1956—2019年元谋干热河谷潜在蒸散发的变化及影响因素

为探究元谋干热河谷地区潜在蒸散发变化特征及其影响因子,通过应用彭曼蒙特斯模型、曼-肯德尔突变检验、气候倾向率和距平相关方法,分时段分析1956—2019年逐日气象要素值。结果表明:元谋干热河谷地区潜在蒸散发整体呈极显著下降的趋势,年度潜在蒸散发在1982年发生突变;各季潜在蒸散发变化明显,变化速率从大到小依次为3—5月、12月—次年2月、6—8月、9—11月;除1956—1982年12月—次年2月,1982—2019年9—11月、12月—次年2月潜在蒸散发有所增长外,剩下时段都呈减少趋势,1982年为各季的突变点。潜在蒸散发转折点为1982年;1982年前,年度潜在蒸散发距平占主导;1982年后,负距平占据主导,2008、2015年发生两次较大的波动。元谋干热河谷地区年潜在蒸散发变化主要取决于日照时间、气温和平均相对湿度;各季潜在蒸散发主要是由各气象要素共同作用的结果,且具有季节性差异;1982年以前,6—8月、9—11月潜在蒸散发的减少和12月—次年2月潜在蒸散发的增加仅与平均风速的减弱有关。

亚热带典型森林下垫面大气层结变化规律及其对潜在蒸散发估算的影响

为评估忽略大气稳定性对潜在蒸散发(Potential Evapotranspiration,PET)估算的影响,本文以亚热带森林下垫面为例,结合涡动相关观测及莫宁-奥布霍夫相似原理,探讨了冠层上方大气层结变化规律,比较了基于中性假设和考虑大气稳定性影响的PET之间的差异。结果表明:①中性、稳定和不稳定3种大气层结具有明显的日内与季节变化特征,不稳定层结在中午居多,稳定层结在早晨和傍晚居多,而中性层结在昼间均有分布;同时,春夏两季的不稳定层结高频时段较长,而秋冬两季相对较短;总体上,观测期内不稳定、中性和稳定3种层结平均占比分别为41.4%、34.7%与24.0%。②基于中性假设的空气动力学阻力估算方法在一定程度上高估了空气动力学阻力,导致PET存在低估现象(RMSE=25.82 W/m^(2)),且误差偏离随着PET增大而愈加明显。③在当地条件下当量空气动力学阻力r_(a)与风速呈显著的指数关系(r_(a)=7.83u^(-2.92)+32.66,R^(2)=0.50,P<0.05,N=394),基于该关系估算的PET相对于中性假设而言具有更高的精度(R^(2)提高了3.26%,RMSE降低了19.83%)。

河西走廊潜在蒸散发时空格局变化与气象因素的关系

蒸散发过程影响因素众多,潜在蒸散发(ET_0)与气象变量交互作用复杂,亟需揭示ET_0变化对气象变量的响应机理。基于河西走廊及周边21个气象站点气象资料,采用定性定量分析方法,以河西走廊整体及3分区2个空间尺度,揭示ET_0时空变化规律,明确ET_0对各气象因素变化敏感性及贡献。结果表明:(1)河西走廊及分区ET_0均呈显著波动上升趋势(Z>1.98),线性变化率2.94 mm·a~(-1),且黑河分区变化最明显。(2)ET_0由东南向西北递增变化,中东部石羊河分区(1003.78 mm)、黑河分区(1031.30 mm)较小,西部疏勒河分区(1171.89 mm)较大。(3)河西走廊ET_0对气象因素变化敏感性排序为相对湿度(RH)、日最高气温(T_(max))、日照时数(n)、平均风速(u)、日降水量(P),ET_0对RH减少最敏感,对P变化最不敏感。(4)u增大是造成河西走廊ET_0增大的主要原因,其次是RH减少、T_(max)升高、n增加。(5)疏勒河分区、黑河分区、石羊河分区ET_0呈增加变化,贡献最大因素分别为T_(max)(5.13%)、u(8.22%)、T_(max)(5.97%),贡献最小因素为n。气候因素中的风速和气温变化是河西走廊地区ET_0变化不容忽视的重要影响因素,研究成果对合理规划农田灌溉用水和提高农业水资源利用效率意义重大。

