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濕潤平原河網區蒸散發互補關系研究取得進展

  蒸散發是地表水循環和碳循環的關鍵過程,深刻影響到地表物理、化學和生物過程,與水資源利用和時空分配密切相關。濕潤河網地區由于植被茂密、河網湖蕩密集、人類活動影響巨大,蒸散發在不同單元和地表類型上差異巨大,機制和過程尤其復雜,準確估算和預測蒸散發量成為水文、水環境、水生態、水安全等領域的核心和焦點問題。 

  近年來通過不斷發展,蒸發互補理論(認為實際蒸散與潛在蒸散間存在定量互補關系)及其模型為僅需常規氣象數據估算區域尺度蒸散提供了有力方法,然而蒸發互補理論和方法研究目前主要集中在國內外干旱區和半干旱區,在具有復雜下墊面性質的南方濕潤平原河網區缺少全面評價,限制了該區域大尺度蒸散過程的研究進展。 

  中國科學院南京地理與湖泊研究所高俊峰研究員團隊的閆人華博士,選擇太湖流域常州實驗區域,在長期蒸散發監測實驗與過程模擬工作的基礎上,取得了一系列成果: 

  1)驗證了蒸散發互補理論在該區域的適用性,闡明在地表差異性和平流影響下,稻季蒸散發互補關系呈非對稱性的機制(圖1); 

  2)通過與不同區域的對比分析,明確了濕潤平原河網區相對蒸散Ф與干燥力D分布關系,相對蒸散Ф集中在0.8以上,D主要分布在0.3-0.5之間,分布曲線與干旱區截然不同(圖2); 

  3)通過對平流-干旱AA模型(Brutsaert, 1979)、GG模型( Granger and Gray, 1989 )、廣義非線性平流-干旱B2015模型(Brutsaert, 2015)、S型廣義互補函數H2018模型(Han and Tian, 2018 )和廣義互補C2018模型( Crago and Qualls, 2018 )等 5個代表性蒸散發互補模型的適用性與預測精度對比分析,發現S型廣義互補函數(H2018)模型具有最好模擬效果(圖3),確定了一套適合濕潤河網區不同時間尺度的稻季蒸散發模型關鍵參數值(表1),并闡釋了其數值的合理性,認為受夏季東南季風帶來的太平洋和太湖冷水汽影響,且地處水網密集區,水分充足,導致模型參數α較默認值1.26偏小。 

  該研究對濕潤平原河網區的蒸散發互補理論和模型研究有示范和推廣意義,為南方平原河網區水文過程精細化模擬、水資源規劃與管理提供了科學和技術支撐。 

  研究成果近期以Evaluating the complementary relationship to calculate evapotranspiration by using multiple models in a humid lowland region, Southeast China為題已發表在國際農林科學領域著名期刊Agricultural and Forest Meteorology。 

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192321003312  

圖1 潛在蒸散與實際蒸散的非對稱性互補關系 

圖2 濕潤平原河網區相對蒸散Ф與干燥力關系分布及與干旱區對比 

圖3 不同時間尺度5個代表性模型精度評價. 平流-干旱AA模型(Brutsaert, 1979),GG模型( Granger and Gray, 1989 ),廣義非線性平流-干旱B2015模型(Brutsaert, 2015),S型廣義互補函數H2018模型(Han and Tian, 2018),廣義互補C2018模型(Crago and Qualls, 2018 ) 

表1 蒸散互補模型關鍵參數最優值(日尺度) 

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