P-M公式与双源蒸散发模型在淮河流域上游地区的适用性及对比研究

为定量分析P-M公式和双源蒸散发模型在淮河流域上游地区的适用性及计算精度,将双源蒸散发模型及P-M公式计算得到的蒸散发量与流域内息县水文站实测蒸发皿蒸发量的相关性进行对比分析,并定量分析不同蒸散发输入对水文模拟精度的影响。研究结果表明,双源蒸散发模型计算值与实测值的相关性及其水文模拟精度更高,更适于淮河流域上游地区蒸散发计算。研究成果可为淮河流域上游无资料地区的水文模拟和蒸散发计算提供参考。

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。

基于Richards方程的区域连续日蒸散量遥感估算

蒸散发作为自然界水循环的重要组成部分,时空尺度上的蒸散量估算一直是研究热点。遥感手段可以实现区域尺度蒸散量的估算,但是受到卫星过境时间的限制,难以获取连续时间序列的蒸散量。土壤水分作为蒸散发的重要控制因素,结合土壤水分数据改进遥感蒸散发模型,在提高遥感蒸散量估算精度方面也具有重要意义,但是目前大多数遥感方法对土壤水分胁迫性的考虑仍有不足。针对目前蒸散发研究在土壤水分胁迫和连续性方面的不足,以涡度相关法计算的蒸散量作为实际蒸散量,结合联合国粮农组织推荐的单作物系数法,将土壤含水量信息引入Penman-Monteith(P-M)公式计算实际蒸散量,并用Richards方程进行蒸发条件下一维垂向土壤水分运动过程的数值模拟,实现土壤水分胁迫下的连续日蒸散量的估算,并结合遥感数据实现区域尺度的扩展。结果表明:涡度相关法计算的实际日蒸散量与P-M公式计算的潜在日蒸散量具有很强的相关性,相关系数达到0.918;引入土壤含水量信息后的P-M公式,日蒸散量的估算精度显著提升,均方根误差达到0.133 mm/d;基于Richards方程的土壤水分胁迫下连续日蒸散量的估算结果与实测值较为接近,均方根误差为0.288 mm/d;受研究区南北高中间低的地势影响,日蒸散量的高值集中在研究区中部的水域和耕地区域,不同土地利用类型下的平均日蒸散量水域>耕地>林地>草地>未利用土地,且区域扩展的结果与站点的实测结果在时间序列上表现出一致的变化规律。文章可为土壤水分对蒸散发的影响机理研究以及区域蒸散量的估算提供参考。

包容环境因子的Penman-Monteith公式进行蒸散计算的研究

为给出Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式中冠层总气孔阻力的理论解，首先建立了植物群落中的光分布模式，并进而给出光合作用与呼吸作用模式，在此基础上进行温度订正，确定出由光、温因子所决定的整个群落任一时刻的净光合作用速率，由此结合ＢＷＢ气孔阻力子模型即可确定出冠层总气孔阻力．利用中国科学院禹城综合试验站Ｌｙｓｉｍｅｔｅｒ等联合观测资料，对模型进行了验证，结果表明：改进的包容环境因子的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式平均模拟误差４．３％左右。

Penman－Monteith公式中冠层阻抗的合成方法

根据有关学者提出的几种植冠阻抗参数化的代表性理论，由单叶气孔阻抗实测值，结合叶面积垂直分布资料，提出了３种计算冠层阻抗的合成方法。利用由Ｐ－Ｍ公式反推出的冠层阻抗及由波文比仪测算出的麦田蒸散值对各合成方法进行了效果分析。

若尔盖高原实际蒸散量变化规律研究

蒸散发是若尔盖高原湿地重要的水文过程,但目前缺乏对若尔盖地区实际蒸散发量的相关研究结果。为计算若尔盖高原实际蒸散量,利用1967—2011年若尔盖高原地区红原、玛曲和若尔盖3个地面气象站的逐日气象资料,应用FAO56推荐的Penman-Monteith(P-M)公式,依据单作物系数法计算若尔盖地区实际蒸散量,利用累积距平、Mann-Kendall趋势检验、回归分析等方法分析其变化规律。结果表明,草地蒸散量是若尔盖高原实际蒸散量的主要构成部分,草地蒸散量达362.3mm·a-1,占74.28%。湿地蒸散量为116.6 mm·a-1,占23.85%;近45年来若尔盖高原3个气象站的ET_c显著相关,ET_c平均值为488.6 mm·a^(-1)。ET_c的变化并不明显,呈缓慢增加趋势,绝对变率为12.75 mm,相对变率为2.62%。若尔盖高原ET_c变化与植被生长周期密切相关,高强度蒸散过程集中在短暂的夏季,7月份平均值达3.73 mm·d^(-1)。4、10月份气温低于0℃,ET_c为1.5~2.0 mm·d^(-1);通过回归分析得出ET_c与气象因子间的关系式,相关系数r>0.9,P<0.05,相对误差均低于0.6%;年ET_c与年均气温相关性达到0.01的显著性水平,年ET_c与年降水量、相对湿度呈负相关性;1968—1971年ET_c增加36.09 mm,相对降水量增加5.82%;1971—1981、1981—2005年ET_c分别减少12.22 mm和16.34 mm;2005—2011年ET_c增加41.75 mm,相对降水量增加6.41%。该地区水文过程中蒸散发相对于水分补给变化较小。

