子中引入地球外辐射R_(a),可明显提高MARS模型精度;在输入因子相同时,MARS模型精度高于Hargreaves-Samani、Irmark-Allen和Makkink模型;MARS模型在渭河流域具有很强的泛化能力和可移植性。因此,气象资料缺失时基于MARS建立的ET_(0)计算模型可作为渭河流域ET_(0)计算的推荐模型。

西北旱区1961—2011年参考作物蒸散量的时空分异

全球变化背景下分析参考作物蒸散量的变化特征,对于农业生产和水资源管理等有重要指导意义。根据西北旱区152个气象站点1961—2011年气象资料计算参考作物蒸散量(ET0),分析了其空间分布及时间变化趋势,并探讨了其变化原因。1961—2011年西北旱区年均ET0为1100.4 mm/a,但存在空间变异,低值出现在黄土高原南部区域,高值出现在西北部沿东南-西北方向的条带上。ET0整体呈不显著的上升趋势,但64和36个站点分别呈显著的上升和下降趋势;西北旱区ET0发生突变的年份东部较西部晚。ET0的时空变异是气象因子时空变化的组合效应,ET0对相对湿度和最高温度的变化最敏感,但过去50a ET0变化中风速和最高温度的贡献率最大。西北旱区ET0的变化发生了重要改变,由2000年以前的下降趋势转变为目前的上升趋势,可能加剧该区的水资源短缺状况,需引起足够的重视。

GIS环境下1999～2000年中国东北参考作物蒸散量时空变化特征分析

为了实现农业持续发展和保护生态环境,该文应用Penman-Monteith公式和GIS的空间分析功能,通过建立区域参考作物蒸散量的空间分布模型计算了中国东北地区自20世纪90年代以来参考作物蒸散量的时空变化特征。研究发现,20世纪90年代东北地区5～9月份日平均蒸散量呈逐年增大趋势,并以每年0.04mm的速度递增;其中5、6、7、8、9各月份绝大部分地区日均蒸散量年变化呈增加的趋势,东北平原年增长超过0.05mm,≥0.4mm蒸散地区年平均增长面积为248.73万hm2。5月份和8月份大部分地区日均蒸散量呈减少的趋势,6、7、9月份大部分地区日均蒸散量呈增加的趋势。5月和8月蒸散量的减少以及6月到9月蒸散量的增加都由东北(三江平原)向西南(辽河平原)迁移,并在空间范围上表现出一定的收缩趋势。日均蒸散量≥0.4mm蒸散地区的重心呈有规律的波动,5～9月份平均重心年际波动主要位于呼伦贝尔高原和西辽河平原两个地区,5、6、7、8、9月份重心的波动轨迹基本为由西北—东北—西南地区,空间上也逐渐由较集中变为较分散。

1961-2013年中国粮食主产区参考作物蒸散量时空演变特征研究

准确评估粮食主产区参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET_0)时空变化特征,对灌区水资源优化调度、灌溉制度优化、农田水分高效利用及粮食水分生产力提高等均具有重要意义。本文基于中国粮食主产区258个气象站点逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算1961—2013年参考作物蒸散量,通过Sen’s+Mann-Kendall法、累积距平法及气象倾向率等方法对其近53年时空变化趋势与特征进行分析。结果表明:近53年中国粮食主产区(全区)、温带湿润半湿润地区(Ⅰ区)、温带干旱半干旱地区(Ⅱ区)、亚热带湿润地区(Ⅲ区)及暖温带半湿润地区(Ⅳ区)ET_0年均值分别为901.90、741.89、1 077.93、940.17、847.61 mm,呈现Ⅱ>Ⅲ>全区>Ⅳ>Ⅰ区的趋势;全区及Ⅰ~Ⅳ区主要粮食作物生长季(3—10月)ET_0约占全年ET_0的87.58%、91.91%、90.05%、85.11%和83.39%;除Ⅳ(其年倾向率Y为0.002 mm/a)区外,全区及Ⅰ~Ⅲ区ET_0近53年整体呈现下降趋势,其中全区呈下降趋势的站点数达171个,占总数的61.0%,年倾斜率达到显著下降水平,其Y值为-0.288*mm/a(P<0.05);全区及各分区ET_0在20世纪90年代均呈增大趋势,其年尺度上Sen’s趋势度β全区=4.993,M-K检验值Z全区=1.978*(P<0.05),增大趋势显著,其他各年代际上趋势减小;近53年ET_0空间分布基本呈西北向东南、东北方向递减,区域性差异显著;ET_0的M-K趋势变化季节性差异显著,春季ET_0趋势自北向南增大,夏季与之相反,秋季ET_0趋势呈现中部低南北高的趋势,冬季较秋季有明显的下降趋势,整体呈现由北至南、西至东递减的趋势。

