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1. chinaXiv:202006.00031 [pdf]

气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化

张国宏; 张冬峰; 赵永强; 田国珍; 安炜
Subjects: Geosciences >> Geography

利用1961-2017年山西省67个台站观测资料和FAO Penman-Monteith模型,运用统计学方法,研究了山西省近57 a地表干燥度的时空变化,分析了干湿区界限的年代际波动和面积变化,探讨了影响本区域干燥度的主要影响因素,结果表明:以年干燥度指数2. 0为标准,山西全省可划分为半干旱和半湿润2个分区,其分区与植被覆盖度十分吻合;山西省北部和东南部地区呈变湿趋势,2000年之后尤为明显,而西南部大部为变干趋势;干燥度指数在1960-1990年代呈波动上升趋势,之后呈下降趋势;降水量在1990年代前呈下降趋势,之后呈上升趋势;蒸散量的变化分3个阶段,1960-1970年代为上升趋势,1980-2000年代较为稳定,之后呈增加趋势;干湿区界限经历了1960-1990年代的东南向位移和之后的西北向位移2个阶段,相应的干旱区面积占总面积的比例由52%扩展到73 %,之后缩减到23 %;降水量和蒸散量均同干燥度有显著相关性,且降水量同干燥度的相关性大于蒸散量,而相对湿度、平均风速和日照时数同干燥度相关不显著,但同蒸散量显著相关,最高和最低气温同干燥度或蒸散量的相关性均不显著;晋西北沙漠化年代际变化趋势与干燥度变化趋势一致,干湿状况是晋西北沙漠化变化趋势的重要影响因子。

submitted time 2020-06-02 From cooperative journals:《干旱区地理》 Hits757Downloads83 Comment 0

2. chinaXiv:202005.00089 [pdf]

Uncertainty assessment of potential evapotranspiration in arid areas, as estimated by the Penman-Monteith method

HUA Ding; HAO Xingming; ZHANG Ying; QIN Jingxiu
Subjects: Biology >> Botany >> Applied botany

The Penman-Monteith (PM) method is the most widely used technique to estimate potential worldwide evapotranspiration. However, current research shows that there may be significant errors in the application of this method in arid areas, although questions remain as to the degree of this estimation error and how different surface conditions may affect the estimation error. To address these issues, we evaluated the uncertainty of the PM method under different underlying conditions in an arid area of Northwest China by analyzing data from 84 meteorological stations and various Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) products, including land surface temperature and surface albedo. First, we found that when the PM method used air temperature to calculate the slope of the saturation vapor pressure curve, it significantly overestimated the potential evapotranspiration; the mean annual and July–August overestimation was 83.9 and 36.7 mm, respectively. Second, the PM method usually set the surface albedo to a fixed value, which led to the potential evapotranspiration being underestimated; the mean annual underestimation was 27.5 mm, while the overestimation for July to August was 5.3 mm. Third, the PM method significantly overestimated the potential evapotranspiration in the arid area. This difference in estimation was closely related to the underlying surface conditions. For the entire arid zone, the PM method overestimated the potential evapotranspiration by 33.7 mm per year, with an overestimation of 29.0 mm from July to August. The most significant overestimation was evident in the mountainous and plain non-vegetation areas, in which the annual mean overestimation reached 5% and 10%, respectively; during July, there was an estimation of 10% and 20%, respectively. Although the annual evapotranspiration of the plains with better vegetation coverage was slightly underestimated, overestimation still occurred in July and August, with a mean overestimation of approximately 5%. In order to estimate potential evapotranspiration in the arid zone, it is important that we identify a reasonable parameter with which to calibrate the PM formula, such as the slope of the saturation vapor pressure curve, and the surface albedo. We recommend that some parameters must be corrected when using PM in order to estimate potential evapotranspiration in arid regions.

submitted time 2020-05-31 From cooperative journals:《Journal of Arid Land》 Hits3806Downloads303 Comment 0

3. chinaXiv:202004.00051 [pdf]

Uncertainty assessment of potential evapotranspiration in arid areas, as estimated by the Penman-Monteith method

HUA Ding; HAO Xingming; ZHANG Ying; QIN Jingxiu
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

