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基于改进的双源模型模拟荒漠河岸胡杨林蒸散发

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生态学报 2020年第10期40卷 3462-3472页

作者：高冠龙冯起刘贤德山西大学太原030006 陕西省土地整治重点实验室西安710064 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 甘肃省祁连山水源涵养林研究院张掖734000

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分,其准确量化对于深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义。以黑河下游荒漠河岸胡杨林为研究对象,在2014和2015年胡杨主要生长季内,基于涡度相关技术实测数据,分析了蒸散发日及... 详细信息

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分,其准确量化对于深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义。以黑河下游荒漠河岸胡杨林为研究对象,在2014和2015年胡杨主要生长季内,基于涡度相关技术实测数据,分析了蒸散发日及各物候期变化规律,结合改进的双源Penman-Monteith-Priestley-Taylor(PM-PT)模型,模拟了黑河下游荒漠河岸胡杨林蒸散发,并分析了模型的参数敏感性,得到的主要结论如下:(1)胡杨林蒸散发日变化大致呈先升高后降低的趋势。上午随着太阳辐射的逐渐增强,气温逐渐升高,蒸散速率逐渐增大,在中午12:00左右达到峰值。随后,太阳辐射减弱,气温逐渐降低,空气中相对湿度增加,胡杨叶片内外水汽压差减小,蒸散速率随之降低。(2)胡杨生长季内蒸散发整体上呈先升高后降低的趋势。2014和2015年生长季蒸散发总量分别为612 mm和658 mm,果期和种子散播期累积蒸散发为生长季内蒸散发总量的主体部分,果期内累积蒸散发分别为316 mm和348 mm,分别占各年生长季蒸散发总量的51.65%和52.87%;种子散播期内平均蒸散发略低于果期,2014和2015年胡杨林种子散播期内累积蒸散发分别为261 mm和271 mm,分别占各年生长季蒸散发总量的42.71%和41.12%,展叶期和叶变色期内平均蒸散发最低,原因在于展叶期胡杨叶片尚未完全成形,而叶变色期叶片活性逐渐降低。(3)改进的双源PM-PT模型与传统的双源Shuttleworth-Wallace(SW)模型相比,在模型结构与参数数量方面均得到了优化,其模拟精度也更高。(4)改进的双源PM-PT模型对净辐射最为敏感。

关键词：蒸散发双源模型荒漠河岸林胡杨

温带阔叶红松林生态系统潜热通量模拟——气孔导度组合模型在Shuttleworth-Wallace双源模型中的应用(英文)

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生态学报 2008年第7期28卷 3212-3220页

作者：黄辉于贵瑞伏玉玲张雷明任传友韩士杰中国科学院地理科学与资源研究所沈阳农业大学沈阳100161 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016

叶片水平的气孔导度组合模型已被成功扩展到冠层水平,并被应用于冬小麦生态系统潜热通量的模拟研究,但该研究仅基于1a的数据,有必要研究模型在更长时间尺度和其它生态系统类型的适用性。以长白山阔叶红松林(CBS)为研究对象,将组合模型... 详细信息

叶片水平的气孔导度组合模型已被成功扩展到冠层水平,并被应用于冬小麦生态系统潜热通量的模拟研究,但该研究仅基于1a的数据,有必要研究模型在更长时间尺度和其它生态系统类型的适用性。以长白山阔叶红松林(CBS)为研究对象,将组合模型进一步应用于Shuttleworth-Wallace双源模型,模拟了CBS3a生长季内的潜热通量,利用涡度相关系统观测的潜热通量数据对模型进行验证,并对比了双源模型与单源模型的模拟结果。结果显示,双源模型较单源模型能取得更高的模拟精度,生长季不同时期的潜热通量模拟值和实测值的日变化较一致。对双源模型模拟值和实测潜热通量的相关分析显示,二者直线回归斜率和R2分别为0.96和0.72。对长白山阔叶红松林生态系统的蒸散和植被蒸腾的季节和年际变异分析发现,影响冠层蒸散和植被蒸腾季节动态的主要因素是饱和差和辐射,而影响它们年际动态的主要因素则是饱和差和温度。

关键词：气孔导度组合模型双源模型涡度相关蒸散

Shuttleworth-Wallace双源蒸散发模型阻力参数的确定

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冰川冻土 2016年第1期38卷 170-177页

作者：高冠龙张小由鱼腾飞赵虹邱燕李玉春中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 浙江瑞启检测技术有限公司浙江杭州310000 额济纳旗森林病虫害防治检疫站内蒙古阿拉善盟735400

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分.然而,蒸散发的连续测定需要耗费大量的时间,而通过数学模拟可以很好地解决这一问题.在目前已有的众多蒸散发模型中,ShuttleworthWallace双源模型考虑了来自冠层和土壤之间的能量交换,适... 详细信息

