2005-2020年亚洲中部干旱区生态站月潜在蒸散量数据集

潜在蒸散表征大气蒸发能力,是衡量区域蒸发能力的重要指标,也是评价气候干旱程度变化、水资源供需平衡、植被耗水量等的关键参数。在收集中亚生态系统监测网络12个生态站和中国生态系统研究网络(CERN)11个位于西北干旱区生态站的气象观测数据基础上,经过数据质量控制与插补,采用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,生成了2005-2020年亚洲中部干旱区生态站月潜在蒸散量数据集。本数据集时间序列较长、覆盖多种生态系统类型,可作为亚洲中部干旱问题研究的基础数据、模型输入数据、模拟结果验证数据等,也可为该区域水资源的合理开发与利用、生态环境保护等方面研究提供数据支撑。

1979—2021年新疆昆仑山北坡潜在蒸散时空变化研究

蒸散是陆面水循环的重要环节,在高寒干旱环境中表现更加复杂。新疆昆仑山北坡位于青藏高原北缘,山区实地气象观测匮乏,对潜在蒸散的认识也有待加强。通过Mann-Kendall检验和经验正交函数分析了1979—2021年新疆昆仑山北坡潜在蒸散的时空变化特征,比较了各流域的变化趋势,并且分析了潜在蒸散与其他气象要素的关系。结果表明:(1)新疆昆仑山北坡年均潜在蒸散为733.5 mm,从塔里木盆地南缘向南呈现出逐渐减小的空间变化趋势。(2)1979—2021年潜在蒸散总体呈波动上升趋势,线性变化率为8.7 mm·(10a)^(-1),其中2007年以前呈上升趋势,2007年后有下降趋势。(3)在喀什噶尔河流域、叶尔羌河流域、和田河流域、克里雅河流域、车尔臣河流域以及库木库里盆地6个流域中,车尔臣河流域年均潜在蒸散最高(810.8 mm),其线性变化率也最大(11.4 mm·(10a)^(-1)),和田河流域和克里雅河流域潜在蒸散的升高趋势相对较小,线性变化率分别为4.9 mm·(10a)^(-1)和5.0 mm·(10a)^(-1)。未来仍应加强新疆昆仑山北坡高海拔区域的水文气象观测,以便明确全球变化背景下的水文不确定性。

基于概率密度匹配的潜在蒸散量估算

利用安徽省1998—2015年日气象资料,通过对日大型蒸发量和日潜在蒸散量的相关性和差异性进行分析,表明利用日大型蒸发量估算潜在蒸散量是可行的。由1998—2013年日数据计算大型蒸发量与潜在蒸散量概率密度关系,通过概率密度匹配估算2014—2015年的日潜在蒸散量,并与Penman-Monteith公式计算值对比分析验证,结果表明,安徽省全省各站有明显的年月日变化,日、月的相对误差较大,而年的相对误差较小。单站年相对误差最小为0. 2%,最大为21. 3%。除了最大值21. 3%外,其他各站年相对误差均在11%以下,平均相对误差为2. 7%;对于安徽省全省而言,年平均相对误差为2. 71%。因此本研究提出的概率密度匹配法在安徽省区域及单站的潜在蒸散量估算中有一定效果。