The Penman-Monteith (PM) method is the most widely used technique to estimate potential worldwide evapotranspiration. However, current research shows that there may be significant errors in the application of this method in arid areas, although questions remain as to the degree of this estimation error and how different surface conditions may affect the estimation error. To address these issues, we evaluated the uncertainty of the PM method under different underlying conditions in an arid area of Northwest China by analyzing data from 84 meteorological stations and various Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) products, including land surface temperature and surface albedo. First, we found that when the PM method used air temperature to calculate the slope of the saturation vapor pressure curve, it significantly overestimated the potential evapotranspiration; the mean annual and July–August overestimation was 83.9 and 36.7 mm, respectively. Second, the PM method usually set the surface albedo to a fixed value, which led to the potential evapotranspiration being underestimated; the mean annual underestimation was 27.5 mm, while the overestimation for July to August was 5.3 mm. Third, the PM method significantly overestimated the potential evapotranspiration in the arid area. This difference in estimation was closely related to the underlying surface conditions. For the entire arid zone, the PM method overestimated the potential evapotranspiration by 33.7 mm per year, with an overestimation of 29.0 mm from July to August. The most significant overestimation was evident in the mountainous and plain non-vegetation areas, in which the annual mean overestimation reached 5% and 10%, respectively; during July, there was an estimation of 10% and 20%, respectively. Although the annual evapotranspiration of the plains with better vegetation coverage was slightly underestimated, overestimation still occurred in July and August, with a mean overestimation of approximately 5%. In order to estimate potential evapotranspiration in the arid zone, it is important that we identify a reasonable parameter with which to calibrate the PM formula, such as the slope of the saturation vapor pressure curve, and the surface albedo. We recommend that some parameters must be corrected when using PM in order to estimate potential evapotranspiration in arid regions.

submitted time 2020-04-23 From cooperative journals:《Journal of Arid Land》 Hits297Downloads156 Comment 0

4. chinaXiv:201911.00057 [pdf]

潜在蒸散发估算的简化方法及其应用

张颖; 郝兴明
Subjects: Geosciences >> Atmospheric Sciences

潜在蒸散发在区域水量平衡、干旱程度评价、农作物需水量等方面的研究中具有重要的作用。然而,潜在蒸散发的空间化处理一直以来都是相关研究面临的一个挑战。基于新疆地区1960—2017年66个气象站的观测数据,通过一种简单的参数方程,实现了潜在蒸散发(ET0)的空间化处理。研究结果表明:① 简化参数方程中的2个重要参数a,c的空间分布呈现一定的规律,参数a在空间上呈现东南高,西北低的特点;参数c则随海拔的增加而增大。② 简化参数方程与Penman-Monteith方法相比,拟合结果在日、月和季节尺度上的R2值均大于0.90,且R2值随时间尺度的增加而增加。③ 将简化参数方程的拟合结果与CRU数据和MOD16A2数据进行对比发现:简化参数方程与Penman-Monteith方法拟合的R2值较高,拟合效果和偏差指标表现更佳,而CRU、MOD16A2数据拟合的R2值较低。简化参数方程所获得的潜在蒸散发精度高且空间分辨率更高(500 m×500 m),是一种适用于新疆地区潜在蒸散发估算的简便有效的方法。

submitted time 2019-11-14 From cooperative journals:《干旱区研究》 Hits559Downloads334 Comment 0

5. chinaXiv:201911.00061 [pdf]

1961—2017年柴达木盆地干湿状况及其影响因子

?张旺雄; 刘普幸
Subjects: Geosciences >> Atmospheric Sciences

根据1961—2017年柴达木盆地8个气象站数据资料,采用联合国粮农组织FAO推荐的Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,继而算得湿润指数,辅以气候倾向率、M-K检验、Morlet小波周期和主成分分析等方法,探究柴达木盆地干湿变化特征及影响因素。结果表明:1961—2017年,柴达木盆地整体具有变湿趋势,变化倾向率为0.007·(10a) -1(α≥0.001),且湿润指数年际变化波动较大,变异系数为30.73%,春、夏、秋、冬四季湿润指数均呈上升趋势,倾向率分别为0.003·(10a)-1、0.009·(10a)-1、0.004·(10a)-1、0.003·(10a)-1;空间变化差异显著,盆地东部地区变湿趋势大于西部,德令哈和都兰变湿趋势最为显著;湿润指数在1981年和1986年发生突变,且存在2.8 a和3.6 a(α≥0.05)的变化周期,与大气环流2~4 a周期较吻合;主成分分析表明,降水量和平均气温是柴达木盆地湿润指数主要影响因子。此外,湿润指数与北半球极涡面积和强度及亚洲区极涡面积和强度关系密切,相关系数分别为-0.46、-0.36、-0.49、-0.47,均通过99%的显著性检验。

submitted time 2019-11-14 From cooperative journals:《干旱区研究》 Hits554Downloads324 Comment 0