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分.然而,蒸散发的连续测定需要耗费大量的时间,而通过数学模拟可以很好地解决这一问题.在目前已有的众多蒸散发模型中,ShuttleworthWallace双源模型考虑了来自冠层和土壤之间的能量交换,适用于计算随季节变化的复杂的植被类型,近年来得到广泛应用.针对近年来在蒸散发模拟过程中得到广泛应用的Shuttleworth-Wallace双源模型,详细介绍了其模型结构及阻力参数,并对各阻力参数的计算方法进行了归纳总结,从模型结构、参数数量以及参数获取难易程度等方面进行了对比分析.结果表明:(1)对于冠层气孔阻力,基于短波辐射、饱和水汽压差和叶面积指数的计算公式更适用于计算连续的较长时间段内的冠层气孔阻力;(2)对于土壤表面阻力,应重点考虑实际土壤含水量和饱和土壤含水量的测定深度;(3)对于冠层边界层阻力,在应用时可依据是否需要考虑自然对流和人工对流而选择对应的计算公式;(4)对于空气动力学阻力,传统的计算方法中参数较易获取,因而适用性高.

关键词：蒸散发双源模型阻力参数

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深圳市前海桂湾公园土壤蒸发及植被蒸腾模拟

生态学报 2022年第22期42卷 9035-9044页

作者：张珈玮陈晗黄津辉李晗蓝至清高俊杰南开大学环境科学与工程学院/中加水与环境安全联合研发中心天津300071

蒸散发(ET)是连接水文循环和地表能量平衡的重要组成部分,准确的估算土壤蒸发(LE_(s))和植被蒸腾(LE_(v))对城市水资源分配和管理具有重要意义。针对城市林地蒸散发双源模型的缺失,本研究基于MOD16模型提出了应用于城市林地区域改进的MO... 详细信息

蒸散发(ET)是连接水文循环和地表能量平衡的重要组成部分,准确的估算土壤蒸发(LE_(s))和植被蒸腾(LE_(v))对城市水资源分配和管理具有重要意义。针对城市林地蒸散发双源模型的缺失,本研究基于MOD16模型提出了应用于城市林地区域改进的MOD16双源模型。改进的MOD16双源模型更加准确的描述城市林地区域复杂下垫面的能量分配过程。结合高时空分辨率的Sentinel-2遥感卫星影像,对2020年深圳市前海桂湾公园20个无云日的LE_(s)和LE_(v)进行反演研究。用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型和双作物系数法(FAO dual-K_(c))验证模型性能,同时分析改进的MOD16模型对输入变量的敏感度,结果表明:改进的MOD16模型与S-W模型和FAO dual-K_(c)之间的均方根误差(RMSE)分别为21.39 W/m^(2)和20.41 W/m^(2),平均绝对误差(MAE)分别为18.81 W/m^(2)和19.05 W/m^(2),R2分别为0.801和0.634。改进的MOD16模型可以应用在城市林地LE_(s)和LE_(v)估算中。桂湾公园地区总蒸散月均值在85-165 W/m^(2)之间。研究区域的LE_(s)和LE_(v)呈现出明显的季节变化,春夏季蒸散量升高,秋冬季蒸散量降低,LE_(s)的变化范围为0-50 W/m^(2),LE_(v)的变化范围为0-120 W/m^(2)。LE_(v)高值在研究区呈现零散分布,多集中在前海桂湾沿岸,LE_(s)高值集中在研究区的西北、东北和东南部。敏感性分析结果表明,改进后的MOD16模型对植被覆盖、太阳辐射和湿度更敏感。其中,LE_(v)模拟结果受净辐射和植被覆盖影响最大,LE_(s)的模拟结果受湿度和植被覆盖的影响最大。因此,应用改进的MOD16模型时需要优先确保这些参数的准确输入。修正后的MOD16模型极大地提高了高分辨率、小尺度区域城市林地LE_(s)和LE_(v)模拟的准确性,为准确获取植被耗水量信息从而科学指导城市林地灌溉、解决城市水资源分配与管理提供有力工具。

关键词：土壤蒸发植被蒸腾 MOD16模型哨兵2号卫星双源模型

祁连山高寒草甸蒸发蒸腾量估算及其影响因素分析

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节水灌溉 2022年第5期 39-46页

作者：郭燕刘春伟雒福佐祁英华郭小伟王让会南京信息工程大学应用气象学院江苏省农业气象重点实验室南京210044 青海省气象信息中心西宁810001 中国科学院西北高原生物研究所西宁810001

蒸发蒸腾量(ET)是水文过程的重要组成部分,准确估算ET对水资源管理和干旱评估具有重要意义。以祁连山高寒金露梅灌丛草甸为研究对象,利用3种蒸散发模型(Penman-Monteith (PM)模型、PriestleyTaylor (PT)模型以及Shuttleworth-Wallace (... 详细信息