1961-2013年塔里木河干流流域潜在蒸散发动态变化及其定量气候驱动

为研究气候变化对塔里木河干流流域潜在蒸散发的影响。选取塔里木河干流流域内10个气象站1961—2013年逐日地面气象数据,运用气候倾向率、Mann-Kendall非参数检验和优势分析方法分析塔里木河干流流域不同时段潜在蒸散发动态变化及其定量气候驱动。结果表明:1961—2013年,塔里木河干流流域年、季潜在蒸散发均呈减少趋势,以1976年前冬季减幅最大,1976年后春季增幅最大,1976年为年潜在蒸散发的突变点。塔里木河干流流域年平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度和降水量均极显著增加,日照时数极显著减少,且1976年前平均气温、最高气温、最低气温和日照时数的减幅均小于1976年后的增幅,1976年前相对湿度和降水量的增幅均小于1976年后的增幅。塔里木河干流流域潜在蒸散发的变化是由多种气象因子综合作用的结果,日照时数是年、季潜在蒸散发减少的主要气候驱动因子。1976年前,春、夏、冬、年潜在蒸散发的减少主要受日照时数的减少控制为主,贡献率分别为100.00%、67.56%、51.41%和52.20%,秋季潜在蒸散发的增加主要受日照时数的增加控制为主,贡献率为45.62%;1976年后,春、秋、年潜在蒸散发的增加主要受日照时数的增加控制为主,贡献率分别为38.10%、100.00%和70.64%,夏、冬季潜在蒸散发的减少主要受日照时数的减少控制为主,贡献率分别为74.06%和51.07%。

嘉陵江流域潜在蒸散发时空演变特征及其影响因素

为研究嘉陵江流域潜在蒸散发(ET_(0))的时空格局变化特征以及变化气候条件对流域潜在蒸散发量的影响,选择45个国家级气象测站的1970—2019年逐日气象数据计算ET_(0),采用线性倾向率、Mann-Kendall趋势检验和反距离加权插值分析时空变化特征,通过敏感性分析和贡献率量化ET_(0)变化的主导因子,用地理探测器分析其影响因子的交互作用。结果表明:年尺度上,嘉陵江流域平均气温以0.20℃/10a的速率呈上升趋势,相对湿度、平均风速和日照时数分别以0.239%/10a、0.048(m·s^(-1))/10a和0.100(h·d^(-1))/10a的速率下降。年ET_(0)以0.133 mm/10a的速率减小,春、冬季ET_(0)呈上升趋势,夏、秋季相反,空间上年ET_(0)整体北高南低。年ET_(0)变化主导因子为平均气温,嘉陵江流域ET_(0)变化是多因子共同作用的结果,平均气温和相对湿度交互作用下的空间解释度达到68.4%。研究结果可为研究区生态水文过程变化深入分析提供一定的科学依据。

南北过渡带潜在蒸散发的估算与时空变化特征研究

为探究中国南北过渡带主体部分秦岭—大巴山的潜在蒸散发计算方法的适用性、时空变化特征以及其影响因素,本研究以FAO56 Penman-Monteith(P-M)方法为基准,选取了4种不同潜在蒸散发量的估算方法,对比研究各种方法在中国南北过渡带的适用性。以P-M法得到的估算结果为依据,运用Mann-Kendall趋势检验等方法,研究秦岭—大巴山地区潜在蒸散发量时空分布特征,并分析了秦岭—大巴山地区海拔对潜在蒸散发的影响。研究结果表明,在本研究所选的估算方法中,以Priestley-Taylor(P-T)估算方法适用性最好,Hargreaves(Har)方法次之,Thornthwaite(Tho)估算方法适用性最差;研究区年潜在蒸发量最小值(800 mm)出现在都江堰站,最大值(1120 mm)出现在三门峡站,研究区季节潜在蒸散发量夏季(330~430 mm)最多,冬季(100 mm)最少;年潜在蒸散发量(PET)呈现由西南向东北逐渐增加的变化态势;M-K趋势计算年潜在蒸散发量所得Z值最大值(4.43)出现在合作站,最小值(-4.77)出现在三门峡站,从总体上看,研究区西北部的年潜在蒸散发量(PET)呈现显著增加趋势,而东南、东北及中部偏北地区呈现显著减少趋势;各站点的蒸散发量随着海拔的升高而减少,但海拔对蒸散发量的影响随着时间逐渐减弱。

红河流域(中国部分)潜在蒸散发估算方法适用性评价

蒸散发是地表—大气系统能量交换的核心过程,在复杂地形条件下选择合适方法对其精确估算是揭示该区域陆气耦合机理的基础和难题。基于红河流域(中国部分)25个站点60年气象资料,以FAO56-Penm-Monteith方法为基准,M-K检验和泰勒图为主要依据,从五个方面评估8种潜在蒸散发估算方法的适用性。结果表明,辐射类方法中的Hargreaves、Priestley-Taylor法适用性最好,估算结果与FAO接近(R^(2)≈0.9),Makkink、Abtew法次之;温度类方法中Linacre法优于McCloud法;质量传输类方法中Rohwer、Penman法较差。研究结果不仅为红河流域(中国部分)提供了高适应性蒸散发估算方法,同时揭示了流域PET时空分布特征。