新疆1961-2013年参考作物蒸散量时空变异

准确评估参考作物蒸散量的变化规律对新疆农业生产及水资源合理利用具有重要作用,采用PenmanMonteith公式以及55个气象站的逐日气象资料,计算了新疆1961—2013年参考作物蒸散量并分析其时空变化特征,运用多元回归分析法对影响参考作物蒸散量变化的主导气象因素进行了定量分析。结果表明:新疆ET_0总体呈下降趋势,年际变化率为-1.01mm/a。在20世纪80年代之前ET_0偏高,90年代减少到最大,2000年以来又逐渐增大。从季节来看,夏季、秋季的ET_0与年ET_0的减小趋势一致,春季冬季ET_0的减少趋势不明显。在不同年代际时间尺度,新疆全年及季节ET_0的年际变化在空间上存在一定的分异。风速是全年及夏、秋季ET_0变化的主导因素,而温度是春季及冬季新疆区域蒸发量变化的主导因素。

1961-2010年中国参考作物蒸散量变化趋势与时空格局

根据甄选的中国529个气象台站1961—2010年的观测资料,利用联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的Penman-Monteith模型估算了全国年际参考作物蒸散量,探究了中国1961—2010年参考作物蒸散量变化趋势与时空格局。结果表明:(1)通过对中国参考作物蒸散量的年变化趋势进行分析,发现1961—2010年参考作物蒸散量先有下降趋势(1961—1993年),下降幅度不大,后又有缓慢的回升(1994—2010年),但总体呈下降趋势;(2)通过对各站近50年参考作物蒸散量平均值的时空分布进行分析,发现中国西北地区和西南地区明显大于东北地区和中部腹地;(3)中国参考作物蒸散量时空分布主要影响因素是风速和气温(气温影响范围广,风速影响程度大),也与中国地形复杂、面积广阔、经纬跨度大、各地气象条件差异导致作物蒸散能力差异有关。

近50年来山东省参考作物蒸散量变化及定量化成因

参考作物蒸散量(ET0)被广泛应用于估算生态需水、农业灌溉、区域气候干湿状况评价等方面,在气候和环境变化中起着非常重要的作用。基于山东省1961—2010年90个气象站的逐日气象观测数据,应用Penman-Monteith模型估算了区域内的ET0,研究了山东省ET0的空间分布特征和时间演变规律及主要影响要素,定量分析了各影响要素对ET0变化的贡献。结果表明,山东省年平均ET0为1 028.4 mm,由东南沿海向西北内陆递增;夏季最高,其次为春季、秋季,冬季最低。年平均ET0变化倾向率为-1.818 mm·a-1,减少趋势极显著(P<0.01);各季节均呈减少的变化趋势,夏季最明显;鲁西和鲁西南ET0的减少趋势最显著,向东则减少趋势减弱,至半岛东部部分站点则有增加趋势。全省年平均ET0在1983年前后发生突变,春季、夏季、冬季分别发生在1969年、1987年、1971年,秋季没有突变。主振荡周期为12 a左右,不同年代表现出的周期性不一致,且多种周期尺度相互交叉。年际和各季节风速和日照时数呈极显著的减少趋势,对ET0变化的负贡献较大,是山东省ET0减少的主要影响因素;最高和最低气温、相对湿度对ET0变化表现为正贡献,在一定程度上消弱了风速和日照时数的负贡献。年际和季节各气象要素对ET0变化的总贡献率与ET0的实际变化率较接近,年际、春季、秋季、冬季对ET0减少变化的第一主导气象要素是风速,贡献率分别为-9.587%、-8.074%、-9.920%、-16.847%,夏季第一主导气象因素为日照时数,贡献率为-8.287%。

修正温度法计算农作物蒸散量ET_0研究

作物腾散量是农业灌溉管理方面最主要参数。目前确定作物腾散量的方法很多,根据新疆维吾尔自治区21个典型气象站1981～2000年的20年月平均气象资料运用FAOPenman-Monteith法(1990)与温度法进行计算和系统对比分析,结果表明二方法具有较好的相关性,样本总数为126个,相关系数为0.925。通过验证误差在允许的范围之内。因此为今后灌溉管理和产量评估提供了较为简便实用的模型。

