甘肃黄土高原潜在蒸散的时空变化

甘肃黄土高原潜在蒸散的时空变化

1土壤蒸散量的估算土壤蒸发是洛杉矶高原土壤水分运行的主要环节之一。土壤接受土壤水分后，大部分通过蒸发和作物蒸发进入土壤，完成土壤水分循环的最后过程，并形成土壤水的再循环。植被的分布取决于水热的结合。作为一个重要的水循环因子，蒸发是限制土壤有效水分的一个重要因素。它可以代表气候因子的全面影响，对区气候、水文、农业和生态研究非常重要。因此，他在植物科学、生物化学和生物化学方面发挥着重要作用。1989年，张新石将蒸发作为一个指标和变量引入了国家气候植被关系的研究中。因此，在气候、地理、水文、农业和生态研究等学科领域进行了强有力的开发和分布。传统研究蒸散发是根据气象站点的常规观测值来估计,假设蒸发区域非常小以至于不用考虑区域气象或空气运动,生物学上估算蒸散发也是如此.有关蒸散及蒸发的测定,进行较早的主要有两种方法,即E601型及ϕ20cm的小型蒸发皿.近20~30a来,虽然各种类型的蒸渗仪器投入使用,但由于其性能及技术方面尚未达到至臻至善,所以至今也未形成统一观测体系,且其资料年序短,分布零散,不能全面诠释蒸散情况.土壤水分的蒸散情况仍不得不依靠资料年代较长、观测方法比较统一的ϕ20cm小型蒸发或E601型蒸发器观测数据进行订正理论上或经验上概算的土壤蒸散量值.Penman-Monteith(P-M)方法是一个具有物理基础的计算蒸散量的方法.该方法根据动力学原理及热力学原理,考虑了辐射、温度、空气湿度等各项因子的综合影响.因此,FAO推荐该方法作为估算蒸散发的唯一标准方法.本文即选择Penman-Monteith(P-M)方法计算甘肃黄土高原土壤潜在蒸散量.2辐射射向下的具有明确基本特征taPenman蒸散计算公式考虑了气压和温度随拔海高度的变化对潜在蒸散的影响,也考虑了干旱地区干空气的平流现象,可表达为:BE=A×[(C−D)+F](1)BE=A×[(C-D)+F](1)式中:A=(P0×Δ/P×V)/(P0×Δ/P×V+1.00),表示不同拔海高度和温度下辐射对潜在蒸散的影响;Δ=(ea/(273+ta)[6463/(273+ta)-3.927];V=(Cp×P)/(c×ε)=(0.242P)/[0.622(595-0.57ta)];C=0.75×Ra×(a+b×n/N),表示短波辐射射入辐射对可能蒸散的影响;D=δ×Tk4(0.56-0.079ed)(0.1+0.9n/N),表示长波辐射射出辐射对可能蒸散的影响;F=0.26(1.0+0.72uβ)(ea-ed),表示该地干燥程度对可能蒸散的影响.P0为站点海平面平均气压;P为本站气压;Δ为饱和水气压曲线斜率;V为温度表湿度计算常数;Ra为天文辐射;a和b为系数,分别取0.25及0.45;n/N为日照百分率;δ为斯蒂芬波尔滋曼常数;ea为饱和水气压;ed为实际水气压;β为风速订正系数;u为气象站常规观测之风速.3计算结果和分析3.1各年代潜在蒸散值的变化3.2蒸发服量的年龄分布蒸发皿是气象观测站观测蒸发量普遍使用的器皿,其观测条件一致,方法规范统一,资料年代长,虽然在反映蒸发上有一定局限性,但仍然是一种在各种物理因子综合影响下反映观测蒸散量比较可用及可信的方法.选取甘肃黄土高原各代表站点为基本站或基准站,根据气象观测规范要求,每年4~11月蒸发观测启用ϕ20cm小型蒸发皿,12~3月启用E601型大型蒸发皿,所测蒸发量为小(或E601)型蒸发皿观测值(表2).各地60\_90年代实测值的变化趋势与计算的潜在蒸散量虽在数值上有所差别,但趋势基本一致。蒸发皿所测值的最大值一般出现在7月,最小值出现在1月,而潜在蒸散量最大值出现在7~8月,最小值出现在1~12月,蒸发皿所测值的峰值变化落后于潜在计算值0.5个月,其原因有待进一步研究.4土壤水分的变化规律对于土壤的水分平衡来讲,降水量与潜在蒸散的比值(BE/R)及差值R-BE均可表征一个地区农田土壤水分的盈余与亏缺状况.据买苗等研究,农田潜在蒸散值的变化与降水密切相关,降水量越小,潜在蒸散值越大.选取各地60\_90年代中具有代表意义的潜在蒸散最大值的90年代和最小值的80年代进行计算分析.结果表明,一年之中,陇东黄土高原年蒸发力是降水量的3.4倍,陇西黄土高原南部年蒸发力是降水量的3.5倍,中部地区为4.0倍,西部最少为3.2倍.秋季的蒸发力与降水量比值最小,陇东平均为2.7,陇西南部秦州为2.4,中部安定为3.9,西部临洮为3.9;冬季比值最大,陇东为6.3,陇西黄土高原的南部为8.0,中部为13.8,西部为8.2;春季和夏季次之.说明由于暖冬的影响,冬季气温升高幅度最大,而降水偏少,土壤蒸散能力加强.90年代以来,甘肃黄土高原降水持续偏少,气温持续升高,潜在蒸散能力持续增强,蒸散能力与可供蒸散的降水比必然增大.据统计,陇东年潜在蒸散能力与降水的比增加了0.9,陇西黄土高原南部增加了1.1,中部增加了0.6,西部增加了0.5(图3).降水量与理论蒸散的差值标志着土壤水分对蒸散的不满足程度.甘肃黄土高原各地R-BE值均为负值,夏季最大,冬季最小,秋春次之.黄土高原主要作物生长需水关键期处于土壤水分的低值区,夏季为降水的高峰期,和土壤水分的蒸发期同步,这时蒸发强烈,土壤失墒严重,累积贮水量最小,加之土壤水分变化幅度较大,贮水效率低,而冬季相反.一年当中,各地均程度不同地表现出土壤水分的稳定性.R-BE值在80年代夏季和冬季以东部及中部最大,分别为638mm及111mm;而降水较丰的西部最小,R-BE值分别为510mm及81mm.90年代由于气温增高,更加剧了土壤蒸散,土壤水分亏缺更为严重.夏季东部土壤水分亏缺量增加了24%、南部增加了18%、中部最大为46%、西部为21%;冬季土壤水分亏缺量东部最大为43%、南部最小为9%.90年代以来,陇中及陇东北部增幅最多,土壤水分亏缺最为严重(图4).与时俱增的土壤水分亏缺给当地农业生产、经济发展带来了严峻的挑战.5潜在蒸散量的季节变化用Penman-Monteith公式计算的土壤水分蒸散量变化特征表明,蒸散量受气温、降水的支配比较大.理论蒸散量与蒸发皿所测得的值虽在数值上有所差别,但变化趋势基本一致.蒸发器所测值的峰值变化落后于理论计算值0.5月.潜在蒸散量以90年代最大,70年代和60年代次之,80年代最小.潜在蒸散量的四季变化,以夏季最高,其次为春季和秋季,冬季最小;60\_90年代各地潜在蒸散值比蒸发皿所测值高30%~