青海湖地区潜在蒸散发变化特征及影响因子分析

蒸散发是陆面水循环的关键环节,在高寒、干旱生态环境中表现更加复杂。由于青海湖地区蒸发皿实测值存在数值偏大、长期观测器皿不统一的问题,本文采用Penman-Monteith(P-M)模型研究了青海湖地区天峻、刚察气象站潜在蒸散发的时空变化特征及影响因子。结果表明:(1)1967-2010年青海湖地区潜在蒸散发呈下降趋势,天峻站的平均下降速率为0.807 mm·a^(-1),刚察站为0.499 mm·a^(-1)。(2)青海湖地区存在“蒸发悖论”现象,潜在蒸散发的主要影响因子存在地域差异:天峻为风速主导;刚察则由气温和风速共同主导。(3)与蒸发皿实测值的潜在机理相比,P-M模型更强调水汽输送条件的影响作用;在能量供给条件上,P-M模型与气温关系更密切,而蒸发皿实测值与日照百分率相关性更高。

基于EOF的淮河流域潜在蒸散发时空演变特征研究

[目的]揭示流域潜在蒸散发(ET_(0))时空演变规律,阐明淮河流域ET_(0)变化的主要原因,为淮河流域水资源管理、干旱评估及农业用水评估和规划等提供参考研究。[方法]基于淮河流域内及其周边29个气象站点1960—2020年逐日实测气象数据,采用Penman-Monteith公式、Mann-Kendall法研究了ET_(0)的基本变化趋势,并运用经验正交函数分解法(EOF)分解了流域各站点组成的ET_(0)矩阵,得到流域年和四季ET_(0)气象场的时空分布结构,通过分析典型分布模态对应的时间系数揭示了流域ET_(0)气象场的变化规律。[结果]流域年ET_(0)多年均值为858.4 mm,除春季外,其他三季和年ET_(0)均呈下降趋势。流域年ET_(0)整体以同增同减、流域西北和东南区域反相变化两种空间分布模态为主,其中,模态一以1980年为界,有从“全流域高ET_(0)”的空间分布形式转变为“全流域低ET_(0)”的显著变化趋势;模态二也有从“西北ET_(0)偏高东南ET_(0)偏低”向“西北ET_(0)偏低东南ET_(0)偏高”的显著变化趋势。流域四季ET_(0)整体以同增同减的空间分布为主,流域年ET_(0)空间分布模态的转变主要是由夏季ET_(0)的空间模态转变造成的。[结论]淮河流域ET_(0)时空变化存在明显的季节和区域性差异,夏季ET_(0)对年ET_(0)的变化贡献率最大,显著减少的日照时数和风速是导致流域存在“蒸发悖论”的主要原因,未来可针对性地加强夏季蒸散发的实际观测和研究。

潜在蒸散发量计算公式在贵州省适用性分析

利用贵州省18个气象站1961-2001年逐日气象资料,采用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散发量,对以辐射和气温为基础的简化公式参数进行率定,对比分析不同计算公式推求的潜在蒸散发量之间的差异以及用于气候变化情景下预测适用程度。结果表明,各种潜在蒸散发量公式经参数率定后计算的多年平均蒸散发量相近,但变化趋势存在较大差异。与考虑综合气象因子对潜在蒸散发影响的Penman-Monteith公式计算结果相比,以辐射为基础的蒸散发公式在该地区的适用性较好,以气温为基础的蒸散发公式用于气候变化情景下潜在蒸散发量预测,结果偏大。

五种潜在蒸散发公式在汉江流域的应用

以汉江流域14个测站1960-2009年逐日气象资料为数据源,采用FAO-56 Penman-Monteith以及Hargreaves,Blaney-Criddle,Thornthwaite,Hamon 4种温度法计算各测站逐日以及逐月潜在蒸散发量,利用反距离加权插值法得到流域面平均年潜在蒸散发量。以FAO-56 Penman-Monteith结果为标准,与温度法年潜在蒸散发量计算结果进行对比,修正温度法计算公式的经验系数,分析修正公式在汉江流域的适用性。结果表明:参数修正前温度法计算结果存在较大误差,相对偏差最大可达41.34%。修正后计算结果相对误差明显减小,最大偏差小于0.1%,并显示出较好的变化趋势和峰谷一致性。修正后的Hargreaves公式与FAO-56 Penman-Monteith公式相关性最好,相关系数达到0.94,其次为Hamon公式和Thornthwaite公式,最后是Blaney-Criddle公式。

