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。     

海河流域潜在蒸散发的气候敏感性分析

蒸散发是水文循环的重要环节,分析潜在蒸散发对气候因子的敏感性有助于深入理解气候变化对水文循环的影响.本文基于Penman-Monteith公式,分析了海河流域潜在蒸散发对气温、风速、水汽压和太阳辐射的敏感性及其时空变化规律.研究结果表明:①在年尺度上潜在蒸散发对水汽压最为敏感,其次是温度和太阳辐射;在季节尺度上,春夏两季潜在蒸散发对温度最为敏感,对风速最不敏感;秋冬两季潜在蒸散发对水汽压最为敏感.对太阳辐射最不敏感;②从空间分布上看,潜在蒸散发对温度和水汽压的敏感系数以海河流域南部和冀东沿海的低海拔地区为最高,流域北部的燕山和太行山高海拔地区为最小;③潜在蒸散发对太阳辐射变化的敏感性表现出从南到北递减的趋势,对风速变化的敏感性则表现出由南往北递增的趋势;④趋势分析表明,海河流域1957～2008年间,潜在蒸散发对风速、太阳辐射和温度的敏感程度都呈增大趋势,其中对温度的敏感程度增大趋势最为明显,对水汽压的敏感程度有减弱的趋势.     

三种高分辨率地表蒸散发产品在华北地区的验证与对比

华北平原是中国重要的农业主产区,同时也是世界上水资源短缺最为严峻的地区之一。地表蒸散发（ET）是水资源消耗的最大项,因此获取准确的ET数据是华北平原水资源管理的重要基础。本文对全球3种高分辨率ET产品在华北地区进行精度验证和时空对比,以期为选择更适用于华北平原的高分辨率ET数据提供参考信息,更好地为水资源的研究和管理服务。通过与涡动相关测量数据对比,研究显示PML_V2产品在华北地区精度最高,其次是SSEBop_V4,最后是MOD16A2,相关系数分别为0.81、0.74和0.52;均方根误差分别为0.87、1.52和1.44 mm/d,PML_V2与站点观测值的波动趋势一致性最高。3种产品在小麦生长季的估算值与观测值的相关性均高于玉米生长季,SSEBop_V4和PML_V2估算值分别在小麦季和玉米季与观测值具有最高的相关性。通过3种产品相互之间的对比,结果发现PML_V2和SSEBop_V4在空间分布上较一致,相关系数最高,为0.76;MOD16A2的空间分布与其他2个产品差异较大;三者的最大差异出现在耕地区。从2003—2018年的变化趋势上,MOD16A2在3种土地利用类型下明显呈增加趋势,而SSEBop_V4和PML_V2无明显变化。该研究结果有助于评估每种产品的质量和不确定性,以改进ET算法和产品质量。     

基于MODIS数据的伊洛河流域地表蒸散空间和年内变化特征

MODIS数据具备较好的时间分辨率,是目前模拟监测区域尺度地表能量与水分变化比较理想的数据源。SEBS模型理论基础坚实、区域应用限制低、反演结果较为合理准确,因此得到广泛应用。利用伊洛河流域2002年、2008年四季典型日（8d）的MODIS数据,采用结合DEM数据改进后的SEBS模型,对伊洛河流域地表蒸散进行了估算,分析了地表蒸散的空间格局和年内变化特征。结果表明：研究区地表蒸散空间分布具有明显的地域性差异,呈现出南部高、北部低,山区高、河谷低,南北梯度大的空间分布特点,区域分布不均衡;年内蒸散量的变化呈单峰趋势,季节性变化显著,下游平原区受供水条件影响差异较大。     

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。     

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。     

中国区域创新差异的时空格局演变——基于空间马尔可夫链分析

以专利授权总量为主要指标,基于省域空间单元,采用变异系数、空间马尔可夫链和空间自相关等方法,从时间、空间和区域视角探索1985-2013年间我国区域创新差异的时空动态演化过程与特征。研究发现：（1）我国区域创新差异整体上呈现继续扩大的态势,并呈现出高水平和低水平两大空间趋同俱乐部;（2）区域创新类型的空间转移与创新水平的差距关系密切,区域创新水平的差距越小,发生转移的概率越大;反之亦然。（3）邻域的创新水平明显影响区域创新差异的演变,但这种作用存在不对称性。最后,在此基础上提出区域创新发展的政策建议。     

