植物蒸散耗水量测定方法研究进展_司建华
华北平原地区土壤蒸散发计算模型研究
华北平原地区土壤蒸散发计算模型研究【摘要】本研究旨在探讨华北平原地区土壤蒸散发计算模型的研究。
文章首先介绍了研究背景和研究意义，随后分析了华北平原地区土壤蒸散发的情况，并综述了相关研究。
基于水热动力学的土壤蒸散发计算模型被提出，并对模型进行了改进和参数校准。
通过模型验证和应用案例分析，可以更好地理解土壤蒸散发的特点和规律。
最后总结了华北平原地区土壤蒸散发计算模型的优化，并展望了未来的研究方向。
这些研究成果将有助于提高土壤水分管理的效率，为农业生产提供科学依据。
【关键词】华北平原地区、土壤蒸散发、计算模型、水热动力学、参数校准、应用案例分析、优化、研究展望1. 引言1.1 研究背景华北平原地区是中国重要的农业生产区之一，而土壤蒸散发是农业生产中一个至关重要的生态过程。
土壤蒸散发的准确计算能够有效指导农业灌溉和水资源管理，提高农业生产效率和水资源利用率。
目前针对华北平原地区土壤蒸散发的计算模型仍存在许多不足之处，例如在考虑地区特殊气候条件和土壤类型的差异性方面还不够全面。
开展华北平原地区土壤蒸散发计算模型的研究具有重要的理论和实际意义。
随着气候变化和农业生产的发展，需要建立更加精准、适用于华北平原地区的土壤蒸散发计算模型，以提高农业生产效率和水资源利用效率。
本研究旨在针对华北平原地区土壤蒸散发的特点，建立改进的计算模型，并通过实际案例分析和验证，探索其在农业生产中的应用前景。
通过深入研究华北平原地区土壤蒸散发的计算模型，能够为区域农业生产提供科学的支撑，促进农业可持续发展和水资源合理利用。
1.2 研究意义华北平原地区是我国重要的农业产地之一，土壤蒸散发是影响作物生长和水资源利用的重要因素。
研究华北平原地区土壤蒸散发计算模型的意义在于深入了解该地区的水热状况，为合理调控农田灌溉水量、提高作物水分利用效率提供科学依据。
通过建立精准的计算模型，可以更准确地预测土壤蒸散发量，为农业生产提供科学依据，避免水资源浪费和土壤水分过度补给。
乔木蒸腾作用的主要测定方法_马玲
乔木蒸腾作用的主要测定方法＊马 玲 赵 平＊＊ 饶兴权 蔡锡安 曾小平(中国科学院华南植物研究所,广州510650)摘 要 参阅了近年来国内外研究树木蒸腾作用的文献,对研究乔木水分利用的各种代表性方法(整树容器法、称重法、蒸渗仪法、Li -1600稳态气孔计法、风调室法、遥感法、水量平衡法、组织热平衡法、热脉冲法、涡动相关法、波文比法、彭曼联合法)的原理、应用技术与方法进行探讨,分析其优缺点,并具体介绍作者目前所采用的热扩散式探针法及遇到的问题与改进,认为热扩散探针法(T DP )是目前研究乔木整树蒸腾作用比较理想的方法。
关键词 蒸腾作用,水分利用,热扩散式探针法,整树中图分类号 Q948.11 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2005)01-0088-09Main determination methods of tree transpiration .M A Ling ,ZHAO Ping ,RAO Xingquan ,CA I Xi 'an ,Z ENG Xiaoping (South China I nstitute of Botany ,Chinese Academy of Sciences ,Guangz hou 510650,China ).Chinese Journal of Ecology ,2005,24(1):88～96.Referring to both domestic and overseas literature on transpiratio n ,some representa tiv e methods including w ho le -tree pho tometer ,weighing ,lysime ter ,Li -1600steady state porometer ,ventilated chamber ,remo te sensing ,water balance ,tissue heat balance ,heat pulse velocity ,eddy correlation ,BREB and Penman M onteith w ere discussed .T he theories and techniques were summarized and the merits and drawbacks were analyzed .T he thermal dissipation probe method w e adopted presently w as concretely introduced with the possible problems in the application and some sugg ested improvements .At last ,the autho rs concluded that the thermal dissipation probe method was ra ther perfect to study a w hole tree transpiration .Key words transpira tio n ,water use ,thermal dissipation probe ,w hole tree .＊国家自然科学基金项目(30270239)、广东省自然科学基金项目(31265)、中国科学院知识创新工程项目(KZCX -SW -01-018-05)和中国科学院华南植物研究所所长基金资助项目(2002-2110)。
植物水分利用策略研究进展
