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1982—2012年西北干旱区蒸散发组分时空变化分析

灌溉排水学报 2018年第7期37卷 120-128页

作者：李稚汪洋王志成李卫红中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 新疆农业大学草业与环境科学学院乌鲁木齐830052 新疆塔里木河流域阿克苏管理局新疆阿克苏843000

【目的】为我国西北干旱区水资源承载力评价、水资源管理和生态规划提供科学依据。【方法】从西北干旱区蒸散量及其组分(土壤蒸发、冠层截留蒸发、植被蒸腾)的时空变化入手,结合遥感反演技术,重点解析了西北干旱区山、盆相间地貌格局下... 详细信息

【目的】为我国西北干旱区水资源承载力评价、水资源管理和生态规划提供科学依据。【方法】从西北干旱区蒸散量及其组分(土壤蒸发、冠层截留蒸发、植被蒸腾)的时空变化入手,结合遥感反演技术,重点解析了西北干旱区山、盆相间地貌格局下的实际蒸散发总量及其组分变化的趋势及时空分异规律。【结果】1982―2012年西北干旱区实际蒸散发(Eta)以-0.053 mm/a的速率总体略呈下降趋势。蒸散发3个组分中,土壤蒸发(E_s)占蒸散发总量的比例最大,约占总蒸散量的76%,是蒸散发总量下降趋势的最主要和最直接贡献分量;土壤蒸发(E_s)约在2000年发生了一个不明显的转折,由2000年之前以-0.518 mm/a的速率略微下降转变为以0.595 mm/a的速率略微上升。而植被蒸腾(E_c)和冠层截留蒸发(E_i)分别占总蒸散量的22.7%和1.3%,在1982―2012年分别以0.124 mm/a和0.007mm/a的速率呈现上升趋势。【结论】西北干旱区蒸散发3组分所占比为土壤蒸发(E_s)>植被蒸腾(E_c)>冠层截留蒸发(E_i),伴随着2000年以来区域的跃变式高温波动,自2000年以来,土壤蒸发(E_s)加大,0~10、10~40 cm的浅层土壤水散失加大,荒漠植被经历了先增加后退化的过程,原本就十分脆弱的浅根系荒漠植被覆盖区面临更严峻的生态干旱风险。

关键词：蒸散发组分土壤蒸发植被蒸腾冠层截留蒸发西北干旱区

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基于稳定同位素的塔河典型植物水分来源和蒸散发组分分割研究

基于稳定同位素的塔河典型植物水分来源和蒸散发组分分割研究

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作者：王勇中国科学院大学

学位级别：硕士

蒸散发是陆地生态系统水分耗散的重要途径，与陆地植被总生态系统生产量密切相关。干旱区陆地生态系统水文过程的动态变化取决于植物水分利用和植物水分利用效率。识别地表植被水分来源，明确地表生态系统中非生产性（裸地蒸发）与生产... 详细信息

