澜沧江流域潜在蒸散发敏感性分析

蒸散发对气候变量的敏感性研究是近年来水文学的热点之一,对探讨水循环对气候变化的响应具有重要意义。本文利用1960年-2005年澜沧江流域及其周边35个气象站的逐日常规气象观测数据,基于Penman-Monteith公式,计算了1月、7月及年3个不同时间尺度下潜在蒸散发对平均气温、相对湿度、风速及日照时数的敏感系数,分析了澜沧江流域潜在蒸散发对各气候变量的敏感性及其时空变化规律。结果表明各站潜在蒸散发对各变量的敏感系数空间分异明显,流域整体上对日照时数最为敏感。几十年来对日照时数的敏感性在1月主要为增加趋势,7月则为减小趋势。     

海河流域蒸散发时空演变规律分析

本文利用MODIS数据,采用SEBS模型的计算方法,结合气象站的实际观测资料,得到海河流域2010年春季、夏季、秋季和冬季的地表反照率、归一化植被指数、瞬时潜热通量和日蒸散量的反演分布图;同时利用传统的Penman-Monteith公式,计算了海河流域近50年的年际和季节的日平均参考作物腾发量(ET0),对其进行了时空分析。时间上,海河流域近50年ET0变化不大,整体呈现下降趋势,四季中,夏季ET0最高,其次是春季、秋季和冬季。空间上,海河流域年际ET0变化显著,整体呈现由东南向西北方向递减趋势;春、夏、秋、冬四个季节整体都呈现出由东南向西北递减趋势。并对遥感反演的精度进行验证,误差大约在10%左右,遥感反演结果合理可靠。     

基于Budyko假设的流域蒸散发估算及其对气候与下垫面的敏感性分析

蒸散发作为水文循环和能量平衡联系的纽带,对全球和区域水文过程起着重要作用。本文基于Budyko假设,采用全国71个典型流域的水文气象资料,分析了不同水热模型对蒸散发估算精度的影响,并进一步阐释了不同气候和植被类型下蒸散发对降水、潜在蒸散发和下垫面特征的敏感性。结果表明：①水热模型加入反映下垫面特征的参数后,蒸散发的估算精度能得到显著的提高;②蒸散发的敏感性分析结果表明,干旱流域蒸散发对降水最为敏感,其次是下垫面参数和潜在蒸散发;湿润流域蒸散发对下垫面参数最为敏感,其次是潜在蒸散发和降水;③对于不同植被类型的流域而言,森林流域和混合流域蒸散发对降水和下垫面参数变化最为敏感,草地流域蒸散发对降水的变化最为敏感。研究结果对于蒸散发的区域性研究、稀缺资料地区水文预报等有重要的参考意义。     

基于Penman-Monteith方程的蒸散发算法及应用

P-M模型是基于Penman-Monteith方程发展起来,用于计算有植被覆盖的陆面蒸散量的模型。P-M模型理论基础扎实、模拟精确度高,被广泛应用于森林或草原植被的蒸散量计算。目前利用P-M模型开展植被蒸散量的研究主要集中在草地、农田等均一下垫面,而对于森林植被等复杂下垫面情况的研究相对较少,针对其特点需要对模型进行修正。研究表明,运用P-M模型估算植被潜在腾发量与实测值接近,结果比其它估算模型准确度高,可以推广应用。同时,修正模型的模拟精度主要取决于计算净辐射、空气动力学阻力和冠层阻力的准确性,因此有进一步提高模拟精度的研究空间。     