广西植物Guihaia 30(1):82-88 2010年1月植物水分利用策略研究进展王平元1,2,刘文杰1*,李鹏菊1,2,李金涛1,2( 1.中国科学院西双版纳热带植物园,昆明650223; 2.中国科学院研究生院,北京100049)摘 要:水分是影响植物生长发育的重要因子之一。
地球上大多数生态系统中的植物都会经历一个降水相对稀少的干旱季节,植物在不同的季节与不同的生态系统中究竟如何利用水分,利用哪些水分去获得生存,成为一个人们关注的问题。
在过去的20年,稳定同位素技术在植物生态学中的应用得到了稳定长足的发展。
因为陆地植物(少数排盐种类除外)在水分吸收过程中不发生同位素分馏,因此可以利用 D与 18O数据进行水分获取方式的研究。
对植物木质部水分以及其潜在水源的稳定同位素进行分析,并参考土壤水势、叶片水势、土壤含水量等数据,同时运用二元或三元混合模型,可以定量确定植物的水分利用来源。
大量的研究表明,不同功能型、生长阶段、季节的植物以及不同物种往往具有不同的水分利用策略。
关键词:水分利用策略;稳定同位素;水分来源;水分再分配;植物功能型;二元或三元线性混合模型中图分类号:Q948 文献标识码:A 文章编号:1000 3142(2010)01 0082 07Advances in studies on plant water use strategyW ANG Ping Yuan1,2,LIU Wen Jie1*,LI Peng Ju1,2,LI Jin Tao1,2( 1.Xishuangban na Trop ical Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Kunming650223,China;2.Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,Chi na)Abstr act:Water is one of the most important fac tors for plants grow th.Plant would unde rgo a dry season which precip itation w as less tha n wet reason in almost ec osyste ms in the w orld.H ow to use water and what w ate r to use for plants to survive in different seasons a nd ec osystems be came a matter of people c onc erns.The use of stable isotope te chniques in plant ec ologic al research had grow n ste adily during the past dec ade s.It was easy to a pply D and 18O data to water acquisition studies because there was no isotopic frac tionation during w ater uptake by te rrestrial pla nts except some salt excluding plant species.By analyzing hydrogen and oxygen isotope composition of plant xyle m w ater and availa ble plant w a ter source s,the c ontributions of the sourc es to plant could be de termined quantita tive ly using two or three compart me nt linea r mixing model.Applying isotope te chniques,coupled w ith other ec ologic al or physiological mea surements bec ame a useful w a y to link the water source s used by pla nts to other aspec ts of their w ate r rela tion.M ixing model hadmany disadvantages when the sources w e re more than three.Rec ently,a set of papers had provide d guideline s for the is sue.For many species,the water sourc es varie d w ith seasons,and plants w ith different func tional types and life stages had different w ater use strategies.Also,differe nt spec ies had different w a ter use strategies.Ke y wor ds:w ater use strategy;stable isotope;w ater resource;hydraulic redistribution;plant functional type;tw o or three compartment linear mixing model*收稿日期:2008 09 10 修回日期:2009 07 15基金项目:中科院西部之光!人才计划项目;国家自然科学基金(30770368,30570308);云南省自然科学基金(2006C0057M)[Support ed by thePersonnel Traini ng Plan of West Light Foundation of Chi nese A cademy of Sciences;Nat i onal Natural Sci ence Foundation of China(30770368,30570308);Nat ural Science Foundat i on of Y unnan(2006C0057M)]作者简介:王平元(1985 ),男,山东省临沂市人,硕士研究生,主要从事植物水分利用研究。