6. chinaXiv:201909.00155 [pdf]

1967—2017年甘肃省小麦需水量和缺水量时空特征

张华; 王浩
Subjects: Geosciences >> Other Disciplines of Geosciences

基于甘肃省28个气象站点1967—2017年的逐日气象数据,采用Penman-Monteith 公式和作物系数计算了小麦的需水量,结合美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,进一步得出小麦缺水量,并分析了小麦需水量与缺水量的变化趋势和空间分布特征,探讨了小麦需水量影响因子重要程度。结果表明:1967—2017年甘肃省春、冬小麦全生育期的年平均需水量分别为517.03 mm和436.70 mm,年平均缺水量分别为468.24 mm和301.54 mm;在时间上,51 a来春小麦种植区内的需水量与缺水量整体上无明显的趋势变化,而冬小麦种植区内的需水量与缺水量整体上呈明显上升趋势;在空间上,春小麦种植区内需水量和缺水量大致由西北向东南递减,冬小麦种植区内的需水量和缺水量大致由西向东递减。甘肃省小麦生育期内日照时数和日平均气温是影响小麦需水量的主要因素。

submitted time 2019-09-11 From cooperative journals:《干旱区地理》 Hits505Downloads323 Comment 0

7. chinaXiv:201908.00013 [pdf]

2000—2015年三江平原主要作物需水量特征及影响因素分析

任修琳; 李宏亮; 张玉虎; 蒲晓; 张立林
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

全生育期内作物需水量的研究是农业水资源有效利用和进行合理灌溉的重要依据。基于三江平原22个气象站点2000—2015年逐日气象观测资料及中国区域地面气象要素数据集,利用国际粮农组织 (FAO)Penman-Monteith模型和分段单值平均作物系数法,分别对三江平原水稻、玉米和大豆的作物需水量进行计算,分析作物需水量年际变化特征,采用通径分析法研究作物需水量的变化成因。结果表明:(1)三江平原16 a来年均参考作物蒸散量为537.4 mm,日均为 3.5 mm,呈波动减少趋势。(2)生长季内,水稻在分蘖期需水量最大,为177.1 mm,玉米在七叶期需水量最大,为99.7 mm,大豆在结荚期需水量最大,为96.1 mm;水稻、玉米和大豆的净灌溉需水量分别为195.4 mm、130.8 mm和72.2 mm,对灌溉的依赖程度水稻>玉米>大豆。(3)由通径分析结果可知,三江平原作物需水量的主要影响因素为净辐射、气温和日照时数。

submitted time 2019-08-02 From cooperative journals:《干旱区地理》 Hits1650Downloads280 Comment 0

8. chinaXiv:201810.00176 [pdf]

近55 a渭河流域气候变化

冯星; 郭建青
Subjects: Geosciences >> Atmospheric Sciences

利用渭河流域21个气象站点1960—2015年逐日气象资料,应用一元线性趋势分析、Penman-Monteith模型和Morlet小波分析等技术手段分别研究年、月地表湿润指数,并对其进行标准化和气温、降水以及极端干旱事件的变化趋势,并分析年内变化规律,以期更好的揭示渭河流域近55年气候的变化规律。结果表明:(1)渭河流域近55a的气温总体上在波动中呈小幅增加的趋势,其中80年代中期到90年代初期气温的增长幅度较大,为气温升高的主要时期,年均降水量和极端干旱频率呈现小幅减少的趋势,下降的主要时期集中在80年代中后期到90年代初期和21世纪初。(2)小波周期分析发现渭河流域极端干旱事件的震荡周期尺度为13~15a和25~30a,气温震荡周期的时间尺度为13~15a和25~30a,年将水量的小波振荡周期为15~17a和25~30a。主震荡周期的时间尺度均为25~30a,次震荡周期的时间尺度也较为接近,为13~15a和15~17a,说明三者的变化规律在一定程度上有一定的相似性。(3)研究区内五个区域的气候变化特征同时存在着一定的差异性,天水-西吉流域的年均降水量和极端干旱事件发生频率的减少幅度和年均气温的增加幅度是5个区域里变化最大的,吴其-状头区域的年均降水量和极端干旱事件的减少频率和年均温度的增加频率是5个区域里变化幅度最小的,但在总体上各区域气候要素变化趋势上是保持一致的。

submitted time 2018-10-23 From cooperative journals:《干旱区地理》 Hits1147Downloads243 Comment 0

9. chinaXiv:201711.02332 [pdf]