基于问卷调查的内蒙古典型草原牧区气候灾害时空格局与应对措施

牧户是草原牧区的最基本经济社会单元,对气候灾害极为敏感。基于问卷访谈获取的第一手数据,本文对内蒙古典型草原牧区主要气候灾害的时空分布和区域应对措施进行了系统分析。结果表明:①研究区内雪灾发生几率自东向西递减趋势显著,多次雪灾和多次严重雪灾分别主要发生在以锡林郭勒盟为代表的中部地区中东部与南部和以呼伦贝尔为代表的东部地区;而降水量居中的内蒙古中部区域旱灾发生的几率略高于干旱的西部地区,尤其是在夏秋季节中部和东部牧区更易受到干旱的威胁;②旱灾发生时,牧户主要通过灾中转场放牧、购买草饲料、出售牲畜等措施应对,而雪灾应对措施则主要以购买草饲料为主,东部地区和中部地区相当比例的牧户采取了在秋季备足草料的预防措施;③政府采取以尽快恢复生活为主的实物帮助和以增强恢复生产能力为辅的资金帮助对应对旱灾和雪灾效果显著。     

2000年至2008年松嫩平原生长季蒸散量时空格局及影响因素分析

蒸散是地表能量平衡与水量平衡的重要组成部分,研究松嫩平原生长季蒸散量时空格局及影响因素对该区农作物生长环境评价、水资源高效利用具有重要意义。本研究以MODIS产品为主要数据源,通过陆面能量平衡算法SEBAL及Penman-Monteith方程估算了松嫩平原2000年-2008年生长季(5月-9月)的陆面实际蒸散量,分析了蒸散量的空间分布特征及时间变化趋势,并在月时间尺度上通过基于像元的相关分析法探讨了蒸散量与主要气候因子(降水量、平均气温、平均相对湿度、平均风速、日照时数)相关性。结果表明:①除水体、沼泽湿地等高蒸散特性地物外,松嫩平原生长季蒸散量具有从西南部向东部、东北部逐渐增加的变化趋势,呈明显阶梯状变化,松嫩平原2000年-2008年生长季蒸散量的区域平均值呈明显下降趋势(P0.05),多年平均值为612.63mm,最大值(669.31mm)出现在2000年,最小值(570.79mm)出现在2005年;②受气候条件、土壤供水状态及植被覆盖度等因素影响,松嫩平原生长季各月蒸散量差异明显,7月蒸散最强烈,高达141.60mm,9月由于降水减少、气温降低,月蒸散量仅81.35mm;③对蒸散量与主要气候因子进行基于像元的相关分析得知蒸散量与降水量、平均气温的正相关性极其明显,而蒸散量与平均相对湿度的相关性在林地、水体分布区以负相关为主,在其他区域则以正相关为主,蒸散量与平均风速、日照时数的相关性相对较弱。     

基于CI指数的河北省近50 年干旱时空分布特征

基于河北省1961年-2010年64个气象站逐日气温和降水资料,采用综合气象干旱指数（CI）计算近50年逐日CI值,分析了河北省气象干旱发生的时空分布特征。结果表明：河北省近50年降水量以16.5mm/10年的速度递减,近10年中有7年降水量不足历年均值;各级干旱年均出现日数均为南多北少,其中冀南平原地区最多,张家口北部最少;四季中春旱最重,夏旱最轻,除夏旱为东北低、西南高外,其他时段均为北低南高的特点;近20年中有16年出现重、特旱覆盖率为100%,夏季出现大范围重、特旱的年份最多、冬季最少;秋季大范围干旱增长趋势较其他季节明显。     