博斯腾湖流域潜在蒸散发时空演变及归因分析

运用博斯腾湖流域1970—2014年的气象站点数据及Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发(ET0),对比分析了流域山区和平原区ET0的时空变化及对主要气象因子的不同影响。结果表明:(1)在年际尺度上,山区ET0在1970—2000年整体呈波动下降的趋势(P <0. 01),2000年开始,ET0呈现略微上升的趋势;平原区ET0在1970—1993年间以-77 mm·(10 a)-1的速率呈减小的趋势(P <0. 01),1993年之后逆转为以83. 8 mm·(10 a)-1的速率呈上升趋势(P <0. 01),平原区的变化明显强于山区。(2)季节上呈现夏季为流域ET0最高的季节,是年变化的主要贡献者;而变化趋势则表现为平原区春季和夏季ET0大于山区,秋季和冬季略小于山区。(3) ET0变化对净辐射和风速最为敏感,同时,山区净辐射和风速对ET0变化的贡献率最大,平原区影响ET0变化的主导因素是风速,风速对ET0的贡献率均超过50%。

洮河流域潜在蒸散发估算-模式遴选及应用

基于常见6种潜在蒸散发估算模式的对比、遴选及应用,就1981 2010年洮河流域ET0的时空变化特征进行研究.模式遴选结果表明Penman-Monteith模式在洮河流域潜在蒸散发计算中的精度最高.将该模式应用到洮河流域,发现洮河流域自上游甘南草原至下游黄土农耕区,潜在蒸散发逐渐增高.过去30年,洮河流域ET0总体呈上升趋势,气温升高为主导因素.增幅以牧林农混合区最大,山地森林区和黄土农耕区次之,甘南草原区最小.

潜在蒸散发量估算方法在河南省的适用性分析

利用FAO56-PM法计算潜在蒸散发时气象资料往往不易满足。针对该问题,本文研究了辐射法、温度法和基于温度及辐射资料的RBF神经网络预测模型。以FAO56-PM法计算值为标准,比较分析了Priestley-Taylor法、Hargreaves法、Mc Cloud法以及Makkink法在河南省五个典型地区(安阳、新乡、郑州、驻马店、信阳)的适用效果。并以新乡地区为例评价了校正参数后各估算方法和基于温度及辐射资料的RBF神经网络预测模型的适用性。结果表明,Makkink法在五个典型地区估算的潜在蒸散发量误差较小,其余方法误差较大。校正参数后,各估算方法在新乡地区的估算结果均得到明显改进,具有较好的地区适用性。基于温度及辐射资料的RBF神经网络预测模型具有较高的预测精度,可应用于潜在蒸散发量的估算和预测。

珠江流域实际蒸散发与潜在蒸散发的关系研究

采用水量平衡模型和Penman公式分别计算了珠江流域七个子流域1961—2000年实际蒸散发(I_(ETa))和潜在蒸散发(I_(ETp)),并对供水条件变化下I_(ETa)与I_(ETp)的关系进行了定量化分析,对各子流域I_(ETa)和I_(ETp)关系的理论从属性进行判定,主要结论如下:1)珠江流域年实际蒸散发量远低于潜在蒸散发量,多数子流域I_(ETa)值不到I_(ETp)值的1/2。7个流域面积加权平均I_(ETa)为681.4 mm/a,I_(ETp)为1 560.8 mm/a。从蒸散发的变异性来看,则实际蒸散发I_(ETa)的变异性明显要高于潜在蒸散发I_(ETp)。2)东江、西江、北江、柳江和盘江等5个流域实际蒸散发I_(ETa)都与降水量呈现正相关关系,韩江、郁江两个流域I_(ETa)随降水变化的变化趋势不明显。各子流域的潜在蒸散发I_(ETp)与降水量呈现显著负相关关系。7个子流域平均情况下,随着降水量的增加,I_(ETa)呈现明显的增加趋势,而I_(ETp)呈现明显的下降趋势。3)通过对降水量P与实际蒸散发I_(ETa)及潜在蒸散发I_(ETp)的联合回归方程P-IET回归系数的T检验,判定韩江、柳江和盘江等三个子流域以及七流域面积加权平均I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足理论意义上的严格互补相关;东江、西江、北江等三个流域I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足"非对称"互补相关。4)基于极端干旱和极端湿润的边界条件,推导出非对称条件下的实际蒸散发互补相关理论模型。

