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蒸散(ET)既包括从地表和植物表面的水分蒸发,也包括通过植物表面和植物体内的水分蒸腾。蒸散是地气之间水分输运转化过程的“出口”环节,降落到地球表面的降水有70%通过蒸散作用回到大气中,在干旱区这个数字可以达到90%,可见蒸散是水文循环的一个重要组成部分。地表水分收支状况在很大程度上决定着地理环境的组成和演变,清楚地认识蒸散过程,对于了解水分循环具有重要意义,可以使我们能够更深入地认识陆面过程,正确地评估气候和人类活动对自然和农田生态系统的影响。在我国西北干旱区定量估算蒸散,有助于了解不同土地利用类型的蒸散特点,从宏观上确定其耗水量,进而对调整农业产业结构、确定农林牧三者的比例和分布,提供科学的依据。利用模型估算黑河流域的蒸散,可以使我们深入了解流域内水分的空间分配,进一步完善已取得的水资源和气象研究成果,有助于水资源的合理利用和分配定量化,同时也为黑河流域相关研究提供基础资料,为相近研究提供方法借鉴。
本文利用地面气象站的常规气象资料(风速、日照时数、相对湿度、气温和地表温度),选用FAO56Penman-Monteith公式和道尔顿蒸发定律作为估算黑河流域不同时段的蒸散模型,并选取了简便易行的方法对模型中涉及到的物理参数(如太阳净辐射、土壤热通量、饱和水气压差等)进行了估算。本文又运用敏感性系数模型分析了蒸散对主要气象因子(太阳净辐射、相对湿度、气温和风速)的敏感性。通过以上工作得出以下研究结果:
黑河流域及其周边各气象站点的多年平均参考蒸散量在时间变化特征上,依照夏、春、秋、冬的顺序递减。其中,夏季是全年温度和太阳辐射最高的季节,因此也是蒸散最为强烈的季节,夏季参考蒸散平均可达到559.64mm,大约占全年的44.2%。由于黑河流域土地类型比较丰富,既有山地,又有平原、荒漠等,因此多年平均参考蒸散量具有较显著的空间分异特性,在总体上呈自东北向西南山区逐渐减少分布。
黑河流域多年平均蒸散耗水量为169.64×108m3,其中上游蒸散耗水量为74.35×108m3,中游蒸散耗水量为49.09×108m3,下游蒸散耗水量为46.2×108m3。由于黑河流域空间广阔、环境复杂,论文间接地根据黑河流域多年平均径流量、地下水开采量等数据配合年度降水量资料,在水量平衡基础上简化地判断模型模拟的流域蒸散量的量级合理性和定量化数值结果的准确度。分析认为,本文估算的黑河流域蒸散量,无论在整个流域内还是在上、中、下游不同区域上,均基本能够满足水量平衡关系,估算结果在量级上是可靠的。
在黑河流域,太阳净辐射是ET0计算最为敏感的变量,即太阳净辐射是控制ET0变化的主要因子,多年区域平均的太阳净辐射敏感性系数为0.61,即当太阳净辐射增加(降低)10%时,参考作物蒸散增加(降低)6.1%;其次是相对湿度,敏感系数为-0.38,即当相对湿度增加(降低)10%时,蒸散降低(增加)3.8%;依次为气温和风速,敏感系数分别为0.26和0.17。蒸散敏感性系数在时间变化特征上,存在一定程度的波动。气温和太阳辐射的敏感性系数呈单峰型分布,在7月份达到最高值;风速和相对湿度敏感性系数呈单谷型分布,分别在8月份和5月份达到最低值。在敏感性系数空间分布上,全年平均气候变量敏感性系数的空间差异性较大。太阳净辐射和相对湿度这两个气候变量的敏感性系数都在研究区南部形成高值区,而气温和风速则在研究区南部形成低值区,在研究区北部形成高值区。