干旱地区植物水分利用效率研究进展
定量的干物质从叶子所蒸腾的水量 ， 再加上植物
所保持的那部分水分。几乎同一时间 Ｗｉ ｓ 用蒸 ｄｏ ｔｅ 腾比率一词来表示水分利用效率 ， 这个名词与需水
＊ 收稿 日期 ：０９ ４ Ｏ ２ Ｏ 一Ｏ —２
作者简介 ： 刘芝芹（ ９ ７ ， ， １ ７ ￣） 女 湖北荆 门人 ， 生态学硕 士， 师， 讲 主要从 事 生态林业工程 、 水土保持与 生态恢 复方面
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏｄ ：Ｗ ａ ｅ ｓ ｇ ｆｉｉｎ ｙ Ｔｒ ｎ ｐｒ ｔ ｎｒ ｔ ； ｈ ｔｓ ｎｈ ｔ ａｅ Ｄｅ ｅｍ ｉａｉｎ ｍｅｈ ｄ ｔｒｕ ａ ｅｅｆｃｅ ｃ ； ａ ｓ ｉａ ｉ ａｅ Ｐ ｏｏ ｙ ｔ ｅ ｉ ｒ ｔ ； ｔｒ ｎ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｃ
干旱是一个全球 问题 ， 困扰 ５ 多个国家和 是 Ｏ 地区种植业的一大难题 。人类 面临 的第一个生态 问题 就是水分 不 足 。 因干 旱胁 迫 带 来 的 减产 超 过
了其 它逆 境 因子 的总 和 ， 种 状 况 在 我 国尤 为 突 这
１ 植物水分利用效率概念的发展
水分利用效率 ＷＵ Ｅ是用以描述植物产量与消 耗水量之间关 系 的名词 ， 随着 科学 技术 的发展 而发
Ｌｉ ｉｉ ＴｕＪｎ ｕＺｈｑｎ ｉｇ
（ ｏ ｔ ｗｅ ｔＦ ｒ ｓ Ｃｏｌｇ Ｋｕ Ｍ ｉ ｇ ６ ０ ２ ） Ｓ ｕ ｈ ｓ ｏ ｅ ｔ ｌ ｅ ｅ ｎ ｎ ５ ２ ４
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｌｏ ｓ ｒ ｉａ ａｅ ｉ ｒｄ ｒｇｏ ｓ ｗａ ｌ ｙ ｎ ｆｄ ｆｉｕｔｐ ｏ ｌｍ ｓｔ ａ ｅ ｐｅ ｅ ｏ ｅｔ ｗ ｕ ｖｖ ｌｒｔ ｎ ａ ｉ ｅ ｉｎ ｓ ａｗａ ｓ ｏ ｅ ｏ ｉｆｃ ｌ ｒ ｂｅ ｈ ｔｐ ｒ ｌｘ ｄ ｄ ｍ ｓｉ ｃ
遥感技术估算干旱区蒸散发研究进展
此很难取得准确的估算结果［%9，%"］!虽然这种状况可以通过多点观测来加以改善，但多点密集观测成本高，并且对于大尺度蒸散发研究依然存在尺度转换问题!而遥感方法空间连续和时间动态变化的特点，能够轻易实现由点到面的转换，同时可以提供与地表蒸散和能量平衡过程密切相关的参数，这些特点使其在干旱区大尺度蒸散发估算研究中得到了广泛应用!! 遥感反演干旱区地表特征参数遥感方法是一种间接的蒸散发估算方法，并不能直接估算得到蒸散发，而是将其反演的干旱区地表参数输入模型中，计算得到实际的蒸散发!应用遥感技术估算蒸散发的关键技术是如何使用遥感数据准确获取地表反照率"植被参数和地表温度!这; 个参数可以综合反映干旱区下垫面的几何结构和湿热状况，并影响着地表能量收支"动量和热量传输等，它们反演的正确与否直接影响到干旱区地表蒸散发估算精度，因此，学者们针对这; 个地表参数开展了大量研究!’3 ( 地表反照率地表反照率表示到达地表的太阳辐射中不能被地表吸收的部分，决定了地表蒸散发有效能量的大小!反演地表反照率最主要的影响因素有太阳高度角和地表覆盖类型［%7］!太阳高度角对地表反照率的作用是间接的，主要是通过改变地表粗糙度的大小来影响太阳辐射形成的阴影面积，从而影响地表反照率的大小!刘辉志等［%#］通过研究干旱区不同下垫面地表反照率特点指出: 太阳高度角低于>$]的情况下，地表反照率会随着太阳高度角的增加而降低，但当太阳高度大于>$]时，地表反照率基本上趋于不变!张果等［%8］在对内蒙古荒漠草原地表反照率研究中得到了和刘辉志相同的结论，并指出地表反照率与太阳高度角呈指数关系!文莉娟等［!$］对干旱区绿洲地表反照率进行了研究，结果表明: 在太阳高度角为;$]时早上比下午的地表反照率大$3 $;%，在太阳高度角为>$] = 9$]时，上午和下午的地表反照率基本一致!吴艾笙等［!%］对黑河实验区不同下垫面的地表反照率和太阳高度角进行了研究，并建立了地表反照率和太阳高度角的函数关系!同时，也有学者提出地表反照率也会随着下垫面的不同存在明显的差异［!!］!陈云浩等［!;］按照不同下垫面土地利用类型分别建立了相应的地表反照率计算方法，并对我国西北地区地表反照率进行了计算，计算精度较高!肖瑶等［!>］对西藏北部; 种不同植被类型下垫面的地表反照率特征进行了分析，结果表明: 与其他植被类型相比，荒漠草原反照率最大!郭建茂等［!9］在宁夏地区对地表特征参数的研究中，得到地表反照率的低值区多为水体和浓密植被，最高值区为裸地!张杰等［!"］应用+f,6?f’-,卫星资料反演了西北干旱绿洲的地表反照率，得到结论土壤"植被"沙漠"水体的地表反照率存在显著不同!虽然学者们在我国西北干旱区开展了大量的地表反照率研究，且应用遥感技术反演地表反照率也有了较为成熟的方法，但相对而言，我国西北干旱区地表反照率的确定工作还没有取得实质性的进展［!7］，还需要再做进一步的研究!’3 ’植被参数植被参数决定了地表蒸散发有效能量在植被和土壤间的分配，是影响蒸散发进行能量和水分交换的重要参数!主要的参数包括植被覆盖度"叶面积指数和归一化植被指数等!!3 !3 % 植被覆盖度植被覆盖度是指植被投影面积在单位面积上所占的比例!传统的估算方法主要是依靠地面样方获取到点上的植被覆盖度!