不同潜在蒸散发估算方法在辽宁省的适用性分析

准确估算潜在蒸散发（PET）是研究区域水文循环和农业灌溉管理必不可少的理论依据。本文利用辽宁省及周边27个气象站点1968—2017年的历史气象数据,选用6种估算方法（Penman-Monteith（PM）法、Rohwer（Roh）法、Hamon（Ham）法、Hargreaves（Har）法、Makkink（Mak）法和Priestley-Taylor（PT）法）计算PET。并以PM法月值作为标准,对5种估算方法的经验系数进行修正,再从年、月两个时间尺度和空间尺度分析修正经验系数前后5种估算方法在辽宁省的适用情况。结果表明：①修正前,年尺度上,Mak法、PT法和PM法的结果较为接近,相对误差均在25%以内。月尺度上,PT法相对误差最小为13.96%,其次是Mak法。空间尺度上,5种估算方法在辽东北地区估算精度较低,整体空间差异明显,相对来说PT法估算适用性更好。②修正后,5种估算方法适用性和相关性都有明显的提高,在年尺度上各估算方法与PM法计算结果年际变化大致相同,其中Mak法和PT法最为合适,相对误差均在10%以内,月尺度和空间尺度上,PT法都优于其他方法。因此,在计算辽宁省PET时,本文推荐使用修正经验系数后的PT法,其次是Mak法。     

石羊河流域地表干湿变化的时空分布特征

利用1960-2011年石羊河流域及周边12个气象站的逐日气象资料,采用FAO Penman-Monteith公式计算研究区各气象站的潜在蒸散发,并由此计算出各站的相对湿润度指数.在ArcGIS 9.3平台下得到区域相对湿润度指数的时空变化特征,并对影响其变化的气象要素进行了探讨.结果表明: 石羊河流域52年来有微弱变干趋势;该区相对湿润度指数自南向北逐渐增加,与降水量和海拔的空间分布比较一致,与潜在蒸散发的空间分布呈相反关系;流域大部分地区的地表相对湿润度指数倾向率呈增加趋势,增加较明显的区域位于祁连山脉附近,呈下降趋势的区域位于上游古浪县附近;流域地表相对湿润度指数在年内呈单峰型变化,1月、11月和12月最低,8月和9月最高,且随气温变暖,自流域南部向北部逐渐推移增大,当气温开始降低时,该指数又从北到南逐渐减少;石羊河流域地表干湿事件的变化与降水量、风速和相对湿度呈正相关,与潜在蒸散发、平均温度和日照时数呈负相关.     

沙地蒸散发与凝结变化规律野外试验分析

文章根据大量野外实测资料研究了位于科尔沁沙地南缘的四个样地沙坨边缘地、固定沙丘、半固定沙丘、流动丘在植被生长期内（5月至9月）的裸地土壤蒸散发量变化规律。结果表明：蒸散发现象均发生在日出至次日落日期间;随着蒸发量的变化凝结量正相关变化;由日均蒸发量和凝结量可看出从沙坨边缘地到流动丘腹地蒸散发量逐渐减少,凝结量逐渐减少。研究成果对沙地的生态保护及生态逆转具有一定的指导作用。     

地表遥感蒸散发模型研究进展

蒸散发(Evapotranspiration,ET)包括植被蒸腾与土壤蒸发,是地表能量平衡与水量平衡的重要组成部分,也是陆面过程研究的关键参数。卫星遥感技术的兴起,使获取大尺度非均匀下垫面的地表特征参数成为可能,一系列旨在精确估算地表实际蒸散量的遥感模型由此应运而生,以满足局地、区域乃至全球尺度蒸散发估算的需求。通过分析净辐射通量和地表与近地面大气层湍流热通量交换的方式,将遥感蒸散发模型分为单层模型和双层模型,总结其模型原理,讨论典型模型的优缺点及适用条件,分析蒸散发反演存在的遥感模型精度的图像范围依赖性和分辨率依赖性、时间尺度扩展及不确定性、模型验证以及地表辐射温度和阻抗5个问题。指出今后应加强地表温度反演精度、时间尺度扩展、有云日地表蒸散发、地面观测等方面的研究。     