塔布河流域潜在蒸散量时空变化特征及成因

潜在蒸散量(ET_(0))对流域水文循环具有重要影响,分析ET_(0)时空变化规律及其与气象要素之间的响应对流域水资源管理具有重要意义。本研究基于塔布河流域及周边7个气象站1981—2023年逐日气象数据,利用Penman-Monteith(P-M)公式估算流域ET_(0)并分析其时间变化规律和空间分布;采用Beven敏感性公式计算季和年尺度ET_(0)对关键气象要素的敏感系数,并探究敏感系数的变化趋势;结合气象要素多年相对变化率定量分析影响ET_(0)变化的主导因子。结果表明:(1)塔布河流域年ET_(0)以4.09 mm·(10a)-1的速率呈不显著增加趋势,多年均值1024.51 mm;空间上,年ET_(0)自东南向西北逐渐增加。(2)年ET_(0)对各气象要素敏感系数绝对值大小排序为:相对湿度>最高气温>风速>日照时数>最低气温;春季、秋季和冬季对相对湿度最敏感,夏季对最高气温最敏感。(3)影响年ET_(0)变化的主要控制因子是最高气温和风速,贡献率分别为4.86%和-4.37%;春、夏、秋、冬四季ET_(0)变化的主要控制因素分别是最高气温、风速、风速、相对湿度。最高气温的上升和相对湿度的下降是流域ET_(0)上升的主要原因。

1956～2000年中国潜在蒸散量变化趋势

利用1956～2000年全国580个气象站的逐月气候资料,采用FAO推荐的彭曼-孟蒂斯公式计算潜在蒸散量,对中国及十大流域这45年的潜在蒸散量时空分布特征和变化趋势进行了分析,并采用偏相关分析方法,对造成潜在蒸散量变化的主要气候影响因子进行了探讨.结果表明：45年中除松花江流域外,全国绝大多数流域的年和四季的潜在蒸散量均呈现减少趋势,南方各流域（西南诸河流域除外）年和夏季潜在蒸散量减少趋势尤其明显.1980～2000年和1956～1979年两时段多年平均年潜在蒸散量差值表明,我国大部地区1980～2000年时段较前一时段减少,山东半岛、黄河和长江源区、西南诸河的中西部以及宁夏等地则增多.分析还表明,全国及大多数流域的年和四季潜在蒸散量与日照时数、风速、相对湿度等要素关系密切,但这45年日照时数和/或风速的明显减少可能是导致大多数地区潜在蒸散量减少的主要原因.

气候变化情景下渭河流域潜在蒸散量时空变化特征

根据渭河流域20个气象站1959~2008年逐日气象资料,以FAO Penman-Monteith法计算的各站逐日潜在蒸散量作为标准值,对基于气温的Hargreaves法进行参数校正以使其适用于渭河流域。应用统计降尺度模型SDSM将HadCM3输出数据降尺度到各站点,生成A2,B2两种情景下各站未来日最高、最低气温数据,将其输入校正参数后的Hargreaves模型,从而分析未来气候变化情景下渭河流域潜在蒸散量以及最高、最低气温的时空变化趋势。结果表明：各站校正后Hargreaves法可用于估算未来情景下渭河流域潜在蒸散量;两种情景下流域日最高、最低气温和年潜在蒸散量较基准期均呈现明显上升趋势,且B2情景低于A2情景下增幅;各区域年潜在蒸散变化量在未来3个时期均呈现明显递增趋势,增幅较大地区主要分布在渭河南岸,而渭河北岸大部分变幅较小。

基于辐射的潜在蒸散量估算方法适用性分析

根据不同气候区4个站的历史数据,选取8种基于辐射的PET估算方法,以FAO56-PM法计算的PET作为参考值进行比较分析,最后用20 cm蒸发皿蒸发量对所有方法在不同气候区的适用性进行评价。其结果表明,采用初始参数时,Hargreaves法在不同气候区估算的逐月以及多年月平均PET误差均较小,其它方法则产生较大误差。校正参数后8种辐射法在不同气候区的估算结果均得到明显改进,且误差随站点湿润程度增大而减小,Makkink法在干旱以及半干旱区的民勤和延安站误差最小,Hargreaves法在半湿润以及湿润区的侯马和上海站表现最好。校正参数后所有方法在不同气候区4个站与20 cm蒸发皿蒸发量的相关系数均在0.9以上。就校正参数后的辐射法而言,建议在干旱或半干旱区优先选择Makkink法,湿润或半湿润区优先选择Hargreaves法。