然而植被覆盖度具有明显的时空变异性，地表实测的点数据很难在较大的空间尺度上进行动态测量!遥感影像能够提供反映大尺度空间尺度的植被覆盖信息及变化趋势，这一特点使其成为估算区域植被覆盖度的主要技术手段! 当前遥感技术估算植被覆盖度的方法主要有;种: 经验模型法"植被指数转换法和混合像元分解法! ( %) 经验模型法: 经验模型主要是通过建立实测植被覆盖度数据与植被指数的经验模型来求取植被覆盖度!经典的模型有: +BOKh11P 等［!#］建立了多种植被指数和植被覆盖度的线性回归方程; ’M6N1EP 等［!8］在新西兰地区用多波段,<f/ 资料建立了地表植被覆盖度与)’(- 的非线性经验关系模型; QDKKD@C 等［;$］用)f&& c&(0.. 数据按照不同覆盖类型建立了植被覆盖度和)’(- 的经验关系!但由于该模型依赖于特定的地面数据，在区域范围内推广应用存在诸多的不确定因素!尤其是在干旱区和半干旱区这种生态环境变化比较大的区域!( !) 植被指数转换法: 植被指数转换法是通过对各像元中植被类型及分布特征的分析，建立植被指数与植被覆盖度的转换关系来直接提取植被覆盖第# 期王国华等: 遥感技术估算干旱区蒸散发研究进展#>84BGNIM 等［;%］利用&(0.. 资料，建立植被指数与植被覆盖度的线性转换模型!X4KNBE等［;!］从像元中可能的植被分布特征入手，提出了均一亚像元模型和混合像元模型!?1CBNNBP 等［;;］在叙利亚地区计算了,<f/ 影像的原)’(- 值，并重新定义了一个新的)’(- 值，最后用)’(- 值的大小来对植被覆盖度进行分类!相比于经验模型，植被指数法不需要进行大面积的地面实测，但这种方法的精度却可能低于经验模型!( ;) 混合像元分解法: 混合像元分解法是根据植被和土壤在不同波谱段的反射情况，一般选择植被与土壤光谱反射差别较大的红光波段和近红外波段作为植被覆盖度信息提取的信息源!但准确估算植被覆盖度的前提是必须先知道裸土"植被在遥感图像近红外"可见光红波段的反射率差值!对于土壤和植被均匀单一的地区，可以通过实测或在图像上量取，但对于土壤类型和植被种类差异较大的地区，这种方法提取结果精度较差，因此该方法应用于干旱区植被参数反演有一定的局限性!!3 !3 ! 叶面积指数叶面积指数( AFBJ &GFB -EPFW，A&-) 表示单位土地面积上单面植物光合作用面积的总和!传统的地面实测方法只能提供小尺度的A&-，卫星遥感技术为大区域研究A&- 提供了有效的途径［;>］!遥感定量计算A&- 的主要方法可以归纳为: 光学模型法"查找表法"统计模型法和综合模型法!( %) 光学模型法: 光学模型法是应用双向发射率分布函数，把A&- 作为输入变量，采用迭代方法来推算A&-!这种方法的优点是有物理模型基础，不受植被类型的影响，但模型复杂，反演过程比较繁琐，针对这种方法的研究较少!其中主要的代表模型是AD ,KGBC2FG 模型，该模型从像元尺度出发，建立森林结构参数与冠层双向反射分布函数的关系［;9］!*CFE 等［;"］在AD ,KGBC2FG 模型基础上提出针对北方针叶林的四尺度"五尺度的几何光学模型!光学模型具有相当强的理论基础，不依赖于植被的具体类型或背景环境的变化，因而具有普适性，但由于反演过程复杂，模型直接反演需要消耗大量的计算资源和时间，因此没有得到广泛应用!( !) 查找表法: 与光学模型法比较，查找表法模型可以实现参数的快速反演!查找表法将复杂的光学物理模型进行事先模拟，反演高效并且不需要给定初始值，极大提高了模拟速度，被普遍用于各种遥感反演算法中!?f’-,( )&,&) 的全球A&- 标准产品，主要就是通过采用查找表法来反演得到的［;7，;#］!但为了满足精度要求，查找表的维度需要做到足够大，并且状态变量采样间隔必须要小，当输入参数较为复杂时，查找表的管理和使用都十分困难［;8］!( ;) 统计模型法: 统计分析法是以A&- 为因变量，以光谱数据或其变换形式，如植被指数，作为自变量建立的估算模型，即VG4 n 0( <) ，其中，< 为光谱反射率或植被指数!在多光谱和高光谱领域都可以应用植被指数来估算A&-!多光谱估算叶面积指数最为常用的植被指数是归一化植被指数( )1GNB2DHFP’DJJFGFEKDB2 (F5FKBKD1E -EPFW，)’(-) &比值植被指数( .BKD1 (F5FKBKD1E -EPFW，.(-) &垂直植被指数( <FG6 LFEPD@42BG (F5FKBKD1E -EPFW，<(-) ")’(- 对绿色植被表现敏感，探测低盖度绿色植被能力最强［>$］!何磊等［>%］通过对岷江上游流域叶面积指数的遥感研究也证实)’(- 在反演叶面积指数中具有很高的精度!相较于)’(-，.(- 对大气的影响敏感，尤其当植被覆盖不够浓密时，它的分辨能力就会很弱，*CFE 等［>!］发现在高密度植被覆盖的情况下，.(-却很适合A&- 的反演!而<(- 的优点就是在反演过程中受土壤亮度的影响较小!张晓阳等［>;］从作物冠层对光谱的反射特征出发，推导出利用<(- 估算A&- 的理论模型，并应用水稻观测加以验证，结果表明: <(- 估算A&- 既有较强的理论基础，又可以消除土壤背景的影响!在这; 种植被指数中，)’(- 数值大小能够消除大部分与仪器定标"太阳角"地形"和大气等条件的影响，可以增强对植被的响应能力，已得到了广泛应用!( >) 综合模型法: 除了以上; 种方法外，有学者将光学模型法和统计模型法结合起来以发挥它们各自的优势，研究得到了综合模型法!主要的模型有:^D 等［>>］在&GDH1EB 东南半干旱区，结合Y.’V 模型反演和植被指数统计分析，较好地估算了大尺度的A&-!VBE5 等［>9］综合神经网络法从/? 图像上反演叶面积指数!!3 !3 ; 归一化植被指数归一化指数( )’(-) 被定义为近红外波段与可见光红波段数值之差和这! 个波段数值之和的比值!在植被参数反演中，)’(- 的应用最为广泛!