蒸发皿蒸发和潜在蒸散发对气候变化的响应

基于Penman-Monteith公式研究了黄河流域1956—2001年间潜在蒸散发量和实测蒸发皿蒸发的时空分布和变化规律,并重点分析了蒸发皿蒸发量变化的原因。结果表明:在年和季节尺度上,Penman-Monteith潜在蒸散发量和实测蒸发皿蒸发量的相关系数很高;从空间分布来看,年均潜在蒸散发量和蒸发皿蒸发量均从东北到西南逐渐减小;从时间趋势来看,黄河流域蒸发皿蒸发量有明显的减小趋势,并且春季和夏季蒸发皿蒸发量的减小趋势尤为明显;风速的显著减小可能是导致黄河流域年蒸发皿蒸发量显著减小的主要原因。

基于两种潜在蒸散发算法的SPEI对中国干湿变化的分析

利用美国普林斯顿大学高分辨率的全球陆面同化数据集和美国国家环境预测中心的辐射再分析数据,根据Thornthwaite和Penman-Monteith公式分别计算了1948～2008年中国区域潜在蒸散发量;而后,使用降水和两套潜在蒸散发数据分别计算得到标准化降水蒸散发指数SPEI（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index）,并以此研究了1949～2008年中国区域干湿变化时空特征以及两种SPEI结果之间的差异;最后,给出了两种SPEI在中国的适用区域.结果表明：两种SPEI均显示中国地区整体上存在变干趋势,季节上以春季的变干趋势最为显著;空间上表现为以长江为界的南涝北旱,显著变干的区域有内蒙古中部、华北、东北以及四川东部地区,显著变湿的地区主要位于新疆北部和西部.同时,各种不同等级干旱也呈增加趋势,其中以中等干旱增加最为显著.1990年代中后期以来是中等和极端干旱发生最多的时期,空间上与SPEI显著减小的区域相对应.两种SPEI在冬、春季差异最大,这主要是由于期间两种潜在蒸散发的计算结果之间存在很大差异.在Penman-Monteith公式中,由于空气动力项对冬、春季北方潜在蒸散发的贡献显著增加,基于该公式的SPEI相对而言能更合理地描述干湿变化特征.

黑河流域潜在蒸散发量时空变化特征分析

基于站点气象数据及0.1°×0.1°栅格气象数据对黑河流域PET进行估算.利用Spline插值方法,将站点数据计算得到的PET进行空间插值,并与栅格数据计算获得的结果对比验证,分析PET的空间变化特征.利用Mann-Kendall非参数检验方法,对站点PET及气温序列进行趋势分析.结果表明:1)Spline空间插值获得的PET空间分布与栅格数据计算获得的结果基本一致,可用于PET空间变化特征分析;2)空间上,黑河流域多年平均PET年值和季节值均呈现出从西南到东北逐渐增加的趋势;3)年平均气温在15个站点均呈现出明显的上升趋势,而PET在多数站点呈现下降趋势,黑河流域可能存在"蒸发悖论"现象.

北京市潜在蒸散发量的时间序列变化特征分析

区域蒸散发是一个地区气象和农业生产的重要水分指标。现采用彭曼公式计算潜在蒸散发,研究了北京市1960年-2011年潜在蒸散发及其影响因素的变化趋势,并对研究区潜在蒸散发时间序列变化进行了多尺度周期性分析。研究结果显示,潜在蒸散发线性变化趋势为每年增加0.54mm,利用Mann-Kendall检验得到区域蒸散发增加趋势不明显,并且无突变点;气温升高,降水量下降导致蒸散发量增加,日照时数下降导致蒸散发量下降;总体上,气温和降水量对北京地区蒸散量影响更大。对北京地区蒸散发进行多尺度周期分析,发现该地区在14a、11～12a、5～6a上存在周期特征,各信号频率分布的时间域及其强度也存在着差异,而且近15年周期特点不同于历史上以往的时期。

近56年来内蒙古东胜矿区潜在蒸散发的时程变化

采用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量（ET0）,研究东胜矿区1957-2012年潜在蒸散发量的演变趋势,并就其时间变化序列进行频率分析和小波分析。结果表明：该区ET0年均值为1 128.1mm,线性变化趋势为0.9mm/（10年）,经Mann-Kendall检验增加趋势不明显,但2003年可认为是突变点。ET0的多年月均值为94.0mm,12月份最小,5月份最大。ET0存在明显的季节变化特征,冬季最小,春秋次之,夏季最大;频率分析得出该区56年来的最大值（1 284.9mm）属于300年一遇,而50年一遇的ET0为1 243.2mm,10年一遇的ET0为1 197.1mm;小波分析发现,该区ET0在25~30年较大尺度上的周期最明显,经历了7个升高-降低的循环交替,震荡主周期为28年,平均周期为11.5年左右。