1981～2010年陕西潜在蒸散量时空特征及其对气候因子的响应

基于1981-2010年陕西地区16个气象站观测日值数据,通过联合国粮农组织（FAO）推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量,并以Mann-Kendall突变检验、Sen趋势度以及小波分析潜在蒸散量的时空变化特征,同时利用多元回归分析气候因子对其影响强度。结果表明：1 1981-2010年潜在蒸散量呈上升趋势,增速约为3.1 mm/a,没有通过0.05显著水平检验,呈＂弱减-强增-减＂变化波动。2研究区潜在蒸散量存在2 a、5a、8 a、22 a、32 a左右的震荡周期,震荡能量最大是32 a,其次是22 a。在1992年左右出现一次明显的突变,刚好是震荡能量最大32 a周期上发生波动。3纬度跨度大和地形复杂使得陕西地区潜在蒸散量空间差异明显。多年平均潜在蒸散量在166.9-1 367.5 mm之间,其中秦巴山一带潜在蒸散量值偏高,其次是陕北地区,关中平原潜在蒸散量值最低。变化趋势呈南北递减,陕南地区潜在蒸散量呈明显的增加趋势,关中地区呈增加趋势,陕北地区呈减少趋势。4 HURST指数分布沿东西向递减,其中在0.4-0.5之间占整个研究区的77.11%,说明大部分地区未来潜在蒸散量变化将与过去变化呈弱的反相持续性变化。5潜在蒸散量有明显的季节差异,夏季和春季变化最明显,其次是秋季和冬季,其中夏季贡献占主导,其次是春季,贡献最少的是秋季和冬季。6平均气温、相对湿度和风速对潜在蒸散量的影响较大,其中平均气温的作用最大且呈正影响,其次是相对湿度的影响,但对潜在蒸散量呈负作用。而日照时数和平均气压对潜在蒸散呈弱的正作用。

中国西北潜在蒸散时空演变特征及其定量化成因

潜在蒸散是区域干湿状况评价、作物需水量估算和水资源合理规划的关键因子。基于FAO推荐的Penman-Monteith公式和126个台站1961—2009年逐日气象观测资料估算西北干旱半干旱区的潜在蒸散量ET0,并对其空间分布特征进行了讨论。通过非参数化Sen趋势分析法和M-K统计检验法方法分析潜在蒸散的时间演变规律,并定量探讨了西北地区影响ET0变化的主导因素。结果表明:49 a来,西北地区ET0的年平均值约为980.63 mm,其中夏季的值最大,冬季的值最小。年平均ET0的大值区位于西北日照时数的高值中心,低值区主要位于海拔高,气温低的山区。西北地形和气候的多样性导致多年平均潜在蒸散的变化及其原因具有明显的时空差异。ET0的变化主要归因于风速和气温,而相对湿度和日照时数的作用较小。由于风速的负贡献超过气温的正贡献,导致年平均ET0整体上呈下降趋势。四季中,春冬两季的ET0缓慢上升,冬季的变化率是春季的两倍;夏秋两季的ET0有所下降,但只有夏季的变化趋势显著。春、夏、秋三季ET0变化的首要主导因子是风速,而冬季的首要主导因子是气温。空间上,西风带气候区ET0降低主要归因于风速的减小,陕南地区ET0下降主要归因于日照时数的减少,其它地区ET0上升的主要原因是气温的增加。

