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。     

华北平原参考作物蒸散量时空变化及其影响因素分析

根据华北平原56个气象站1960—2012年逐日气象数据和Penman-Monteith模型计算了各站及区域整体参考作物蒸散量(ET0),利用样条插值法、气候倾向率、累积距平、敏感性系数等方法对华北平原ET0的时空变化及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)华北平原多年平均ET0为1071.37mm,空间上呈现高低值相间分布格局,高值中心分布在冀北、鲁中、豫西,而低值中心分布在冀东、鲁南、豫东及豫南等地;(2)近53年ET0呈减少趋势(-12.8mm/10a),山东半岛北部及冀北等地有缓慢增加趋势,其余地区以减少为主;(3)ET0对气温、平均风速、日照时数为正敏感,而对相对湿度为负敏感。平均气温与日照时数敏感系数呈现下降趋势,相对湿度与风速敏感系数表现出上升趋势。ET0对气温和风速敏感度高的区域同时对日照时数和相对湿度敏感度较低;(4)归因分析表明,华北平原ET0的主导因子是日照时数,平均风速次之,相对湿度、最高温度、最低温度对ET0变化影响较小,日照时数主导区域包括冀北、坝上地区、冀中、豫西、豫南、鲁中及鲁西北,平均风速的主导区域为冀南、河南黄河以北、豫中、鲁西北,温度主导区域零星分布于冀北、豫西、山东半岛等地,相对湿度的主导区域主要分布在鲁南、山东半岛。     

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。     

基于干旱指数的宁夏干旱时空变化特征及其Morlet小波分析

基于宁夏9个气象站点1961—2012年逐日气温、降水、风速、日照时数和相对湿度数据,应用Penman-Monteith模型、Arc GIS反距离加权插值、突变检验和Morlet小波等方法,分析其参考作物蒸散量、降水量和干旱指数(AI)时空变化及其影响因素。结果表明:近52年来,宁夏潜在蒸散量(ET0)和降水量在波动中呈降低趋势,倾向率为分别-8.64 mm·10 a-1和-10.04 mm·10 a-1,AI指数则在波动中略呈增加趋势,倾向率为0.01 10 a-1,表明宁夏气候有变干的趋势;从年内分布看,ET0和降水量呈单峰型分布,峰值分别为8月的118.12 mm和7月的66.82 mm,而AI指数呈谷状分布,以8月最小,为0.42;AI指数空间差异明显,呈自南向北递增趋势,表明气候自南向北依次变干;宁夏ET0、降水量和AI指数均在1970年末期、1980年早期和1980年中期发生突变,均存在21 a中尺度的优势周期,并与太阳黑子活动22 a的海尔(磁)准周期基本一致,短周期为3、5、7 a,可能受大气环流和厄尔尼诺等影响。     

1961-2010年陇东参考作物蒸散量时空变化及气候影响因子

基于陇东地区15个气象站点1961-2010年的逐日气象资料,采用气候倾向率、偏相关分析、线性回归分析等方法,结合GIS空间分析技术中的反距离权重法(IDW),对各站不同时间和空间尺度的参考作物蒸散量(ET0)进行定量化分析,并研究其时空变化特征及气候影响因子.结果表明:近50年陇东地区年均ET0呈微弱下降趋势;夏季ET0显著减少,是造成年均ET0下降的主因,春季ET0明显增加,秋、冬季变化趋势不明显;各站点月均ET0变化趋势呈一致的单峰型;本区北部和中部年均ET0较大,西部较小;春季大部分地区ET0呈增加趋势,夏季全区ET0呈减少趋势,秋、冬季各站变化趋势不明显;ET0的变化与相对湿度和降水量呈负相关,与温度、日照时数和风速呈显著正相关;日照时数、风速和相对湿度为影响本区ET0的主要气象因子.     

近20年藏北地区AVHRR NDVI与气候因子的关系

利用藏北那曲地区1981~2001年NOAA/AVHRR的旬合成NDVI资料和6个站的逐日气象资料,分析了(归一化指数NDVI)的年内和年际变化规律以及NDVI与8个气候要素的相关关系,主要结论:影响NDVI年变化最显著的气候因子是温度,其中水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量;日照时数与NDVI呈负相关;NDVI与日照时数的滞后时间约0~10d,与风速没有滞后现象,与潜在蒸散、温度、水汽压和降水约20~40d;影响NDVI年际变化最显著的气候因子是潜在蒸散量。     

