基于PenPan模型中国蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

蒸发皿蒸发量是衡量大气蒸发能力的重要指标。为了研究中国地区蒸发皿蒸发量的时空变化规律和成因,利用全国751个站点1961-2017年的逐日气象观测资料(平均温度、风速、相对湿度、日照时数),基于PenPan模型对20cm蒸发皿蒸发量进行估算。对中国地区57a的气象数据和PenPan模型模拟结果进行趋势分析,探究影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素。结果发现:在1961-1993年期间,中国地区存在“蒸发悖论”现象,影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素为风速;1994-2017年“蒸发悖论”现象消失,此时主导因素为饱和水汽压差;两阶段相比,空气温度对蒸发的作用增大,而风速的作用减小。春夏秋冬4个季节,蒸发量在空间上差异较大。辐射项蒸发量的夏季最大值在西北地区,其余季节在华南地区;动力项蒸发量冬季最大值在华南地区,其余季节在西北地区;随着季节推移,总蒸发量最大区域由西北转移到华南地区。根据蒸发皿蒸发量的时空变化情况,可以得出西北和华南地区需要根据该地区蒸发量的季节变化合理调配水资源。

近50年来额济纳三角洲气象要素变化对蒸发皿蒸发量的影响

识别蒸发皿蒸发量与气象要素的关系是认识气候变化对水循环影响的重要基础。根据额济纳旗气象站1961年-2001年的常规气象数据,建立了额济纳三角洲地区蒸发皿蒸发量与相关气象要素关系的Penpan模型,并据此估算了2002年-2011年的蒸发皿蒸发量,延展了蒸发皿蒸发量的时间序列,进而分析了1961年-2011年研究区蒸发皿蒸发量和相关气象要素的变化趋势及其相互关系。研究结果表明:(1)1961年-2011年期间,额济纳三角洲蒸发皿蒸发量呈下降趋势(气候倾向率为年-215.5mm/10a),而平均气温呈上升趋势,风速、总辐射、相对湿度则均呈下降趋势;(2)总体上,蒸发皿蒸发量对各气象因子的敏感程度从大到小依次为风速、相对湿度、太阳总辐射、平均气温;1961年-2011年,蒸发皿蒸发量对风速、相对湿度的敏感性呈下降趋势,对太阳总辐射、平均气温的敏感性呈上升趋势;(3)风速变化对蒸发皿蒸发量变化的贡献度最大,其次是相对湿度、平均气温、总辐射。

近60 a石羊河流域蒸发量变化及其原因分析

蒸发是水循环的关键环节,理解蒸发变化及其原因对于水资源可持续利用具有重要意义。以石羊河流域为例,选取自南向北沿海拔梯度递减的乌鞘岭、永昌、武威和民勤4个气象站近60 a(1958—2017年)数据资料,基于改进的PenPan模型分析了石羊河流域蒸发量时空变化特征及其原因。结果表明:(1)空间上,石羊河流域蒸发量变化存在海拔效应,随着海拔的增加蒸发量显著减少,递减率约为38 mm·(100m)^(-1);时间上,蒸发量变化存在明显的分段特征,1958—1970年蒸发量减少,20世纪70年代以来蒸发量增加,尤其是平原区最为明显。(2)改进的PenPan模型能较好地模拟各站点日尺度和月尺度蒸发量的变化(R2>0.85),为进一步提高模拟精度,模型中的风速函数有待修正。(3)改进的PenPan模型计算的辐射组分年际变化不大,但空气动力学组分波动上升,这与温度和饱和水气压差变化趋势一致,说明温度升高是引起石羊河流域70年代以来蒸发量增加的主要原因。说明在气候变暖背景下石羊河流域蒸发量将持续增加,也给未来强化水资源管理,保障可持续发展施加更大的压力。

石羊河流域上游山谷水库蒸发观测与模拟

水面蒸发的准确量化对于干旱及半干旱区水资源的开发利用具有重要的指导意义。以石羊河流域上游3座中型山谷水库及其周边水文和气象站E-601型蒸发皿蒸发为基础资料,利用PenPan模型模拟蒸发皿蒸发。研究表明:3座水库蒸发皿年蒸发量自东向西递增,分别为1 071.9、1 085.3、1 115.7 mm/a,这种差异受经向效应和海拔效应共同影响,且海拔效应占主导。原始的Pen?Pan模型高估了蒸发皿蒸发,原因是基于Class-A蒸发皿蒸发的PenPan模型高估了净辐射。改进的PenPan模型模拟值与观测值基本一致,且模拟效果略优于原始的PenPan模型。水库与气象站的距离越近,改进的PenPan模型模拟效果越好,但蒸发量较大时,模型结果容易出现高估,这可能受风速影响,因此建议加强水库表面净辐射和风速观测,以对PenPan模型进一步改进和修正。

1959-2021年间热带雨林区域的蒸发皿蒸发量呈下降趋势

蒸发皿蒸发量(E_(pan))是衡量大气蒸发需求的重要指标。基于物理模型对西双版纳热带植物园中热带雨林综合气象观测场(XTBG气象站)的气象资料进行分析,有助于提高我们对西双版纳热带雨林区域水文循环状况的认识。本文利用1959-2021年的观测资料,研究了E_(pan)的长期变化趋势,并进行了趋势检验、周期性评价和突变分析等相关分析。基于1979-2008年D20 E_(pan)数据和相关气象资料,利用Penman-Monteith和PenPan模型对E_(pan)进行模拟,采用偏微分归因法分析了影响E_(pan)的主导因素。研究结果表明,E_(pan)具有明显的周期变化,19 a为第一主周期。而且,西双版纳地区存在明显的‘蒸发悖论’现象。E_(pan)在1959-2008年和2009-2018年均呈下降趋势,其中1959-2008年下降幅度达到显著水平,为-3.404 mm·a^(-2)。通过对比分析,认为PenPan模型更适合用于模拟西双版纳地区的E_(pan)。为了确定影响E_(pan)的主要气象因子,选取了D20蒸发皿完整监测时期的数据(1979-2008)进行归因计算。太阳净辐射和饱和蒸汽压差的减小趋势可以有效抵消气温上升对E_(pan)的促进作用。因此,净辐射和饱和蒸汽压差的变化是西双版纳‘蒸发悖论’现象的主要触发因素。