蒸发蒸腾量(ET)是水文过程的重要组成部分,准确估算ET对水资源管理和干旱评估具有重要意义。以祁连山高寒金露梅灌丛草甸为研究对象,利用3种蒸散发模型(Penman-Monteith (PM)模型、PriestleyTaylor (PT)模型以及Shuttleworth-Wallace (SW)双源模型)计算2003-2010年的草甸日均ET,并与(通量站)涡度相关仪测定的实际ET值进行比较,优选出适宜祁连山高寒草甸的ET估算模型。采用祁连山海北牧业气象实验站(牧试站)的2003-2014年降水量等气象数据和土壤含水量验证草甸ET的估算模型,在年降水量验证的基础上,分析了祁连山草甸ET的年际变化及其对气象要素的响应。结果表明:通量站多年平均实际ET为1.58 mm/d,ET随季节变化先增后减,夏季多,冬季少。通量站的估算ET与实际测定ET的比较中,PM、PT和SW的决定系数(R;)分别为0.79、0.83、0.84,一致性指数d分别为0.89、0.85、0.90,平均绝对误差(MAE)分别为0.46、0.72、0.43 mm/d,综合来看模型的模拟精度为SW>PM>PT。采用SW模型估算的牧试站多年平均ET为1.35 mm/d,ET模拟值与水量平衡法计算实际ET的决定系数(R;)为0.87。通量站实际ET与环境因素决定系数(R;)顺序为太阳净辐射>温度>相对湿度>风速,表明高寒地区草甸蒸发蒸腾量的主要决定因素为太阳净辐射(R;=0.65)。模拟了高寒草甸的ET,为研究祁连山地区高寒草甸的生态耗水量提供了科学依据。

关键词：高寒草甸蒸发蒸腾量双源模型祁连山

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黑河下游胡杨林生态系统土壤蒸发模拟改进

水土保持研究 2023年第1期30卷 304-311页

作者：李强贾薇高冠龙刘思敏霍娜太原师范学院地理科学学院山西晋中030619 山西工商学院太原030006 山西大学太原030006 国家林业和草原局经济发展研究中心北京100714

水分是限制干旱、半干旱地区植被生态系统恢复的重要因素之一,合理量化长时间尺度下生态系统中的土壤蒸发量及其变化趋势,对于提高生态系统水资源利用效率具有重要意义。基于黑河下游额济纳绿洲七道桥胡杨林保护区实测数据,分析了胡杨... 详细信息

水分是限制干旱、半干旱地区植被生态系统恢复的重要因素之一,合理量化长时间尺度下生态系统中的土壤蒸发量及其变化趋势,对于提高生态系统水资源利用效率具有重要意义。基于黑河下游额济纳绿洲七道桥胡杨林保护区实测数据,分析了胡杨林生态系统土壤蒸发和蒸散发的变化趋势及其与环境因子的相关性,通过Shuttleworth-Wallace模型和改进的双源模型中土壤蒸发的计算公式对其进行模拟,对比分析了二者的模拟精度及参数敏感性,结果表明:(1)土壤蒸发和蒸散发各月的日变化及整个试验期内的变化均呈先升高后降低的单峰变化趋势;(2)胡杨林生态系统土壤蒸发在蒸散发中所占比例的变化范围为30.2%~72.2%;(3)净辐射对土壤蒸发的影响最显著;(4)改进的双源模型中,土壤蒸发的计算公式可以不考虑复杂阻力参数的计算过程,且与传统的双源SW模型相比具有更高的模拟精度。研究提出了适用于干旱区森林植被生态系统中土壤蒸发模拟的双源优化模型,为土壤蒸发模拟提供了新的思路与方法。

关键词：土壤蒸发蒸散发双源模型胡杨

局部湿润模型模拟南疆滴灌枣园蒸散量及蒸腾量适用性研究

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中国生态农业学报（中英文） 2019年第5期27卷 726-737页

作者：郑明赵经华马英杰洪明新疆农业大学水利与土木工程学院

为构建适用于模拟南疆滴灌成龄枣园蒸散及其组成成分的模型,了解枣园土壤蒸发特征,本研究在双源模型和局部湿润灌溉方式下稀疏植被蒸散估算模型基础之上构建滴灌枣园局部湿润模型,以涡度相关法实测2017 年枣园蒸散数据,对双源模型(Shutt... 详细信息