它是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子，它可以部分消除太阳高度角"卫星扫描角及大气层辐射的影响，特别适用于全球或各大陆等大尺度的植被参数研究!并且，在植被覆盖度小于%9‘时，# 9$地球科学进展第!" 卷值高于裸土的)’(- 值，植被可以被检测出来，这样的特点使其在干旱区和半干旱区参数反演过程中达到了广泛的使用!’3 8 地表温度地表温度是地面和大气界面热量平衡的结果，在地表蒸散发过程中决定地表长波辐射能量的大小!应用遥感技术获取地表温度的方法主要有单窗算法"劈窗算法和多通道法!!3 ;3 % 单窗算法单窗算法主要是针对ABEPOBK /? 热波段传感器开发，利用一个热红外通道的辐射测量来实现地表温度的反演［>"］!长期以来，从/? 数据中反演地表温度的方法主要是大气校正法!但这种计算方法需要提供精确的实时大气剖面数据进行大气模拟，而对于大多数研究区，这些数据难以取得，因此限制了该算法的广泛使用［>7］!为了解决这一问题，覃志豪等［>#］根据地表热辐射传导方程，推导出一个简单易行而且精度较高的演算方法，把大气和地表的影响直接包括在演算过程中!bNwEFH6?4EzH 等［>8］提出了另一种单窗算法，这种算法只需要知道大气水气含量即可反演地表温度!为了检验以上; 种单窗计算方法的精确性，,1IGDE1 等［9$］用实测资料对其进行了验证，结果表明: bNwEFH6?4EzH 提出的算法较好，地表温度误差小于% U!!3 ;3 ! 劈窗算法劈窗算法主要是针对)f&&c&(0.. 开发的，是利用! 个相邻的热红外光谱窗口辐射值，根据地面发射率和地表温度的线性关系，得到由! 个窗口区辐射温度的线性组合表示的地表温度!该模式由&EPDE5 等［9%］提出，由<GBICBZBGB 等［9!］发展成为现在的经典形式!最初，劈窗算法较好地应用在计算海面温度上，但直接将它应用在陆面，误差可达到" U!<GD@F［9;］为了估算农田地表温度，首次把海面遥感劈窗算法引用到陆地温度反演!*122 等［9>］对<GD@F 提出的算法进行了改进，他们引进了地表比辐射率对地表温度的修改!而YF@ZFG［99］在考虑了&(0.. 第> 和第9 通道的地表反射率之差对温度反演的影响之后，提出一个模型解释了热红外测量温度和热力学温度的差别!伊楠等［9"］在我国吉林西部利用&(0.. 数据反演地表温度，发现<GD@F 算法和其他算法的偏差较大，而*122 所提出的算法结果和统计数据相当接近!!$$9 年，毛克彪等［97］对普朗克方程进行了线性变换，从而简化了劈窗算法的计算过程!由于估算精度较高，劈窗算法得到了广泛的应用，目前已公开的劈窗算法就有%7 种［9#］!!3 ;3 ; 多通道法多通道法目前广泛应用在?f’-, 和&,/+. 温度产品算法当中!针对?f’-,，QBE 等［98］提出利用多光谱数据进行地表温度和发射率的同步反演，前提是需要昼夜两景图像才能进行反演!而针对&,6/+.，XD22FOLDF 等［"$］提出/+,( /FNLFGBK4GF +NDOOD[D6KM ,FLBGBKD1E) 算法，这种计算方法吸收了)+?( )1G6NB2DHFP +NDOOD[DKM ?FKC1P) ，.&/( .BKD1 &251GDKCN) 和??’( ?FBE6??’?FKC1P) ; 种算法的优点!毛克彪等［"%］针对这! 种来源不同的遥感数据，通过研究指出: ?f’-, 适合于大中尺度的空间热量分析，而&,6/+. 适合城市和区域小尺度的空间热量分析!bB6@1I［"!］用上述! 种方法计算了美国北部半干旱区*CDC4BC4BE 沙漠和非洲中部大草原的地表温度，结果表明! 种方法获取的地表温度具有很好的一致性，温差仅有$3 8 q!赵小艳等［";］利用&,/+. 数据反演南京城市地表温度，并用同步的?f’-, 数据进行了验证，也得到了和bB@1I 相似的结果，即基于&,/+. 数据所得地表温度与?f’-, 数据反演结果有较好的空间一致性!以上这; 个遥感参数是估算干旱区蒸散发最重要的参数，其中地表反照率决定了地表蒸散发有效能量的大小，植被参数决定了地表蒸散发有效能量在植被和土壤间的分配，地表温度决定地表蒸散发中长波辐射能量的大小，它们影响着蒸散发的整个过程，而遥感的精确估算为干旱区蒸散发估算结果的准确提供了重要的保证!; 遥感估算干旱区蒸散发的研究进展干旱区年降水量小于!$$ NN，很多地区甚至小于9$ NN，但区域内8$‘的水分耗散在蒸散发过程中［!］，为了减少蒸散发水分损失，提高水分利用率，学者们应用遥感技术在干旱区针对干旱区区域和农田的蒸散发开展了广泛的研究!主要的方法归纳为以下几种:83 ( 基于能量平衡的遥感蒸散发模型干旱区水分分布极不均匀，水资源缺乏的地方成为荒漠，水资源丰富的地方则成为了绿洲!绿洲的#冷岛效应$明显，气候较为湿润，水源较充足，而荒漠气候干燥，降水极少，含有较高的热能，两者温度和湿度的差异形成了鲜明的对比［">］!基于能量平衡原理开发的,+Y&A( ,4GJB@F +EFG5M YB2BE@F &26 51GDKCN J1G ABEP) 和,+Y, ( ,4GJB@F +EFG5M YB2BE@F 第# 期王国华等: 遥感技术估算干旱区蒸散发研究进展#9%遥感技术估算干旱区蒸散发研究进展!王国华%，!，赵文智!( %3 中国科学院研究生院，北京%$$$>8;!3 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所内陆河流域生态水文重点实验室，甘肃兰州7;$$$$)摘要:遥感技术能够提供大范围地表特征参数的特点使其在干旱区蒸散发研究中得到广泛的应用!介绍了遥感技术求取干旱区地表特征参数( 地表反照率"冠层叶面积指数"地表温度) 的方法，并对遥感估算干旱区的主要计算模型做了概括和分析，最后提出了估算过程中主要存在的问题和未来发展的方向!