1965-2018年广西西江流域参考作物蒸散量时空演变及其影响因子

估算参考作物蒸散量(ET0)有助于揭示流域的水热平衡和水循环过程,为合理利用与开发流域水资源提供基础。本研究通过重新拟合研究区的净短波辐射系数,使用改进后的Penman-Monteith模型,计算1965-2018年广西西江流域的ET0,使用Mann-Kendall法对ET0进行趋势分析与突变点检测,用反距离权重法插值后分析ET0时空演变特征,根据气候因子的贡献率判断ET0的影响因子。结果表明:在空间上,ET0呈现随海拔降低而增加的趋势,其高值主要位于流域中部地区,而低值位于西北侧的云贵高原边缘及斜坡带,春季ET0呈现出经度梯度性,夏季ET0与年际的空间格局类似;在时间上,流域年均ET0为637.2mm,增长率为-0.018 mm·a^-1,整体呈微弱的下降趋势。除春季(0.053 mm·a^-1)呈上升趋势外,夏季(-0.053 mm·a^-1)、秋季(-0.011 mm·a^-1)和冬季(-0.007 mm·a^-1)ET0均呈现出下降趋势,ET0的下降主要体现在夏季;影响流域ET0的主导因子是相对湿度(贡献率为39.0%)、平均风速(贡献率为27.2%)、日照时数和平均气温;平均相对湿度对ET0是负贡献(r=-0.673),日照时数、平均风速和平均气温均是正贡献;影响ET0的因子组合和贡献率在流域的不同区域有一定差异。     

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。     

辽宁省潜在蒸散时空变化特征与成因

潜在蒸散量是衡量变化环境下区域水热资源演变的重要参数,探究其历史变化规律及制约因素对预测农业用水走势乃至合理制定相关决策都至关重要。基于辽宁省23个气象站点1966—2015年的逐日气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith模型与偏相关性检验法辨识辽宁省近50年潜在蒸散量的时空特征及其影响因素。结果表明:辽宁省各监测站年平均潜在蒸散量为453—1043 mm,多年变化趋势以1.43 mm/a的速度递减,并于2003年发生突变。此外,其时空差异性较为显著。在年代际尺度上表现为,辽西北至辽西南逐次降低;在季节尺度上表现为,夏季潜在蒸散量最高、春秋季节次之、冬季最低;日最高气温、日最低气温和日照时数的减少共同导致过去50年辽宁省潜在蒸散量在整体上表现出减少的趋势。该研究成果可以为水资源的优化配置,评价区域干湿程度等提供一定的理论支撑。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅱ.西南地区农业气候资源时空变化特征

基于1961—2007年中国西南地区88个气象台站的地面观测资料,结合统计方法和GIS软件,分析了全年及温度生长期内农业气候资源的时空变化特征.结果表明:1961—2007年,西南地区年平均气温呈上升趋势,平均增速为0.18℃.(10 a)-1;温度生长期内≥10℃和≥15℃积温均呈增加趋势,平均增速分别为55.3℃.d.(10 a)-1和37℃.d.(10a)-1.全区年日照时数呈现由西向东逐渐减少的特征,且东部的减少趋势较西部更显著;温度生长期内日照时数整体呈增加趋势,但空间差异较大.全区降水资源总体减少,年降水量和温度生长期内降水量的平均下降速率分别为10 mm.(10 a)-1和8 mm.(10 a)-1.全区年参考作物蒸散量普遍降低,其减幅小于年降水量的变化趋势,约53%的站点温度生长期内参考作物蒸散量减少.     

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。     

黑河中游春小麦需水量空间分布

合理估计春小麦的需水量(ET_c)是进行干旱区水资源配置的有效方法,利用黑河中游14个气象站1970-2009年的逐日气象资料,应用Penman-Monteith公式估算各站点的参考作物蒸散量,并根据春小麦生长期的作物系数,在地理信息系统(GIS)技术支持下得出黑河中游春小麦需水量的空间分布及变化趋势。结果表明:1970-2009年黑河中游春小麦作物需水量整体分布具有从南向北递增的趋势,全生长期需水量在573-781 mm之间;高台、张掖、临泽、民乐、山丹、酒泉的春小麦需水量分别为731.26、686.88、598.24、728.89、719.77、713.59 mm,其中生长中期需水量最大,分别占全生长期的51.67%、51.11%、50.96%、51.24%、50.83%和50.77%;日平均气温、日照时数、风速、降水量、最小相对湿度和各因子的影响力由大到小分别占总影响力的57.29%、26.92%、15.15%、1.41%和0.78%。     