河西地区近50年参考作物蒸散量的演变趋势及其影响因素

根据河西地区17站点近50年的逐日气象资料,利用Penman-Monteith方程计算了逐日ET0,以Mann-Kendall法对各站不同季节、年ET0平均总量进行趋势检验。结果表明:武威、古浪、天祝3站年ET0呈增加趋势,其余14站均呈下降趋势,其中有9站通过显著性水平检验。春、夏、秋、冬四季酒泉地区和张掖地区各站ET0值均呈下降趋势,武威地区各站变化趋势不一致,且前者ET0值下降趋势总体较后者明显。典型站点ET0与气候要素多元线形回归分析表明:风速是不同季节、不同站点影响ET0变化的首要因子。其次,最高温度、相对湿度、日照时数也是影响年ET0及各站点不同季节ET0变化的主要因子。

山东省1960-2011年参考作物蒸散量变化特征研究

为了研究山东省参考作物蒸散量(ET0)的变化特征,选取属于湿润气候的成山头站以及属于半湿润气候的惠民站、济南站、潍坊站、定陶站、兖州站6个气象站,利用国家气象资料中心提供的1960—2011年的逐日气象资料,采用距平分析、回归分析和地理信息系统分析了山东省ET0的年代际、年际和年内的时空变化趋势,并通过偏相关分析及标准化偏回归系数对各站ET0的影响因素进行研究。结果表明:半湿润区ET0年代均值大于湿润区ET0年代均值,其中济南站最大,最大值出现在20世纪70年代,达到1269.2 mm,成山头站最小,最小值也出现在20世纪70年代,为900.8 mm;6个站点中,济南站ET0值年际间的变化最大,极差达到351.9mm,定陶的极差最小,为157.8 mm。潍坊的ET0年际波动最大,标准差达到74.4 mm;定陶的年际ET0标准差达到51.4 mm,波动最小。6个站点的ET0年均值随时间呈现不同程度的降低,其中潍坊和兖州为极显著,济南和定陶为显著降低。ET0年均值在空间上的分布规律为:济南站>潍坊站>惠民站>兖州站>定陶站>成山头站;6个站点的ET0都是夏季最高,冬季最低。春季平均ET0值中部地区最大,达到409.0 mm,东北部沿海区最小,只有237.2 mm。夏季平均ET0值的空间分布与全年平均ET0值的空间分布较为一致,只在惠民站为中心的小区域内出现降低,与周围区域有反差。秋、冬季平均ET0值在中部及东北部均较大,东北部最大,西南部及西北部较小,最小值出现在西南地区。半湿润气候的惠民站、济南站、潍坊站、定陶站、兖州站的ET0随时间的年内变化曲线为单峰型,峰值均出现在夏季6月,全年的第162天。湿润气候下成山头站的ET0随时间的年内变化曲线呈双峰型,峰值分别出现在春季5月,全年第150天以及秋季9月,全年第270天;山东省ET0与气象要素间的相关性很好,除成山头站的最低气温外,均达到极显著水平。影响山东省湿润气候和半湿润气候ET0变化的主要气象要素分别为最高气温和平均气温。

参考作物蒸散量的计算及不同作物灌溉需水量的特征分析

【目的】研究分析参考作物蒸散量结合作物系数估算作物各生育阶段灌溉需水量特征,为农业用水调配提供依据。【方法】基于新疆阿克苏市气象站点1980~2010年逐日气象数据,采用Hargreaves-Samani(H-S)、Irmark-Allen(I-A)和Priestley-Taylor(P-T)3种方法模拟计算参考作物蒸散量(Reference Crop Evapotranspiration,ET 0),依据R 2、nRMSE和MAPE评价3种模拟方法的精度,并分析ET 0在年际间和月尺度下的变化规律。分析不同典型年冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的需水规律。【结果】(1)H-S法、I-A法和P-T法计算的研究区ET 0模拟值与标准值的R 2分别为0.965、0.949、0.946,MAPE分别为20.85%、26.46%、66.71%。(2)研究区全年ET 0累计值30年均值为960 mm,5~8月较大,12月和1月较小。(3)冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米分别在返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期的灌溉需水量最大,其对应值为108、308、131和136 mm。(4)全生育期内,冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的灌溉需水量分别为448、533、394和385 mm。【结论】H-S法和I-A法在新疆阿克苏市ET 0计算有良好的普适性;研究区ET 0累计值年际间变化不大,年内呈先增大再减小的趋势;冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的关键需水期分别为返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期;全生育期内,棉花灌溉需水量最大,其次为冬小麦、春玉米、夏玉米。