蒸散发是陆地生态系统水分耗散的重要途径，与陆地植被总生态系统生产量密切相关。干旱区陆地生态系统水文过程的动态变化取决于植物水分利用和植物水分利用效率。识别地表植被水分来源，明确地表生态系统中非生产性（裸地蒸发）与生产性水分损失（蒸腾）的相对量，是探明干旱地区水分耗散过程的关键。本文结合相关气象资料和实测数据，研究了塔里木河流域降水δD和δ18O时空变化特征，分析了大气降水同位素分馏特征和影响因素;结合当地大气水线特征，对不同林龄胡杨和柽柳的蒸腾进行了水源分割，定量确定了蒸腾耗水的来源。利用蒸腾和蒸发同位素特征不同对不同地下水埋深地表蒸散发组分进行水文分割，并结合水量平衡方法验证了同位素方法分割结果;结合植物生长指标测定以及同位素特征值定量识别不同地下水埋深地表蒸散发及其组分的耗水来源。主要研究结果如下:\n (1)塔里木河流域地区大气降水线方程(LMWL)为δD=6.92δ18O+5.58(n=38，R2=0.94)，斜率和截距分别为6.98和5.58，均显著低于全球、全国以及新疆地区大气水线。该地区大气降水同位素特征具有明显的年际变化和月际变化，呈现出5-6月份低，7-8月份高的特点，δ2H和δ18O的变化过程基本一致。塔里木河流域降水δ18O和δD与空气温度存在正相关关系，温度效应较为明显，相关方程分别为:δ18O=0.78T-17.88(R2=0.35，n=38)和δD=5.46T-119.03(R2=0.36，n=34)。大气降水的氘盈余变化范围为-15.23‰～24.24‰，均值为8.25‰，小于全球降水线方程的截距10，氘盈余变化范围较大说明大气降水水汽来源区湿度和蒸发非平衡分馏程度变化大。\n (2)研究区植物水和土壤水的降水偏离值分别为-8.57和-6.88，与地下水的降水偏离程度(-1.89)存在显著差异(P＜0.05)，表明大气降水补给各水源过程中会发生生态水分分离现象，存在两个不均一、不完全混合的水源库，分别维持植物需水耗水和地下水补给。不同林龄胡杨和柽柳水分利用来源存在差异，吸水层位随林龄增加而加深。胡杨幼苗和成熟木主要利用0-60cm浅层土壤水，利用比例达到53.4％，平均吸水深度为33.77cm;成熟胡杨和柽柳幼苗可能存在水分竞争关系，二者主要水分来源均为30-100cm土壤水和地下水，具体利用比例略有差异，平均吸水深度分别为65.71cm和46.54cm;成熟柽柳则主要利用深层土壤水和地下水，利用比例达到61.9％。无论在幼苗阶段或成熟阶段，柽柳水分利用层位均低于胡杨，对干早环境的适应性更强。\n (3)整个试验阶段胡杨的蒸腾量随地下水埋深增加而增加，且占地表蒸散量的比重不断增加，最大值达到77.55％，蒸散量达到最大值62.62mm。当地下水埋深浅于100cm时，土壤蒸发比重较高，植物水分耗散仅来源于表层土壤，可消耗量小，使得土壤蒸发成为浅地下水埋深条件下主要的水分耗散形式，胡杨蒸腾占地表蒸散的比重低于或近似于50％，地表耗水以土壤蒸发为主;当地下水埋深低于100cm时，地表水分耗散形式以植物蒸腾为主。柽柳蒸腾量在100cm地下水埋深处达到最大值，且后期蒸腾量远高于前期期。试验前期，柽柳的蒸腾蒸散比重(mt/me)均低于50％，各地下水埋深下柽柳地表蒸散发以土壤蒸发的形式为主;试验后期，当地下水埋深低于100cm时，地表耗水以植物蒸腾为主。与胡杨相比，试验前期柽柳地表蒸散发量低于胡杨，且蒸腾量较小，mt/met的值较低。

关键词：干旱地区植物水分来源蒸散发组分水文分割稳定氢氧同位素

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基于改进S-W模型的南小河沟流域蒸散发分配及控制机制

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干旱区研究 2024年第11期41卷 1819-1830页

作者：杨楠宋孝玉邓建伟李蓝君赵新凯孟鹏飞符冲魏婉茵张育斌丁林李浩霖甘肃省水利科学研究院甘肃兰州73000 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 北京工业大学北京100124

精准量化蒸散发(ET)及组分并探明其控制因子,有利于合理评价及规划管理区域水资源。根据黄土高原水土保持治理典型小流域南小河沟流域2016—2020年连续性长期观测数据及野外试验,基于改进的S-W(Shuttleworth-Wallace)模型,模拟典型人工... 详细信息