关键词:遥感技术; 地表特征参数; 干旱区蒸散发; 计算模型中图分类号:<>!"3 !;/<78 文献标志码:&% 引言蒸散发是地面蒸发和植被蒸腾的合称，包括地面上植物的叶面蒸腾与植株间土壤蒸发!在占陆地面积%c; 的干旱区，地域辽阔，水分稀少，8$‘的有效降水耗散于蒸散发过程中［%，!］，使干旱区生态环境极为脆弱，水资源缺乏也随之成为干旱区经济发展和生态保护的主要限制因子!精确估算干旱区蒸散发量对该地区农业生产发展以及生态环境保护有重要的作用!自%#$! 年道尔顿定理建立以来，在对蒸散发研究过程中出现了多种蒸散发的估算方法!%8!" 年，Y1hFE［;］从能量平衡方程出发，提出了计算蒸发的波文比%能量平衡法!%8;8 年，/C1GEKChBDKF 等［>］利用边界层相似理论提出计算蒸发的空气动力学方法!%8># 年，<FENBE［9］提出了#蒸发力$的概念，并将能量平衡和大气湍流相似性理论结合在一起建立了联合蒸散方程!%8"9 年，?1EKFDKC［"］在引入了#表面阻抗$的概念后，导出著名的<FENBE6?1EKFDKC( <6 ?) 公式，为非饱和下垫面的蒸发研究开辟了新的途径!在<6? 公式的使用上，&22FE 等［7］利用赋予参考作物冠层阻力和固定高度的方法对在各种不同环境条件下使用<6? 公式做出了详尽的说明!%87!年，<GDFOK2FM 等［#］研究了在最小平流的前提下潜在的蒸散发耗水量!此后，以能量平衡原理为基础，学者们又开展了大量的蒸散发分层模型研究!其中单层模型主要是采用能量平衡余项法，在估算过程中对土壤蒸发和植被蒸腾不作区别，将能量界面当作一个整体来估算蒸散发的方法，但这种方法用于计算稀疏植被上的感热和潜热通量时，经常会高估感热通量［8］!针对单层模型的不足，,C4KK2Fh1GKC 等［%$］将土壤蒸发和植被蒸腾看作不同的通量源，在<6? 公式理论的基础上提出了双层模型，将土壤蒸发和植被蒸腾加以区别分别来进行计算!在双层模型的基础上，’12NBE［%%］提出了三层模型，*C14PC4GM等［%!］提出了四层模型!%889 年，Y2MKC 等［%;］提出把土壤和植被看作是并列的，假设两者没有相互作用，植被只是缀在裸露的土壤上!)1GNBE 等［%>］应用Y2MKC 和0BGPDE5 提出的观点建立了针对行播种物的双源模型!以上有关蒸散发传统的计算方法主要是在点数据的基础上进行计算，在单个站点的计算中，精度较高!但在实际估算中，往往需要了解区域面积的地表蒸散发，由于干旱区下垫面几何结构和物理性质的水平不均匀性，由点到面转化存在极大的!收稿日期:!$%%6$>6!9;修回日期:!$%%6$"6!73R 基金项目:国家自然科学基金重点项目#人工绿洲蒸散过程多尺度观测与模拟!( 编号: >$8;$";>) 资助3作者简介:王国华( %8#>6) ，男，山西大同人，硕士研究生，主要从事干旱区水文水资源研究3 !"#$%&: 5DND%!;S%!"3 @1N 估算干旱区蒸散发中突出了干旱区不同地区水分和温度差异极大的这一特点，在模型中假设了冷热不同的! 种极端的情况，较好地反映了干旱区绿洲和荒漠之间的差异，近年来，在估算干旱区区域蒸散发和农田蒸散发研究中得到了广泛应用和研究!,+Y&A 模型是YBOKDBBEOFF 等［"9，""］提出的单层遥感蒸散发模型，模型首先利用地表反照率和辐射表面平衡方程计算得到净辐射通量，然后利用地表辐射温度等遥感参数求出感热通量和土壤热通量，最后将潜热通量作为能量平衡的余项求出!但由于估算结果是图像获取时刻的瞬时蒸散发，需要通过假设蒸散比在一天之内为常数，扩展时间尺度来计算得到全天以及更长时间的总蒸散!,+Y&A 模型计算大面积的干旱区区域蒸散发，创新之处在于计算感热通量时，假设在! 个参考高度间的温度差与地表温度成线性关系2%T2! n 12 i =( 2%，2! 为! 个参考高度温度，2 为地表温度，1，= 为经验值) ，然后通过在遥感图像中确定! 个#极端点$来完成地表温度的反演!这! 个#极端点!，其中一个是#冷点!，%冷点$代表植被密集，水分供应充足，散发处于潜在蒸散发的水平; 另一个是#热点!，%热点$是指极端干燥而几乎没有植被覆盖的地方，其蒸散发量几乎为零!这样的假设符合干旱区的水分分布不均的区域特征，模型估算蒸散发的结果非常精确!刘志武等［"7］应用,+Y&A 模型对新疆南部蒸散发进行了研究，结果表明荒漠地区地表干燥，降水极少，蒸散发几乎为零，绿洲农田蒸散发大于自然植被，并指出,+Y&A 可以用来估算干旱区区域蒸散发!郭玉川等［"#］通过对新疆干旱盆地进行研究，结果同样表明戈壁水分稀少，蒸散发量几乎为零，而在水分较为充足的农田地区，蒸散发比较强烈，结论指出: 利用,+Y&A 模型反演西北内陆干旱区区域蒸散发较为理想!,+Y&A 模型中#冷热$极限点的应用准确地反映了干旱区不同地区水分和冷热差异明显的特征，所以估算得到的蒸散量精度也较高!但该模型在估算蒸散发过程中依然存在不足!首先，,+Y&A模型所采用的各项参数和地面实测数据之间存在一定的误差，主要的原因在于模型的各项参数是瞬时遥感数据，而实测数据是持续过程数据!其次，模型在用瞬时蒸散结果来推算持续的蒸散发过程，采用了蒸散比不变法，即假设一天之内能量通量的分配是相同的，这种假设条件一般很难达到，所以这种假设也使,+Y&A 模型在估算干旱区蒸散发时也会产生误差!,4［"8］提出的,+Y, 模型是另一种基于能量平衡原理开发的蒸散发模型，与,+Y&A 模型通过能量平衡余项法来得到潜在蒸散发不同，,+Y, 是通过地表能量平衡指数的方法来获得地表潜热通量!模型中同样假设了#! 种极端$的情况: 一种是土壤水分亏缺的干燥地表，植被稀少，几乎没有水分供给蒸散发，潜热通量约为零，感热通量最大，用公式可以表示为: -PGMn @Em K1( -PGM为干燥地表的感热通量，@E为净辐射，K1为土壤热通量) ; 另一种极端情况是土壤水分充足的湿润地表，植被较为丰富，感热通量达到最小值，而潜热通量达到了最大，用公式可以表示为: ’ShFKn @E–K16-hFK( ’ShFK为湿润地表的潜热通量，@E为净辐射，K1为土壤热通量，-hFK为湿润地表的感热通量) "这! 