为构建适用于模拟南疆滴灌成龄枣园蒸散及其组成成分的模型,了解枣园土壤蒸发特征,本研究在双源模型和局部湿润灌溉方式下稀疏植被蒸散估算模型基础之上构建滴灌枣园局部湿润模型,以涡度相关法实测2017 年枣园蒸散数据,对双源模型(Shuttleworth-Wallace)及滴灌枣园局部湿润模型(Partial Root-zone Irrigationmodel)系数进行拟合;之后通过评价两种模型模拟值的可靠性以及增加和减少模型参数10%来观测模型各参数对蒸散的影响方式,并校验各模型参数计算公式的准确性;然后以涡度相关法与液流法实测的2018年枣园蒸散与蒸腾量为基准值,对双源模型与滴灌枣园局部湿润模型模拟2018 年枣园蒸散及蒸腾量的可靠性进行评价,筛选出适合模拟南疆滴灌枣园蒸散及其组分的模型并模拟滴灌枣园土壤蒸发特征。结果表明:滴灌枣园局部湿润模型和双源模型的模型系数拟合准确;依据模型模拟评价标准,两种模型模拟2018 年枣园蒸散的结果均为极好,且精度基本一致。滴灌枣园局部湿润模型模拟蒸腾量结果良好,与实际测定值之间的差值为15.73 mm;双源模型模拟蒸腾量结果不可取。因此筛选出滴灌枣园局部湿润模型模拟枣园土壤蒸发,枣园土壤蒸发量占蒸散量的19.74%。滴灌枣园局部湿润模型可以准确估算滴灌成龄枣园蒸散及蒸散组成成分。

关键词：枣园蒸散蒸腾局部湿润模型双源模型土壤蒸发

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利用深度剂量数据重建放射治疗X射线能谱

原子能科学技术 2010年第4期44卷 464-468页

作者：姚杏红黄斐增吴昊包尚联北京大学医学物理和工程北京市重点实验室北京100871 北京大学临床肿瘤学院北京100142

利用深度剂量测量数据重建放射治疗X射线能谱,并对重建方法进行评价。先用Monte-Carlo模拟计算60个单能光子束的深度剂量分布作为基函数,然后使用Cimmino迭代法对测量的深度剂量进行线性拟合,得到相应射野每个单能光子束对测量深度剂量... 详细信息

利用深度剂量测量数据重建放射治疗X射线能谱,并对重建方法进行评价。先用Monte-Carlo模拟计算60个单能光子束的深度剂量分布作为基函数,然后使用Cimmino迭代法对测量的深度剂量进行线性拟合,得到相应射野每个单能光子束对测量深度剂量的贡献权重,即放射治疗所用的轫致辐射X射线的相对能谱。考虑机头组件散射对能谱的影响,计算中采用双源模型,在等中心平面分3个区域(5cm×5cm、10cm×10cm～5cm×5cm、20cm×20cm～10cm×10cm)重建能谱。最后将分区重建能谱与10cm×10cm射野重建能谱进行比较,对重建方法进行评价。结果表明:利用双源模型重建能谱更符合临床实际情况,分区能谱较不分区能谱计算的深度剂量更符合实际测量深度剂量。

关键词：深度剂量分布 Monte—Carlo模拟双源模型 Cimmino迭代 X射线能谱

黑河流域高寒草甸生态系统水分收支及蒸散发拆分研究

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生态学报 2018年第20期38卷 7400-7411页

作者：童雅琴王佩李小雁张赐成白岩北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

水分收支是对水循环要素降水、蒸发蒸腾、径流以及土壤贮储水量变化等的定量刻画,对水资源的可持续开发及利用至关重要。基于黑河流域阿柔观测站2014和2015年水文气象观测数据,运用水量平衡理论,定量的评估了高寒草甸生态系统的水分收... 详细信息

水分收支是对水循环要素降水、蒸发蒸腾、径流以及土壤贮储水量变化等的定量刻画,对水资源的可持续开发及利用至关重要。基于黑河流域阿柔观测站2014和2015年水文气象观测数据,运用水量平衡理论,定量的评估了高寒草甸生态系统的水分收支动态,并结合双源模型对高寒草甸生态系统蒸散发(植被蒸腾和土壤蒸发)进行拆分及评价。研究结果表明(1)在生长季(5—9月)植被蒸腾是高寒草甸生态系统主要的耗水形式,2014和2015年生长季平均蒸散比(T/ET)分别为0.74和0.79;(2)土壤水分的剧烈变化主要发生在0—40 cm处,且受冻融过程影响显著;(3)在降水较多的年份(2014)高寒草甸生态系统水分收支基本平衡,且不受冻融影响的月份(6—9)有地表径流产生约42 mm;在正常年份(2015),生态系统呈现水分亏缺,亏缺量约为134 mm,6—9月约亏缺26 mm;(4)模型估算蒸散发(ET)与实测蒸散发具有很好的一致性,相关系数可达0.90,敏感性分析表明模型输入变量对蒸散发(ET)及蒸散比(T/ET)产生的误差较小,双源模型可以很好地实现对高寒草甸生态系统蒸散发(ET)的拆分。

关键词：高寒草甸水分收支双源模型蒸散比(T/ET)