参考作物蒸腾蒸发量计算方法及其评价

本文介绍了四种参考作物腾发量(ET0)计算方法的发展和应用状况,对各公式的理论依据、优缺点及适宜性做了系统阐述。通过对不同公式ET0计算结果的大量对比和深入分析,提出了精确获得辐射项(ETrad)的建议,同时展开对作物腾发物理和生理机制的深入研究,不断提高计算精度,从而使结果更接近真值。

参考作物蒸散量的变化特征研究

为了分析西宁参考作物蒸散量(ET0)的变化特征,采用Penman-Monteith(P-M)公式,计算年及四季的ET0值并进行了影响因素分析。结果表明,西宁地区ET0的年际、年内变化呈下降趋势,且趋势显著;ET0年内分布为6月份达到最大值,12月份达到最小值;西宁地区的ET0与平均温度、风速、日照时数呈显著正相关,与降水和相对湿度成显著负相关。这说明ET0值受各种因素的综合影响。

基于遥感的区域蒸散研究进展

以基于遥感的区域蒸散研究发展为主线,根据国内外最新研究进展介绍了剩余法、遥感反演的指数和P-M公式结合计算的方法。重点对剩余法中的3种模型:单层模型、双层模型和多层模型进行了阐述,为区域蒸散的研究提供了借鉴。通过对不同模型优缺点和适用范围的比较以及一些问题解决方法的描述得出:基于遥感的区域蒸散研究理论发展已经比较成熟,今后应加强模型在实际应用中的完善和发展。

晋西北地区马铃薯生态需水量对气候变化的响应

基于晋西北地区8个地面气象站1960～2010年的气象资料及马铃薯生育期平均资料，运用P-M公式，计算了马铃薯生态需水量，分析了生态需水量的时间演变特征及其对气候变化的响应。结果表明：晋西北地区马铃薯生态需水量整体上呈显著下降趋势，但不同时段下降幅度差异较大；风速和日照时数的变化对马铃薯生态需水量的影响最为突出。气候变暖对该地区马铃薯生态需水量的影响表明，气温的升高会增加马铃薯的需水量，且不同地区需水量的增幅不尽相同，气候变暖对寒冷地区马铃薯需水量的影响更加显著。

近61年三峡库区潜在蒸发量时空演变规律及其驱动因素

三峡大坝蓄水影响了库区水循环过程,为探析库区潜在蒸发量的变化及其驱动因素,基于FAO56 Penman-Monteith(P-M)公式计算了1959~2019年三峡库区及周边25个气象站的潜在蒸发量。采用累积距平法诊断出1979~1980年三峡库区潜在蒸发量序列发生突变,采用Mann-Kendall法和简单滑动平均法检验了突变前(1959~1979年)、突变后(1980~2002年)及蓄水后(2003~2019年)三个时段的潜在蒸发量变化趋势,并计算了5个气象因子(日照时数、2 m处风速、实际水汽压、气温与太阳辐射)的敏感性系数。结果表明,近61年,潜在蒸发量整体呈下降趋势,线性趋势为-0.71 mm/a,库首处潜在蒸发量明显高于库中和库尾,尤其在秋、冬两季。三峡大坝蓄水后,潜在蒸发量增加趋势显著,库区25个站点的潜在蒸发量增加了41.8 mm,线性趋势为3.31 mm/a。经敏感性分析,太阳辐射和实际水汽压是两个较为敏感的气象因子,大坝蓄水后,风速和实际水汽压的变化是导致潜在蒸发量增加的主要驱动因素。

日光温室作物蒸发蒸腾量的计算方法研究及其评价

对FAO推荐计算参考作物蒸发蒸腾量的Penman-Monteith(缩写为P-M)公式,在日光温室微气候的条件应用作了详细的分析。将P-M公式分为2个部分,即辐射项(ETrad)和空气动力学项(ETaero),推导出了计算温室内参考作物蒸发蒸腾量的P-M修正公式,解决了P-M公式假定温室内风速为“0”所引起的一系列问题。并根据2004年和2005年温室内实测气象数据和水面蒸发对其进行了验证,通过相关分析得出用修正后的P-M公式计算作物蒸发蒸腾量比FAO推荐的P-M公式计算值误差小、精度高。建议在日光温室里使用修正后的P-M公式计算参考作物的蒸发蒸腾量。