种极端情况的假设，较好地反映出干旱区的水分和能量分布不均的特点，大大提高了蒸散发估算的精度!詹志明等［7$］应用,+Y, 模型，估算了黄土高原的陆面蒸散发，结果表明估算结果合理!张薇等［7%］在对河套地区蒸散发研究中采用了,+Y, 模型，结果表明,+Y, 模型能够在干旱区区域范围反演蒸散发!杨用民等［7!］应用,+Y, 模型对黑河流域蒸散发进行了研究，结果表明: ,+Y, 模型估算结果是合理的!,+Y, 模型的提出实现了通过卫星对地观测数据连贯估算大气湍流的通量值!但是，通过遥感数据反演的蒸发比却有很大的不确定性!由于在特定的陆面条件下，感热通量的主要影响因素可能不是有效能量的大小，而是当地地表温度或气象参数所决定，所以如果地表温度或气象参数存在不确定性，这将对作为结果的蒸发比有直接的影响!83 ’传统方法与遥感方法结合模型遥感技术可以提供大尺度的地面参数，因此估算蒸散发的传统模型利用遥感数据所提供的信息在时空尺度上得以扩展，其中应用最广泛的传统模型。
不同生态系统蒸散发研究进展
刘超，盛超亚，刘俊杰，等.不同生态系统蒸散发研究进展［J ］.中南农业科技，2023，44（7）：222-228．生态系统在各种自然及人为因素的干扰下出现了明显的退化现象［1］，主要表现为生态系统结构破坏、功能衰退、生物多样性减少、生产力下降以及土地生产潜力衰退、土地资源丧失等一系列生态环境恶化现象［2，3］。
蒸散发是联系气候、水、热和碳循环的关键生态水文过程，对研究区域水循环和能量平衡极其重要［4，5］。
地球表面每年有60%的降水通过蒸散作用返回到大气中［6］，研究蒸散发对天气预报、旱涝监测、水资源和农业管理以及全球变化等领域有重要意义［7］。
蒸散发的研究已出现在多个生态系统中，将生态系统按照形成的原动力和影响力可分为自然生态系统和人工生态系统。
自然生态系统包括森林、草地、荒漠以及湿地生态系统；人工生态系统包括农田和城市生态系统［8，9］。
各生态系统在保持水土、防风固沙、保护生物多样性、维护生态平衡等方面都承担着重要的作用［10］，因此在不同生态系统中研究蒸散发都具有重要意义。
蒸散发的研究最早可以追溯到200多年前，1802年Dalton ［11］基于蒸发面的蒸发速率与影响蒸发诸因素之间的关系提出了道尔顿蒸发定律；1926年Bowen ［12］基于地面能量平衡方程与近地层梯度扩散理论，提出了波文比-能量平衡法；1939年Wilm等［13］借助近地面边界层相似理论，提出空气动力学法的原型；1948年Penman ［14］提出潜在蒸散发的概念；1951年Swinbank ［15］借助三维风速仪、红外气体分析仪等探头测定有关物理量的脉动值与垂直风速脉动值的协方差来计算该物理量的垂直湍流输送量，提出了涡度相关法的概念；1953年Penman ［16］基于潜在蒸散发提出了单个叶片气孔蒸腾计算公式；1954年Jensen 等［17］提出参考作物蒸散发概念；1965年Monteith ［18］加入能量平衡和水汽扩散理论所衍生的表面阻抗模型，从而更新了Penman-Monieth公式；1977年联合国粮食及农业组织（FAO ）明确定义了参考作物蒸发量（ET 0）［19］；1979年FAO 基于修正后的ET 0更新了Penman 公式［20］；1998年FAO 第56号灌溉和排水文件（FAO-56）使用单一方法计算参考蒸散量（ET 0），提供了基础作物系数表［21］；2005年美国土木工程师协会（ASCE ）环境和水资源研究所参考蒸散标准化任务委员会提供了用于计算天气数据参考蒸散量（ET ）的标准化方程以及用于天气数据质量评估和控制的程序［22］。
我国树木蒸腾耗水研究进展
我国树木蒸腾耗水研究进展
苏建平;康博文
【期刊名称】《水土保持研究》
【年(卷),期】2004(11)2
【摘要】综述了我国树木蒸腾的研究方法及其适用性,树木蒸腾规律及其与环境的关系,重点介绍了近期在树木蒸腾方面的进展,并对未来研究方向作了展望。
【总页数】4页(P177-179)
【关键词】树木;蒸腾效率;耗水量
【作者】苏建平;康博文
【作者单位】河南省鹤壁矿务局林场;西北农林科技大学林学院
【正文语种】中文
【中图分类】S715.4
【相关文献】
1.单株尺度树木蒸腾耗水研究述评 [J], 候小金
2.树木蒸腾耗水研究进展 [J], 郭孟霞;毕华兴;刘鑫;李俊;郭超颖;林靓靓
3.植物生理学原理测算树木蒸腾耗水速率方法综述 [J], 李薛飞;孟庆涛;黄建国;毕广有;俞冬兴
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5.影响树木蒸腾耗水的外部因子研究进展 [J], 孔俊杰;贾黎明;李广德
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水分蒸散发研究国内外进展与趋势
及其分配的不均匀性，极端干旱和洪涝灾害的频率、 强度增加，这些因素都会对区域及全球水循环及蒸 散发产生重要影响(Piao Shilong et al., 2010； Sterling et al., 2012； Fan Junliang et al., 2016),即 蒸散发会随气温的升高而增加。然而，很多研究报 道了潜在蒸散发或蒸发皿蒸发量呈显著的减小趋势 (Roderick and Farquhar, 2002； Fu Guobin et al., 2009 ； MeVicar et al., 2012 ； Wang Kaicun et al., 2012 ； Wang Zhaoli et al., 2017 ； Brena-Naranjo et al., 2017),这种蒸散发变化与气温变化的不一致