1971—2010年中国大陆潜在蒸散变化的年代际转折及其成因

潜在蒸散时间演变的年代际转折研究有助于全面认识潜在蒸散对气候变化的响应。基于修正的FAO56 Penman-Monteith公式和中国580个台站逐日气象观测资料,利用气候变化趋势转折判别模型分析了1971—2010年中国潜在蒸散变化的年代际转折特征,并探讨转折前、后的变化趋势及其主导因素。结果表明:1971—2010年中国年平均潜在蒸散在20世纪90年代初期由显著下降(-2.46 mm/a)转变为显著上升(1.57 mm/a),这与影响潜在蒸散变化的4个气象因子趋势的年代际转折密切相关。90年代之前,全国风速和日照时数普遍下降引起的负贡献超过气温上升引起的正贡献,导致潜在蒸散显著下降;90年代之后,全国大部分地区的增暖加剧和干旱化使得气温和相对湿度的正贡献明显增大,超过由于风速和日照时数下降趋势减缓甚至转折而减小的负贡献,导致潜在蒸散显著上升。潜在蒸散趋势转折现象在全国80%以上的站点普遍存在,且转折前、后主导因子的空间分布格局存在差异。90年代之前,风速和日照时数分别是北方和南方多数站点的主导因子;90年代之后,以气温和相对湿度为主导因子的站点明显增多,尤其是在西北地区、青藏高原和东南沿海部分地区。

泾河流域潜在蒸散量的时空变异

潜在蒸散量是水文循环中的重要变量,分析其当前特征并预测未来变化,对于区域干旱和水文特征分析具有重要的参考意义。基于15个气象站点的日数据、NCEP再分析数据以及HadCM3的预测数据,在分析当前潜在蒸散量的基础上,应用统计降尺度方法对泾河流域21世纪的潜在蒸散量进行了预测。结果表明,1961—2005年泾河流域潜在蒸散量年均值为934.6 mm,且存在空间差异,整体由东向西南方向递减;时间变化上呈不显著的上升趋势。21世纪泾河流域潜在蒸散量呈显著的上升趋势,但存在季节差异,夏季增幅较大而冬季增幅较小;空间分布基本保持现有模式,但区域差异增大。潜在蒸散量增加可能加剧泾河流域的干旱状况,需提前采取一定的应对措施。

灌溉对景泰灌区年潜在蒸散量的影响

基于蒸散发互补相关原理,定量分析和预测了引黄灌溉发展对甘肃景泰灌区年潜在蒸散量的影响。景泰灌区从1972年开始引黄灌溉,年蒸发皿蒸发量和潜在蒸散量随着灌溉引水消耗的增大而减小,其中空气动力学项下降的趋势非常明显,潜在蒸散量的变化主要受到风速下降和相对湿度增大的影响,与引黄灌溉有密切关系。根据互补相关平流-干旱模型分析了年潜在蒸散量随灌区耗水量的变化规律,并在假定年降水量和年潜在蒸散量中辐射项保持多年平均值的情况下,预测了不同耗水量情景下的年潜在蒸散量。

宁夏中部干旱带潜在蒸散量变化及影响因素

潜在蒸散量(PE,Potential Evapotranspiration)的估算与分析对于研究气候变化、监测农业旱情、提高农业水资源利用率具有十分重要的意义。在利用FAO Penman-Monteith(FPM)公式计算研究区1975—2012年PE日值的基础上,采用去趋势预置白Mann-Kendall检验法及敏感性分析探讨了历年来PE的变化规律和影响因素,将Matlab与Arc GIS相结合,研究了PE及其时序趋势的空间特征。结果显示:研究区多年平均PE月值呈现倒U形的变化规律,最大值和最小值分别出现在7月和1月;多年来,同心县PE具有明显的增长趋势,盐池和海原县则表现为微弱的减少。就影响因素而言,年际尺度上,同心县PE的主导因素为温度和风速,海原县为风速和水汽压,盐池县则以风速为主;月际水平上,温度的变化幅度最大,特别是在植物的生长季节(5—9月份)明显高于其他因素。研究区内PE具有明显的空间变化规律,盐池县表现为沿经向递减,同心和海原县则表现为沿纬向递增;就PE变化趋势的空间特征而言,盐池县大部分区域的PE变化不明显,显著增加的区域仅占该县总面积的2.52%,同心县显著和极显著增加的区域占全县面积的61.98%,海原县PE则以微弱减少和微弱增加为主,显著增加的区域面积比例小于30.00%。