海河流域与墨累-达令流域管理比较研究

中国海河流域和墨累-达令流域在水资源状况、用水结构、面临的环境问题等方面具有一定的相似性,对两国流域管理的不同方面开展比较研究,结果表明:①墨累一达令流域实行联邦政府、州政府、各地水管理局三级管理体制,合理、有效地促进流域管理的有效实施;海河流域实行多部门、多层次的流域管理体制,造成管理部门各自为政、分割管理的局面;②墨累-达令流域立法理念统筹考虑流域内的水、土和其他环境资源要素,使流域管理的各个方面都有法可依;而海河流域缺少流域综合管理的、可操作性的法律法规;③墨累-达令流域在政府有效调控下,通过完善的水权制度、规范的水市场建设.逐步实现水资源的优化配置;海河流域水资源分配则主要通过行政手段;④墨累-达令流域管理注重公众参与;海河流域管理中利益相关者参与流域管理的体系不健全.借鉴墨累-达令流域的成功管理经验,提出适合海河流域管理的政策建议:流域管理过程中倡导一体化的管理理念;构建符合中国实际情况的海河流域管理体系;建立、完善和实施流域管理法规体系;建立和完善符合中国实际的水资源市场运作体制;加强和完善公众参与机制.     

海河流域治理成就、问题和展望

本文简要介绍海河流域自然、经济、社会情况以及面临的挑战，并就本世纪初期海河流域防洪减灾、水资源保障和水生态环境保护等方面的工作思路作初步探讨。     

渭河流域潜在蒸散量时空变化及其突变特征

本文根据渭河流域21个气象站1959年-2008年的逐日气象资料,选取FAOPenman-Monteith法计算各站潜在蒸散量,然后采用Spline插值法生成流域潜在蒸散量分布图,并利用Mann-Kendall法分析各站年潜在蒸散量长期变化趋势,最后采用Pettitt法对各站年潜在蒸散量进行突变检验。结果表明:流域多年平均年潜在蒸散量在779.1～1017.6mm之间,空间分布总体趋势为东高西低,北高南低,由东北向西南递减,其中夏季>春季>秋季>冬季;近50年来流域大部分地区潜在蒸散量呈增大趋势,西安周边小部分中下游地区出现减小趋势;流域年潜在蒸散量有两个偏大期和一个偏小期,各季值与年值变化趋势大体一致,其中夏季和春季对年值贡献最大;13个站点年潜在蒸散量在0.05显著性水平上检测到突变点,15个站点年值在1993年、1994年发生明显增大突变,4个站点在1978年、1979年出现明显减小突变。     

Water Security Situation in Haihe River Basin after South-to-North Water Transfer Project

The over-exploitation of water resources in the Haihe River Basin (HRB) has now become a serious problem. This is clearly evidenced by the fact that many local rivers and lakes are drying up and the total amount of over-exploited groundwater has reached over 1000×108m3. It is important to note that the exploitation of water resources in HRB was reasonable before 1979. After 1980, however, over-exploitation happened with an annual average amount of 40×108m3. Both the dry season and rapid economic growth in HRB took place at the same time. Therefore, the over-exploitation of water in HRB was actually the negative result of the conjunction of a continuous dry season and rapid economic growth. So the over-exploitation would not be as serious as it is today if either of the above two stopped. After the first stage of south-to-north water transfer project, the water shortage problem in HRB could be eased for the following reasons: fi rstly, water transfer project will bring to the Basin 60×108m3 water resources; secondly, a wet season will come back eventually according to natural law of climate variability; finally, its agricultural and industrial use and total water consumption all have decreased from the peak value, so that the groundwater table will raise certainly and ecological water in rivers and lakes that were dried-up will be partly restored. In the future, the main problem of water resources security in HRB will include water pollution, operation risk of the south-to-north water transfer project, groundwater pollution and engineering geological hazards that may be brought by groundwater rise. The proposed countermeasures are as follows: keeping strengthening water demand management, raising water price as well as subsidies for the low-income family and improving other water related policies, preventing and dealing with water pollution seriously and getting fully prepared for the operation of south-to-north water transfer project.     