喀斯特与非喀斯特地区参考作物蒸散量时空变化分析——以广西壮族自治区为例

吴丽萍; 陈洪松; 连晋姣; 付智勇; 王 升
Subjects: Agriculture, Forestry,Livestock & Aquatic Products Science >> Basic Disciplines of Agriculture

参考作物蒸散量(ET0)是确定植被生态系统需水量的关键因子, 其时空分布特征及主要影响因素分析对于制定植被恢复策略与区域水资源配置方案具有重要意义。本文基于FAO-56 Penman-Monteith 公式和广西地区25 个气象站点1960—2010 年的逐日资料, 计算了各站点的ET0, 在此基础上采用GIS 的克里金插值、Spearman 秩次相关法和通径分析方法分析了广西喀斯特与非喀斯特地区ET0 的时空变化特征及其影响因子。结果表明, 51 年来广西各站点多年平均ET0 为1 138 mm?a?1; 空间分布呈由南向北、由低纬度向高纬度递减的特征, 高值区主要分布在非喀斯特地区, 低值区主要分布在喀斯特地区。喀斯特与非喀斯特地区年ET0 累积距平曲线均呈“N”型分布; 20 世纪70 年代最高, 90 年代最低, 21 世纪以来年ET0有所回升, 但仍低于51 年平均值。此外, 喀斯特地区ET0 年际变化小于非喀斯特地区。日照时数、风速和平均温度是影响非喀斯特地区年ET0变化的主要气象因子, 而相对湿度则通过与其他气象因子的相互作用间接对喀斯特地区年ET0 的变化产生较大影响。在季节尺度上, 日照时数和平均气温在各季节都是ET0 最主要的影响因子, 与ET0 呈正相关关系; 风速在喀斯特地区冬、春两季对ET0 的间接作用系数为负, 在非喀斯特地区并未发现这一现象。了解不同地区ET0 的变化趋势是植被生态需水定额计算的必要措施。

submitted time 2017-11-10 From cooperative journals:《中国生态农业学报》 Hits1894Downloads1067 Comment 0

10. chinaXiv:201711.02121 [pdf]

黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗的环境响应及模拟

吴 林; 刘兴冉; 闵雷雷; 沈彦俊; 刘峰贵; 周晓旭
Subjects: Agriculture, Forestry,Livestock & Aquatic Products Science >> Basic Disciplines of Agriculture

蒸散发(ET)是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节, 精确估算蒸散发, 对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义, 而冠层阻抗则是准确估算蒸散发的一个重要变量。为了确定冠层阻抗模型区域适用性、解决其参数化问题, 本研究基于黑河重大研究计划已有的通量观测数据, 以Irmak 模型为基础,考虑微气象因子与冠层阻抗之间的关系, 增加了大气CO2 浓度对冠层阻抗的影响, 构建了未考虑CO2 和考虑CO2 影响的两种Irmak 模型, 并将其与Penman-Monteith(P-M)模型耦合, 利用已有涡度相关数据, 分析和检验了两种冠层阻抗模型对环境变量和大气CO2 浓度响应的模拟结果, 并对模型参数进行敏感性分析。结果表明:将考虑大气CO2 浓度影响的Irmak 模型与Penman-Monteith 模型耦合, 能够更好地模拟玉米冠层阻抗和蒸散量对外部环境变量的响应过程。在参数率定期该模型所模拟的冠层阻抗和蒸散量与实测值之间的R2 分别达0.76和0.95, RMSE 分别达33.1 s·m?1 和34.5 W·m?2; 模型验证期冠层阻抗和蒸散量模拟值与实测值之间的R2 分别达0.68 和0.90, RMSE 分别达63.2 s·m?1 和49.0 W·m?2。两个独立验证点结果表明考虑了大气CO2 浓度影响的Irmak 模型具有较好的空间可移植性和适应性, 模型能够较为准确地模拟玉米在整个生长季半小时时间尺度上的农田耗水过程。敏感性分析表明玉米冠层阻抗及其蒸散量对净辐射和相对湿度变化最为敏感, 其次是气温、叶面积指数和大气CO2 浓度。本文所构建的考虑大气CO2 浓度对于玉米冠层阻抗影响的Irmak 模型能够较为准确地估算作物蒸散量, 并可为种植结构调整、土地利用方式改变以及大气CO2 浓度变化环境下的农田耗水研究提供一定的研究依据。

submitted time 2017-11-08 From cooperative journals:《中国生态农业学报》 Hits849Downloads489 Comment 0

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