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中国科学院水利部水保所刘文兆课题组发文揭示蒸散互补研究中自变量缩放式与非缩放式模型间的关系(图)

http://www.firstlight.cn2024/12/14

[作者] 姬洪飞

[单位] 中国科学院水利部水土保持研究所

[摘要] 2024年8月13日,水土保持研究所刘文兆研究员课题组在Agricultural Water Management(中国科学院1区及TOP期刊)在线发表了题为“Relations of rescaled to non-rescaled complementary models and improvement of evapotranspiration estimation by incorporating both …

[关键词] 刘文兆 模型 生态环境 函数

2024年8月13日,水土保持研究所刘文兆研究员课题组在Agricultural Water Management(中国科学院1区及TOP期刊)在线发表了题为“Relations of rescaled to non-rescaled complementary models and improvement of evapotranspiration estimation by incorporating both climatic and land surface conditions”的研究论文,中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心为第一单位,博士研究生穆兆涛为第一作者,刘文兆研究员为通讯作者。

地表蒸散的准确估算有助于明确水分平衡与循环特征,做好农业用水管理,推进林草生态建设。2024年来,蒸散互补模型因其在量化实际蒸散中的方便性和有效性,受到广泛关注。随着蒸散互补研究的不断深入,在以Priestley‐Taylor潜在蒸散(或平衡蒸散)与Penman潜在蒸散之比构成模型自变量的同时,出现了对这类自变量进行缩放变换而成的新的自变量形式,进而构造出自变量缩放式互补模型。由此把蒸散互补模型分为两类,分别为自变量缩放式和非缩放式互补类型。自变量缩放式互补模型以R. Crago与J. Szilagyi 的工作为代表,其模型有二方面特点,第一,缩放后的自变量等于0时,函数值(实际蒸散与Penman潜在蒸散之比)等于0;第二,每个数据点对应一条模拟线。然而,这两类互补模型的关系是什么?学术界尚未形成统一的认识。

刘文兆课题组的研究发现两类互补模型在功能上可以相互转换,即自变量非缩放式互补模型可以实现缩放模拟,反之自变量缩放式互补模型也可以实现非缩放模拟。就此,在理论分析的基础上,由黄土高原多个流域的长时间序列水文气象数据进行了实例验证。文章对自变量缩放式互补模型中的关键参数xmin定义式进行了评估,发现不仅由定义式计算的xmin与由模型反推出的xmin间存在显著差异,而且不同模型反推出的xmin间也存在显著差异。为了实现互补模型对实际蒸散的最佳模拟,以反推出的xmin为标准并分析其与干燥指数(AI)和植被条件(NDVI)的关系,分别在年际过程和空间分布上建立了xmin经验函数。交叉验证结果表明,xmin经验函数显著提高了实际蒸散的模拟效果。

此前刘文兆课题组联合西北师范大学张勃教授课题组,在Agricultural and Forest Meteorology (中国科学院1区及TOP期刊)发表论文 “Spatiotemporal characteristics of evaporation in China and its response to revegetation in a typical region by a generalized complementary approach”。第一作者为西北师范大学周海香副教授(2021年6月在水土保持所取得博士学位),刘文兆研究员与张勃教授为共同通讯作者。该论文基于美国工程院院士Brutsaert教授于2015年提出的广义非线性平流干旱模型(GNAA)的基础式和后续给出的参数αe-B半经验函数的构建方法,利用全国9大流域片区内的49个Ⅱ-Ⅲ级流域的径流和气象数据,率定了参数αe-B半经验函数的系数,估算了全国地表实际蒸散量,并特别就其中典型植被恢复区——黄土高原进行了深入分析。研究表明参数αe-B半经验函数起到了对GNAA的自变量进行尺度缩放变换的作用,实现了GNAA作为自变量缩放式互补模型使用的效果。研究发现黄土高原地区近四十年来蒸散量上升趋势不显著。本世纪以来,与“退耕还林还草”工程实施相关联,该区域植被覆盖度显著增加,蒸散量也随之增加,但降水量也增加了,且其增加速率稍大于植被恢复所造成的地表耗水的增加速率,黄土高原的产水量并没有减少。该研究对于做好区域水资源管理,坚定“退耕还林还草”工程持续实施的信心,协调推进区域生态建设、农业生产和经济发展具有重要意义。

原文地址

原文发布时间:2024/8/13

引用本文:

姬洪飞.中国科学院水利部水保所刘文兆课题组发文揭示蒸散互补研究中自变量缩放式与非缩放式模型间的关系(图)http://ynau.firstlight.cn/View.aspx?infoid=4563212&cb=Z08880000000
发布时间:2024/8/13.检索时间:2024/12/15

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