上海地区太阳总辐射及其时空分布特征

根据上海地区徐家汇站1961年-1990年月太阳总辐射量与月日照百分率、月平均总云量、月相对湿度、月浮尘烟霾总数等气象要素,运用太阳总辐射气候学计算原理,选定上海地区不同太阳总辐射的气候学计算公式,并用选定的公式计算出1991年-2008年宝山月太阳总辐射量值.然后根据宝山站计算值与实测值的最小误差(6.3%)确定适合上海地区月太阳总辐射的气候学计算公式.最后依据确定的气候学计算公式推算上海地区各气象站1961年-2008年累年各月太阳总辐射量,并分析上海地区太阳总辐射的时空变化特征,结果表明:上海地区7月总辐射量最多,其次是8月和5月,6月正午太阳高度角虽最大,但天空遮蔽度比5月、7月、8月大,因此总辐射量比5月、7月、8月要少.因上海地区地域面积小,太阳总辐射的空间分布略有差异.太阳总辐射量的空间分布差异为:年东北部及南部沿海地区最多;春季东北部最多;夏季南部沿海最多;秋冬季北部最多;7月~8月差异略为明显,其它月差异较小.     

内蒙古东部地区草地退化的时空分布特征——以巴林右旗为例

本文以内蒙古东部牧区作为研究区,利用Landsat TM和MSS遥感数据,借助GIS的空间分析和地统计分析功能,研究典型牧区草地退化的时空分布特征,旨在初步确定草地退化的驱动因素,为科学制定草地退化治理措施与方案提供理论依据。研究结果表明:1976年~2000年间研究区草地总面积变动不大,但是退化草地面积较大,由于草地沙化引起的草地退化占退化总面积的43.79%。从空间分布来看,草地退化主要发生于坡度≤5°的区域,海拔高度与退化率呈反比关系,阳坡和半阴半阳坡草地退化率明显低于阴坡;草地退化率随离居民点距离的增加而降低,在>8km的区域已基本不存在草地退化现象;道路等交通设施的修建对草地退化的影响主要是迁移过程中由于牲畜采食和践踏造成的,与居民点相比影响较小。以上这些分析结果表明,人类活动对草地的强烈干扰破坏了草地生态系统的平衡,成为该区草地退化的重要驱动因素。     

澜沧江流域植被覆盖变化特征及其与气候因子的关系

通过比较MODIS植被指数产品NDVI和EVI的差异,选择利用2000年-2009年的NDVI产品来分析澜沧江流域植被覆盖变化特征。分析了澜沧江流域NDVI的时间和空间变化规律,同时,研究了该流域NDVI与主要气候因子（气温、降水、相对湿度、日照时间）之间的相关关系。结果显示：从2000年到2009年的10年间,澜沧江流域的植被覆盖状况整体较好,年均NDVI都大于0.45,年际变化呈波动增加趋势,生态环境有改善的趋势。但流域平均NDVI季节性变化明显,呈典型的单峰分布,NDVI最低值在3月,5月份开始迅速上升,最高值在8月。NDVI在0.35至0.6之间波动。澜沧江流域月均NDVI与气温、降水量、相对湿度和日照时数关系密切,相关系数分别为0.619,0.691,0.801和-0.601,气温的升高有利于流域生态环境的改善。在空间上,流域平均NDVI表现出明显的纬度地带性特征,最高值出现在流域最南部,最低值出现在最北部。10年来NDVI值变小的区域集中在上游和下游,NDVI值变大的区域主要集中在中游。     

河西地区1960年至2008年潜在蒸发量的时空变化分析

利用FAO Penman-Monteith模型计算出潜在蒸发量,运用数理统计理论和GIS空间分析技术,对河西地区潜在蒸发的时空特征进行了分析,结合Morlet小波分析和Hurst指数预测潜在蒸发变化趋势。结果表明:①河西地区潜在蒸发总体呈波动下降趋势,20世纪60年代～90年代,潜在蒸发为稳定下降期,约2.76mm/年,其中70年代减少率最大,约11.3mm/年;夏季潜在蒸发变化速率最大,约-2.07mm/年,其次为春季和秋季,冬季最小;②河西地区潜在蒸发自西北向东南呈递减趋势,靠近祁连山地区最小;潜在蒸发主要集中在春季和夏季,分别占年潜在蒸发30%和40%,秋季次之,冬季最小;③影响河西地区潜在蒸发的主要因素为风速,而影响春季潜在蒸发的主要因素是气温;④河西地区潜在蒸发存在12年左右的主振荡周期,年潜在蒸发表现出比较强的持续性,即未来趋势与近12年变化趋势的一致,潜在蒸发呈上升趋势。     