毛乌素沙地参考作物蒸散量变化特征与成因分析

根据毛乌素沙地典型站点近60年(1955—2014年)逐日气象数据,利用Penman-Monteith公式计算毛乌素沙地各气象站点参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET_0)及研究区域内整体ET_0。Mann-Kendall趋势检验法和Arc GIS的协同克里格插值法用于分析ET_0时空变化特征,同时,利用敏感性分析方法对ET_0的变化成因进行分析。结果表明:(1)近60年毛乌素沙地ET_0多年平均值为1048.81mm,年际变化呈现缓慢上升趋势。年内变化夏季最高,冬季最低。区域内ET_0空间分布整体呈现自西向东递减趋势。(2)ET_0年变化对风速的敏感程度最大,日照时数和气温次之,相对湿度最小。春、秋两季ET_0变化对日照时数最为敏感;夏、冬两季ET_0变化对相对湿度最为敏感。空间分布上,毛乌素沙地东南部地区为气温敏感系数高值区,西北部地区为相对湿度和日照时数敏感系数高值区,南部为风速敏感系数高值区。(3)通过计算气象因子对ET_0变化的贡献量得出,气温是影响毛乌素沙地ET_0年变化的主导因子。夏季ET_0变化的主导因子是风速;春、秋、冬三季主导因子是气温。空间分布上,毛乌素沙地西南部地区ET_0变化的主导因子为风速,东部地区主导因子为气温。     

退耕还林背景下黄土高原蒸散量时空演变特征及归因

受气候变化和人类活动影响,近几十年黄土高原地表环境和水碳通量发生显著变化,对区域水资源和生态系统格局产生深刻影响。基于植被界面过程(VIP)遥感蒸散发模型,对退耕还林(草)工程实施以来黄土高原蒸散量(ET)时空变化格局进行模拟研究,揭示了近20年黄土高原水碳通量时空演变特征及其原因。结果表明:(1) 2000-2019年黄土高原ET总体呈显著上升趋势(P < 0.05),倾向率为3.77 mm/a,其中黄河中游黄土丘陵沟壑区ET增长最为显著,而陕西关中平原东部、宁夏银川平原南部等农业区则呈显著下降趋势,倾向率为-5.68 mm/a;(2) 气候变量和归一化植被指数(NDVI)对ET显著上升区的区域平均贡献分别为14.7%和78.6%(其中人类活动贡献为70.5%),而对ET显著下降区的区域平均贡献分别为-58.4%和-31.5%(其中人类活动贡献为-31.6%),表明人类活动和气候变化分别主导了ET显著上升区和ET显著下降区的蒸散变化;(3) 在气候变化主导区域,气温和降水量分别为能量受限区和水分受限区ET增加的主导气象因子,而气溶胶浓度升高导致的日照时数和地表风速下降对作物碳同化和蒸腾具有显著的抑制作用,成为农业区ET下降的主导气象因子。     

Evapotranspiration over the Grassland Field in the Liudaogou Basin of the Loess Plateau,China

Severe desertification on the Loess Plateau of China since the 17th century as a result of improper land use has caused critical soil erosion and water shortages in the lower reaches of the Yellow River. To prevent further soil erosion, it is very important to cover the bare land surface with natural vegetation. Evapotranspiration (ET) over the grassland (Stipa bungeana) in Shenmu County of the Loess Plateau during the growing season is estimated to be about 1 mm day^–1, and the ratio of ET to reference Evapotranspiration (ET/ET₀) is below 0.3. Evaporation from the bare soil surface simulated by a three-layer soil model is less than ET; that is, ET is 1.5 times greater than evaporation from the soil surface during the growing season.This study examines the relationships among the surface resistance r_s in the Penman–Monteith equation, solar radiation, vapor-pressure deficit, temperature, wind speed, and soil water content. Surface resistance (r_s) is strongly affected by the vapor-pressure deficit and soil water content.     

基于全球气候模式集合的鄱阳湖流域未来潜在蒸散量及其干旱效应研究

鄱阳湖流域近年来旱涝灾害频发,原有的水量平衡被打破。因此,开展鄱阳湖地区潜在蒸散量及干旱效应研究具有重要意义。潜在蒸散量（Reference Evapotranspiration,ET₀）是评价区域水资源配置和计算干旱指数的重要指标。以我国的鄱阳湖流域为研究区,依托统计降尺度模型,基于站点观测数据、气候模式数据以及美国环境中心再分析数据,运用遗传算法构建多模式集合,模拟未来情景下流域潜在蒸散量和干旱指数（Drought Index,DI）时空演变特征。结果表明：基于遗传算法构建的模式集合较单一气候模式或等权模式集合,模拟性能佳;RCP4.5、8.5情景下流域ET₀均呈上升趋势,ET₀变化的第一主周期分别为20年和4年,流域ET₀未来空间变化特征表现为东高西低;RCP8.5情景下,鄱阳湖流域DI在年际上呈显著上升趋势,9-11月是干旱风险防范的关键时期;流域年DI变化的主周期为8年,流域的中东部地区将是未来干旱风险防范的重点区域。本研究为认识区域尺度下气候变化对潜在蒸散量的影响提供借鉴,同时为政府部门科学应对鄱阳湖流域未来时期可能出现的旱情提供的决策支持。