地表蒸散发变化对水量平衡(Martins et al., 2016)、 地表水资源和水库水体调控管理(Brena-Naranjo et al., 2017)、灌溉系统设计与管理、作物产量 (Chattopadhyay and Hulme, 1997 ； Gao Xiaoli et al., 2016)、水资源管理等都具有重要的现实意义 (Chauhan and Shrivastava, 2009 ； Liu Changming et al., 2012； Wang Weiguang et al., 2012 ； Ahooghalandari et al., 2016； Martins et al., 2016 ； Xu
注:本文为中国地质科学院基本科研业务费项目(编号:SK201703、SK201903)的成果。 收稿日期:2019-05-25；改回日期：2019-10-12；责任编辑：章雨旭。Doi： 10.16509/j.georeview.2019.06.014 作者简介:郭小娇，女，1988年生。博士，主要从事Байду номын сангаас文地质、气候变化与水循环、湿地水文方向研究。Email： lguo2010@ o通讯作 者:石建省，男，1962年生。研究员，主要从事水文地质环境地质、中国黄土、脆弱带地质生态学等研究。Email： tiger7886@。
基于气温估算参考作物蒸散量方法的对比与改进
第37卷 第24期 农 业 工 程 学 报 Vol.37 No.24 2021年 12月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2021 123
基于气温估算参考作物蒸散量方法的对比与改进 李隆安1，邱让建2※，刘春伟1 （1. 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室，南京 210044; 2. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072）
摘 要：为提高基于气温数据估算参考作物蒸散量（ET0）模型的精度，该研究对比分析了基于温度数据估算ET0的Penman-Monteith（PMT）模型、Hargreaves-Samani（HS）模型和改进HS模型，并运用基于气温数据估算实际水汽压和太阳辐射的最新进展改进PMT模型。结果表明：改进HS模型较传统HS模型提高了半干旱区到湿润区ET0的估算精度； PMT模型与改进HS模型估算的各气候区相关系数（r）均值相似，但与改进HS模型相比，PMT模型提高了除湿润区和亚湿润干旱区外各气候区的ET0估算精度，均方根误差（RMSE）和相对均方根误差（RRMSE）均值分别降低0.01～
0.15 mm/d和0～0.05，且模型效率（EF）均值提高了0.01～0.06；本文提出的改进PMT模型可进一步改进PMT模型估算除干旱区和半干旱区外各气候区精度，RMSE和RRMSE均值较原PMT模型分别降低0.04～0.12 mm/d和0.02～0.04，r和EF均值更接近于1；并且改进PMT模型估算各站点全局性能指数（Global Performance Index，GPI）值较好，90%的站点GPI值排名第一。因此，建议在仅有气温数据时，使用改进PMT模型作为估算ET0的推荐模型。研究成果可为区
域农业水资源管理提供依据。 关键词：模型；蒸散量；估算；Hargreaves-Samani模型；基于温度的Penman-Monteith模型；气象数据缺失 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.24.014 中图分类号：S275 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2021)-24-0123-08
敦煌莫高窟窟区树木蒸腾耗水量的估算
2002年第4期敦煌研究NO 4 2002 (总第74期)DUNHUANG RESE ARC H TOTAL 74敦煌莫高窟窟区树木蒸腾耗水量的估算秦全胜1郑彩霞1汪万福2李红寿2(1北京林业大学生物科学与技术学院,北京 1000832敦煌研究院保护研究所,甘肃敦煌 736200)收稿日期:2002-05-20作者简介:秦全胜(1971~),男,山东省莱州人,硕士研究生,主要从事植物生理方面的研究。
郑彩霞(1955~),女,宁夏省回族自治区银川人,北京林业大学生物科学与技术学院教授。
汪万福(1966~),男,甘肃省甘谷人,敦煌研究院保护研究所副所长、副研究员。
李红寿(1970~),男,甘肃省秦安人,敦煌研究院保护研究所馆员。
内容摘要:通过测定树木蒸腾速率的日变化、季节变化规律与树木蒸腾总面积来确定窟区植物的蒸腾量,根据植物的蒸腾量估算树木在生长季的耗水量,为确定能维持树木正常生长的最低供水量提供实验依据。
关键词:敦煌莫高窟;树木蒸腾;耗水量中图分类号:K854 3 文献标识码:A 文章编号:1000-4106(2002)04-0097-05一 莫高窟自然状况敦煌地处河西走廊,坐标位置在北纬40 、东经94 49 ,莫高窟海拔在1320~1380米之间。
由于常年受蒙古高压的影响,具有气候极端干旱、降水量少、气温变化大、日照时间长及风沙活动频繁的沙漠气候的特点。
年平均气温为11 ,年平均相对湿度为23%,一年中有三个月平均气温低于0 ,有六个月最低气温低于0 ,月平均气温最高在8月份,为25.86 ,最低在1月份,为-22.23 。
月平均相对湿度最高在1月份,为34.6%,最低在8月份,为12 28%。
降雨集中于7月份,占全年降雨的80%,年平均降雨量为25mm,蒸发量为3479m m [1]。
莫高窟地区气候干燥而寒冷,水体和土壤的冻结期长达5个月,树木一般约有5~6个月的落叶休眠期,休眠期的树木蒸散量很少,显著耗水期是在树木的活跃生长期。