松嫩平原西部草地的时空变化特征

本文以遥感信息作为主要数据源，以地理信息系统为主要手段，首次对松嫩平原西部地区不同覆盖度的草地资源以及草地内部结构的时空变化进行了深入分析，得出了1989年～2001年间高、中、低覆盖草地之间以及与其它土地利用类型之间的相互转化数量和特征。结果表明，12年间研究区3种草地类型的面积均有不同程度的减少，其中，它们转化为旱田的比例分别占转移总面积的77.78%、70.13%和36.57%，说明人类对草地的持续开发是造成草地面积减少的主要原因。从与盐碱地之间的相互转化关系来看，3种草地类型转化为盐碱地的面积比例随着草地覆盖率的减少而增大，比例分别为0%、4.62%和32.81%，可见植被覆盖率对于草地盐碱化的发生起决定作用。从草地内部结构的动态变化来看，呈现高覆盖向中覆盖再向低覆盖的逐级退化特征，而且这种演替规律在当前人类活动下基本上为不可逆过程，草地的退化在空间上主要集中在镇赉县的北部、洮南市的南部、通榆县的北部以及乾安县的西部。本文最后从合理利用研究区现有的草地资源、综合进行草地盐碱化的治理出发，提出了生态环境修复和草地可持续发展的对策。     

陕南气温变化的时空分布

利用陕南及周边28个气象站点1981年=2010年的气温数据,运用Mann-KendMl检验方法和经验正交函数法（Empirical Orthogonal Function,EOF）对数据进行计算和分析,获得陕南气温变化随时间的变化情况和空间分布特征。结果表明：①研究时段内陕南气温总体呈波动上升趋势,1994年为突变点,之后,陕南增温尤为明显;②陕南气温变化分布场具有明显的特征,主要表现为：受纬度影响温度变化呈现出南高北低;受地形地貌影响呈现出山区和盆地气温变化具有相反趋势;受季风气候影响表现出东西部气温变化具有相反趋势;受大范围大气状况影响气温变化具有普遍高温或普遍低温趋势;③陕南气温空间场对应的时间系数具有明显的年际变化和年内变化,且年内波动性越来越强。     

土壤-植被-大气系统水和热传输机理及区域蒸散模型

在不同空间和时间尺度上建立了估算土壤 植被 大气系统水、热传输的模型 ,并且在华北平原中国科学院两个农业生态试验站设计了 3个试验 ,验证模型的精度和有效性 .第一个模型是基于瞬时通量观测基础上建立的植被冠层光合 导度 蒸散耦合模型 ,它模拟的结果与涡度相关系统测定结果比较一致 ;第二个模型为一维 3层的土壤水量平衡模型 ,此模型成功用于模拟 1 998— 2 0 0 3年度太行山山前平原不同灌溉条件下的土壤水分深层入渗和蒸散过程 ;第三个模型为区域能量通量和日蒸散模型 ,它基于卫星遥感数据和地面同步观测而建立 ,本模型可以监测区域地表的干旱状况 ,用于估算区域能量通量和日蒸散 .     

汉江上游流域蒸散量计算方法的比较及改进

利用汉江上游流域13个气象站的气象观测数据,对SWAT2000模型内嵌的3种潜在蒸散量计算方法:①Penman-Monteith(PM)法、②Pristley-Tayler(PT)法和③Hargreaves法以及FAO Penman-Monteith(FAO PM)法、DeBruin法进行了蒸散量(ET0)计算方法的分析和评价.以气象站实测小型蒸发数据经过折算得到的陆面潜在蒸散量为标准,对模拟蒸散量结果进行检验,根据相关系数、解释方差、确定性系数以及相关曲线斜率等4个指标的比较,详细讨论了各方法的适用性及模拟精度,认为5种方法中PM法和FAO PM法模拟精度最高.但是进一步分析发现FAO PM法存在部分中间气象参量计算错误以及存在与实测数据偏差较大的情况,会影响到水文过程中其它子过程的模拟.因此选择PM法作为汉江上游流域蒸散量计算的首选方法,并通过数据分析提出利用高程对模拟结果进行修正,提高了蒸散量模拟的精度.