云南省四季潜在蒸散量时空演变的主导气象因子分析

基于1981—2011年云南省52个站点气象数据,通过敏感系数和贡献率法,定量分析了各站点冬春夏秋季潜在蒸散量变化的成因。结果表明:(1)1981—1990年、1991—2011年春、夏、秋季,云南省各站点潜在蒸散量均对平均气温最敏感,其次是相对湿度和日照时数,对风速的敏感性最低;冬季有部分站点以相对湿度的敏感系数最大。(2)蒸散量变化的主导因子因季节不同而不同。1981—1990年,绝大多数站点冬季蒸散量变化主导因子为平均气温,其他季节多数站点主导因子为日照时数;1991—2011年,冬、春、秋季,多数站点以平均气温为主导因子,夏季则以日照时数为主导因子的站点居多。(3)主导因子空间分布格局有差异。平均气温是云南省东部地区冬季蒸散量变化的主导因子,日照时数是中南部地区夏季蒸散量变化的主导因子,春、秋季节,前后时间段主导因子区域差异较大。这些结果表明云南省蒸散量变化的主导因子具有阶段性、季节性和区域差异性。

甘肃黄土高原区潜在蒸散量时空变化与成因研究

基于甘肃黄土高原区12个气象站点1960—2008年逐日气温、降水、风速、日照时数、太阳总辐射和相对湿度数据,应用Penman—Monteith模型和Kriging插值法,分析了其潜在蒸散量的时空变化及其影响因子。结果表明:近49a来,陇中北部冷温带半干旱区和陇中南部冷温带半湿润区的潜在蒸散量均呈上升趋势。在四季中,潜在蒸散量的值夏季最大,春秋季次之,冬季最小。潜在蒸散量空间差异显著,潜在蒸散量的值表现为自北向南递减,其中最大值在景泰为1 105.82mm,最小值在岷县为772.31mm。相关分析表明,研究区年均潜在蒸散量所受气候因子的影响不尽相同,其中,陇中北部冷温带半干旱区为太阳总辐射和日照时数,而陇中南部冷温带半湿润区为太阳总辐射和最高气温。辐射项主要受太阳总辐射和最高气温影响,动力项主要受风速影响,辐射项的值都远大于动力项。不同气候区辐射项均呈上升趋势,但动力项有所不同,在陇中北部冷温带半干旱区呈下降趋势,斜率为-0.631mm/a,在陇中南部冷温带半湿润区呈上升趋势,斜率为0.415mm/a。

四川省潜在蒸散量估算模型

Penman-Monteith法是FAO-56推荐的计算潜在蒸散量的标准方法,但由于涉及的气象要素较多,难于在业务中应用。以综合气象干旱指数的业务化应用为目标,利用1971—2000年四川省156个气象站的观测资料,以Pen-man-Monteith法计算结果作为标准,分析了Thornthwaite法和Hargreaves法对川西高原和四川盆地年、月潜在蒸散量的估算精度,建立了可供业务应用的ET0估算模型,并应用于2006年四川省特大伏旱监测,结果表明:Thorn-thwaite法反映不出ET0的年际变化,在冬季显著偏小,而Hargreaves法对ET0的年际变化具有较好的反映能力,与Thornthwaite法相比,其ET0年、月估算值更接近于Penman-Monteith法标准值,且Hargreaves法估算值与Pen-man-Monteith法标准值之间具有较好的线性关系,引入风速和相对湿度两个订正因子后,Hargreaves订正值的误差可控制在10%以内,基于该文ET0估算模型计算的综合气象干旱指数对四川干旱具有较强的监测能力。

雅鲁藏布江流域潜在蒸散量计算方法

文中用NOAA数据、DEM数据结合实测气象数据对Penman公式进行修正,再用修正后的Penman公式计算雅鲁藏布江流域潜在蒸散量。方法上,把气象与水文站点点数据如气温、总云量、风速、水汽压、地面温度、相对湿度、日照百分率等用遥感软件转换成流域面上的栅格数据,并使其投影与NOAA数据一致,在DEM的支持下,用修正的Penman公式计算出流域面上的潜在蒸散量。验证流域潜在蒸散量需要把流域站点20 cm口径的蒸发皿蒸发量转换成大型蒸发池蒸发量。结果表明,流域大部分站点的潜在蒸散量计算精度在75%以上。