精准量化蒸散发(ET)及组分并探明其控制因子,有利于合理评价及规划管理区域水资源。根据黄土高原水土保持治理典型小流域南小河沟流域2016—2020年连续性长期观测数据及野外试验,基于改进的S-W(Shuttleworth-Wallace)模型,模拟典型人工林地ET及组分动态变化,并利用结构方程模型(Structural Equation Modeling,SEM)分析植物蒸腾(T)、土壤蒸发(E)与控制因子间的耦合关系。结果表明:(1)改进的S-W模型在南小河沟流域适用性较好,其中土壤表面抗阻力(r_(s)^(s))的阈值为50~2500 s·m^(-1),与土壤表层含水量(θ)经验函数类型为指数型,土壤颗粒中沙粒含量越大,线型斜率越大。(2)典型人工林地ET范围为276.76~402.86 mm,多年平均T、E占ET的51.6%和48.4%,ET、T和E规律为各月间变化不明显,但日间波动剧烈,T和E波动趋势基本一致,与年降雨量变化一致,和次降雨表现滞后性。(3)SEM分析净辐射(R_(n))、气温(T_(a))、θ对ET影响最为显著,其中R_n对T影响最大(总影响为0.614),T_(a)对E影响最大(总影响为0.426);T对E体现为正相关,贡献系数达0.503。基于改进的S-W模型对ET进行评价及组分分离,为深刻揭示干旱半干旱区生态水文过程提供依据。

关键词：蒸散发组分改进S-W模型 SEM模型蒸发抗阻力南小河沟流域

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小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落蒸散发模拟

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中国沙漠 2019年第4期39卷 177-186页

作者：包永志段利民刘廷玺王冠丽童新内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古农业大学水资源保护与利用重点实验室内蒙古呼和浩特010018

基于2016、2017年生长季原位气象监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型模拟了科尔沁沙地主要固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落的蒸散发,对蒸散组分进行了拆分,并利用涡度相关系统对模拟蒸散发值进行了验证。结果表... 详细信息

基于2016、2017年生长季原位气象监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型模拟了科尔沁沙地主要固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落的蒸散发,对蒸散组分进行了拆分,并利用涡度相关系统对模拟蒸散发值进行了验证。结果表明:2016、2017年生长季小叶锦鸡儿群落蒸散发量分别为345.4、325.2 mm,土壤蒸发量分别为93.8、83.8 mm,植被蒸腾量分别为251.6、241.4 mm,土壤蒸发占总蒸散发分别为27.2%、25.8%。30 min尺度上模拟值与实测值一致性较高,模拟精度大体表现为晴天>阴天>雨天。持续干旱和降水后,小叶锦鸡儿蒸腾耗水规律明显不同,持续干旱时期小叶锦鸡儿保持较低的蒸腾耗水,且具有明显的"午休"现象,连续降水后小叶锦鸡儿"午休"消失,蒸腾耗水增强。饱和水汽压差是影响小叶锦鸡儿蒸散发的主要因子。

关键词：蒸散发组分 S-W模型干旱降水

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大气水汽稳定同位素组成在生态系统水循环中的应用

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浙江农林大学学报 2016年第1期33卷 156-165页

作者：王帆江洪牛晓栋南京大学国际地球系统科学研究所江苏南京210023 浙江农林大学浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室浙江临安311300

水汽稳定同位素组成(δv)可以为水循环研究提供大量有价值的信息。近年来,稳定同位素红外光谱技术(isotope ratio infrared spectroscopy,IRIS)的发展为获得高时间分辨率的水汽稳定同位素原位测量数据提供了可能。在水汽稳定同位素组成... 详细信息

水汽稳定同位素组成(δv)可以为水循环研究提供大量有价值的信息。近年来,稳定同位素红外光谱技术(isotope ratio infrared spectroscopy,IRIS)的发展为获得高时间分辨率的水汽稳定同位素原位测量数据提供了可能。在水汽稳定同位素组成研究取得了巨大进展的同时,适时对δv及其在生态系统水循环应用的研究进展进行综述,可以为后续研究提供借鉴和参考。从5个方面对水汽稳定同位素组成的研究进行了详述,分别是:1水汽稳定同位素分析仪的在线校正;2δv的变化规律;3氘过量的变化特征;4蒸散发组分的区分;5叶片水18O富集的估算。目前水汽稳定同位素的观测站点十分稀少,尽快建立全球的水汽稳定同位素观测网络并进行长时间的连续观测,将大大促进生态系统水循环和生态过程解析及其模拟方面的研究。同时,将稳定同位素在线观测数据和通量观测以及遥感模型结合起来,可以更好地揭示区域乃至全球水循环模式和机理机制。

关键词：生态学校正氘过量蒸散发组分区分叶片水18O富集水汽稳定同位素组成综述

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