海河流域水污染及水资源短缺对经济发展的影响

海河流域地处华北平原，是我国七大流域之一，在全国有着重要的作用，但近20年来生态环境严重恶化，与流域的经济发展极其不相适应。本文采用可计算一般均衡模型（Computable General Equilibrium，即CGE）分析了海河流域水污染以及缺水对经济发展的影响，将水资源作为生产要素加入生产函数中，同时将水污染作为一个单独的污染处理部门，通过扩展的投入产出表分析水资源、水污染治理部门与其他经济部门之间的投入产出关系，进而建立CGE均衡模型。研究表明：海河流域水污染十分严重，和流域水资源短缺相比，水污染控制显得更为迫切。情景分析结果说明，通过流域的水污染治理，尽管传统意义的GDP有所减少，但绿色GDP呈增长趋势，社会经济朝良性循环方向发展。     

海河流域不同等级降水时空变化特征及其影响

利用1961-2012年海河流域35个气象台站的逐日降水资料,采用连续复小波(Morlet)、正交函数分解法(EOF)、线性回归分析法、滑动t检验及空间差值法等,研究不同等级降水的时空变化特征及其影响。研究结果表明:(1)海河流域年降水量存在5a、15a、25a左右的周期变化;降水变化场表现出全区一致多雨或少雨、南-北向降水分布相反、东南-西北向降水分布相反的空间分布特征;(2)海河流域夏季对年降水量、年降水日数和年平均降水强度的贡献最大,各时间尺度降水日数均以小雨为主,各级别降水强度也均呈夏、秋、春、冬季依次递减。其中,年暴雨量和暴雨强度、夏季暴雨量和暴雨日数均呈明显减小趋势,夏季大雨量和大雨日数也有明显减少趋势;(3)永定河系对全流域降水量和降水强度的贡献最小,各子流域降水日数也均以小雨为主。其中,永定、子牙、大清河系的暴雨量和永定、大清、北三河系的暴雨强度均呈明显减少趋势,北三河系的大雨量和大雨日数减少趋势明显,子牙河系的中雨量、中雨日数和中雨强度均呈明显减少趋势;(4)海河流域降水的时空变化会引起地表径流减少和地下水位下降,导致海河流域水资源短缺现象恶化。     

SDSM模型在海河流域统计降尺度研究中的适用性分析

全球气候变暖对陆地水循环会产生重大影响,统计降尺度方法是解决大尺度气候信息和小尺度水文响应的空间尺度不匹配问题的有效方法之一。选取NCEP/NCAR再分析日资料(简称NCEP)和HadCM3在A2和B2情景下的大气变量日资料(简称H3A2和H3B2),并选取海河流域上11个站点1961年～2000年日平均温度、蒸发皿蒸发量以及降水的实测资料,采用SDSM(the Statistical Down-Scaling Model)方法,进行海河流域气候变化特征量的降尺度研究。研究表明：①使用SMLR (Stepwise Multi-Line Regression)方法,可以在广阔的空间范围内优选出具有一定物理机制的适用于不同预报量的预报因子;②SDSM方法对日平均温度、蒸发皿蒸发量以及降水都能较准确模拟,其观测与模拟值的确定性系数分别可达99%,92%和73%以上;③SDSM方法在模拟极端事件时存在一定系统偏差,而且模拟的峰值略滞后。     

1957年至2008年海河流域气温变化趋势和突变分析

气温变化是气候变化背景下科学研究的热点问题。海河流域作为中国的粮食主产区,其气温的变化研究对于指导农业生产生活具有重要的意义。本文采用成熟的Mann_Kendall非参数检验方法对海河流域1957年-2008年的年平均气温、最高气温和最低气温的变化趋势进行了显著性检验,并采用滑动t-检验法对气温的突变期进行了分析,结果表明:海河流域年平均气温、最高气温、最低气温全部呈上升趋势,并且全区平均气温上升显著,东北部地区的最高和最低气温的上升趋势也全部通过显著性检验;各月平均气温中,1月、2月、3月、4月、9月气温上升显著。最低气温增温显著,邢台、蔚县和霸州等形成多个骤升中心,其中邢台最低气温最大变幅达0.78℃/10a;流域内大部分地区气温发生突变的年限多在1971年-1974年,1986年-1988年,1993年-1994年和1996年-1999年。气温突变主要发生在20世纪70年代和90年代,并且2月、3月份发生突变的范围最广。