黄淮海平原各农业亚区潜在蒸散量变化及其对气候要素的敏感性分析

潜在蒸散量是确定作物需水量的重要依据和基础,客观分析其时空变化及气候成因具有重要意义。本文以国家气象局整编的黄淮海平原40个站点近53a(1961-2013年)逐日气象资料,将黄淮海平原分为6个农业亚区,分别计算潜在蒸散量(ET0)及其对气候要素(气温、相对湿润度、太阳辐射和风速)的敏感系数,并分析其变化特征。结果表明:从各区年、季ET0的平均值看,黄淮海平原各亚区都是夏季ET0最高,秋季和冬季以鲁西平原鲁中丘陵水浇地旱地二熟区(Ⅳ区)最高。从各区年、季ET0变化倾向率看,6个农业亚区夏季ET0均呈显著递减趋势,其中南阳盆地水浇地旱地二熟区(Ⅴ区)减幅最大,而春季ET0表现为燕山太行山山前平原水浇地二熟区(Ⅱ区)和江淮平原丘陵麦稻两熟区(VI区)呈显著递增的变化趋势、冬季Ⅱ区ET0呈现显著递增的变化趋势;从各区年、季ET0敏感系数的平均值和变化倾向率看,春、秋、冬季和年ET0对相对湿度最敏感,夏季ET0对太阳辐射最敏感;ET0对太阳辐射和相对湿度分别呈正向和负向敏感,且敏感性在时间序列上呈减弱趋势;相对湿润度和风速在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区(Ⅰ区)、太阳辐射和气温在VI区形成高值区,说明ET0在黄淮海平原Ⅰ区对相对湿润度和风速、在VI区对太阳辐射和温度较敏感。

北京地区潜在蒸散量计算方法的比较研究

利用北京地区1951—2007年的逐日气象资料,选取常用的7种公式计算日潜在蒸散量,并和利用FAO推荐的Penman-Monteith(PM)标准公式计算日潜在蒸散量进行比较。根据线性回归、平方根误差和平均偏差方法分析得出:Penman公式、Kimberly-Penman公式(KP)和Doorenbos-Pruitt公式(DP)与PM相关性较好,KP公式计算的ET0和标准ET0平均偏差和平方根误差均最小,可直接用来计算北京地区的ET0,而Penman公式和DP公式的平均偏差和平方根误差较大,不适合直接计算北京地区的ET0,利用气象数据提出了修正的Penman公式和DP公式。Makkink公式、Priestley-Taylor公式、Hargreaves公式和Turc公式与PM相关性较差,不适合计算北京地区的ET0。北京地区对ET0影响最大的气象因子为饱和水汽压差和净辐射,基于此,提出了2个适合估算北京地区缺资料条件下ET0的经验公式。

藏北高原季节性冻土区潜在蒸散和干湿状况分析

利用位于藏北高原季节性冻土区的MS3478自动气象站的观测资料,基于FAO推荐的Pen-man-Monteith方法,分析了该地区的潜在蒸散量的变化特征。讨论了动力、热力和水分因子对潜在蒸散的影响,并分析了该地区的干湿状况。结果表明:全年日潜在蒸散量在0.52～6.46mm之间;夏季蒸发力最旺盛,5～9月的月潜在蒸散量均超过了100mm,11月份潜在蒸散锐减至33mm,潜在蒸散年总量为1037.83mm;夏季热力蒸散量明显大于动力蒸散,而冬季动力蒸散明显大于热力蒸散。藏北冻土区仅在5～9月为半湿润气候,持续时间较短,冬半年的干旱和半干旱维持时间长。水分因子和动力因子对潜在蒸散的影响季节变化大。土壤水分不是影响潜在蒸散的主要因素。