蒸散量双线性曲面回归模型的改进及验证

潜在蒸散发是水文循环和能量循环的一项重要组成,准确估算蒸散发对农业水资源有效利用具有重要的理论和现实意义。为获得精度稳定可靠的蒸散发估计值同时只需较少的气象资料,以沂沭河上游流域(临沂控制站)为研究区,提出改进的双线性曲面回归模型(bilinear surface regression model,BSRM)计算站点的潜在蒸散量。以实测蒸发数据折算的陆面潜在蒸散量为标准,同时以彭曼公式(P-M)为参考与之对比,检验和评价3种BSRM模型的精度,并分析各气象因子对潜在蒸散量的影响。结果表明:3种BSRM模型中,基于日照百分率、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最高,以基于日照百分率计算的太阳辐射、气温、相对湿度建立的双线性曲面回归模型次之,以基于Hargreaves-Allen方程计算的太阳辐射、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最差。基于日照百分率、气温和相对湿度建立的BSRM模型的模拟精度略优于P-M公式,但所需的气象因子较少,计算方法简单;且受气象因子的变化影响较少,模拟精度稳定可靠,是一种有效的替代方法。

新疆塔城地区1964-2017年潜在蒸发变化趋势分析研究

结合塔城地区气象站点1964-2017年数据,应用P-M公式计算两个气象站点所在区域的潜在蒸散发,并结合M-K非线性趋势分析方法对塔城地区潜在蒸散发的变化特性进行趋势分析。结果表明:(1)塔城地区近54年潜在蒸散发呈现明显上升变化趋势,两个气象站点潜在蒸散发的M-K统计值均通过90%的显著性检验;(2)塔城地区6-9月蒸发递增均通过M-K统计值95%的显著性检验;(3)夏季和春季是塔城地区潜在蒸散发变化较为明显,蒸发上升幅度为3.5~4.5 mm/a;(4)塔城地区潜在蒸散发呈现4年左右的小尺度以及13年左右的中尺度,其中13年的中尺度变化较为稳定,并且尺度变化有先上升后下降的趋势。

辽宁省近60年参考作物蒸散量时空变化特征及成因分析

参考作物蒸散量ET_(O)是区域作物需水量确定的主要因子,文章利用FAO-56分册推荐的P-M公式,结合辽宁省10个国家气象站点近60年气象要素数据对全省ET_(O)时空变化特征进行分析,并对其气象成因进行探讨。结果表明:近60年各气象站点ET_(O)均呈现逐年递减变化趋势,其中朝阳站年递减幅度最高,丹东站年递减幅度最低,各年代ET_(O)均从西到东逐步递减的空间变化。平均风速对ET_(O)影响的贡献率最高为-1.23%,为变化主因,其次为相对湿度,影响贡献率为-0.575%,日照时数的影响贡献率最低,为-0.124%。研究成果对于分析辽宁省作物需水规律特征具有参考价值。

不同蒸散发模型在大凌河流域的对比运用研究

文章以大凌河大城子水文站以上为研究流域,分别运用考虑植被叶面积指数的双源蒸散发模型和P-M公式计算流域的蒸散发,并和大城子实测蒸发皿蒸发进行对比分析,在此基础上,还定量研究了不同气象因素和植被覆盖度对蒸发皿蒸发的影响。研究成果可以为大凌河流域蒸散发估算和水文模拟提供重要参考价值。

番茄根系层土壤水分变化规律及标定方法研究

研究了番茄根系层土壤含水率的变化规律及番茄根系在土层的分布状况,从而准确确定根系层耗水最强烈的区域。结果表明,番茄根系层土壤含水率及波动幅度随距植株水平距离的增加而递减。距植株5cm处土壤含水率最小值从苗期的10cm土层下降到开花结果期的20cm土层。苗期一个灌水周期内,距植株15cm处苗期土壤含水率随土层深度的变化随灌水后时间推移趋于平缓,开花结果期10-20cm土层土壤含水率达到最小。苗期和开花结果期,距植株25cm处土壤含水率均表现为10cm以上土层变化较大,10cm以下土层土壤含水率随深度变化不大。苗期到开花结果期,土壤水分低值区域范围水平方向扩大,竖直方向扩大并下移。苗期可用距植株5cm处0-10cm土层含水率,开花结果期可用距植株5cm处0-30cm土层含水率计算作物蒸腾量。

不同蒸散发模型在淮河上游的对比应用研究

为对比不同蒸散发模型在淮河上游的应用情况,分别选用P-M公式和双源蒸散发模型计算淮河上游潜在蒸散发能力,并与淮河上游息县站实测蒸散发进行对比。研究结果表明:在年尺度上双源蒸散发模型与实测蒸散发值相关系数为0.72,P-M公式与实测蒸散发值相关系数为0.63;在月尺度上,双源蒸散发模型与实测蒸发皿蒸发值在月尺度吻合度更高,双源蒸散发模型更适合于淮河上游潜在蒸散发计算,研究成果对于淮河上游无资料地区水文模拟和农作物需水研究具有参考价值。