1960-2019年河南省参考作物蒸散量时空演变与成因分析

基于河南省17个气象站1960-2019年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型、M-K检验和Morlet小波分析等方法分析河南省参考作物蒸散量(ET0)时空变化特征及其影响因素。结果表明:1960-2019年河南省ET0平均值为1050.11 mm/a,以-14.81 mm/10a的倾向率呈下降趋势,1971年河南省ET0发生突变,突变后ET0减少80.73 mm,近60年来,河南省ET0存在28 a左右的主周期变化。空间上,河南省ET0呈东南向西北递增的趋势。近60年来河南省四季ET0分别占全年的29.79%、39.34%、20.17%和10.69%,变化趋势上,春季ET0呈小幅上升趋势,夏季、秋季和冬季ET0均呈下降趋势。春夏两季ET0空间分布情况与全省多年平均ET0的空间分布情况较为接近,对全省年均ET0的空间分布起决定性作用。河南省ET0变化对相对湿度最敏感(-0.645),其次为日照时数(0.444),最高气温(0.323),平均风速(0.171)和最低气温(0.090)。日照时数、平均风速、相对湿度、最高气温和最低气温对ET0的贡献率分别为-12.841%、-7.426%、3.045%、1.321%和1.800%,日照时数和平均风速的减少是过去60年河南省ET0减少的主导因子。

黄土高原1961—2009年参考作物蒸散量的时空变异

基于48个站点的气象数据,对黄土高原1961—2009年参考作物蒸散量的空间分布特征和时间变化趋势进行了分析。结果表明,黄土高原年均参考作物蒸散量为1060.3 mm,西北部高于东南部,最低值出现在西南区。1961—2009年整体呈上升趋势,年均增幅1.3 mm;春季变化最显著,冬季变化最小。ET0在1994年发生上升趋势的突变,之后上升趋势一直非常显著。湿度和温度是最重要的影响因子。ET0不断增长而降水呈降低趋势,这将恶化该区水资源短缺的问题,需要采取一定的措施来减缓气候变化带来的负面影响。

基于思维进化算法优化的东北地区参考作物蒸散量估算

准确估算参考作物蒸散发(Reference crop evapotranspiration,ET_(0))对于农业水资源管理至关重要。东北地区是我国最重要的粮食产区,但该区域纬度相对较高、气温相对较低,ET_(0)影响因素多、估算的不确定性高。研究选取东北地区20个代表性气象站点1961-2019年气象数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验及反距离加权插值法模拟东北地区ET_(0)时空变化特征,并利用思维进化算法(Mind Evolutionary Algorithm,MEA)优化模型参数,以FAO-56 Penman-Monteith公式计算结果为标准值,比较9种不同输入因子的模型精度,结果表明:(1)1961-2019年东北地区ET_(0)的年平均值在567.81~1080.66 mm之间,东北地区北部的年均ET_(0)值呈上升趋势,中部平原及南部沿海呈下降趋势;(2)通过对东北地区20个站点使用不同类型模型计算ET_(0)的评估,优化前精度表现:辐射型模型>湿度型模型>温度型模型。其中Mak模型在东北地区的计算精度最高,相应的R^(2)、NSE、RMSE、和MAE中位数值分别为0.801、0.786、0.570 mm/d和0.331 mm/d;(3)MEA算法优化后,对9种经验模型的R^(2)、NSE、RMSE和MAE提升幅度分别为14.43~47.15%、14.84~50.47%、5.42~46.79%、7.47~39.86%。优化后的Mak模型相应的R^(2)、NSE、RMSE、和MAE中位数值分别为0.910、0.907、0.510 mm/d、0.291 mm/d。因此,在气象资料缺乏情景下,Mak模型可作为东北地区ET_(0)计算的最优模型,并且MEA算法优化能够高效提高模型计算精度,实现了准确性和效率之间更优化的平衡。

1961-2016年新疆哈密参考作物蒸散量变化与成因分析

基于新疆哈密地区5个气象站点1961-2016年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型、趋势分析、累积距平和Mann-Kendall检验等方法分析其参考作物蒸散量变化特征及其影响因子。结果表明:近56年来,哈密地区年参考作物蒸散量均值以-20.57mm/10a的速率减少,哈密、淖毛湖、伊吾和红柳河4地年参考作物蒸散量呈减少趋势,倾向率分别为-65.94mm/10a,-32.77mm/10a,-11.94mm/10a,-4.99mm/10a,巴里坤年参考作物蒸散量以12.79mm/10a的速率增加。哈密四季参考作物蒸散量以夏季最多,春、秋季次之,冬季最少。哈密年参考作物蒸散量于20世纪80年代以来发生突变,但各站点存在明显差异,红柳河、巴里坤、淖毛湖和伊吾突变点分别为2009、2003、1996和1986年。相关分析表明,哈密地区年参考作物蒸散量主要受风速、相对湿度和降水量的影响,平均风速下降、相对湿度和降水量增加共同导致过去56年哈密地区参考作物蒸散量呈减少的趋势。