华北平原蒸散发估算及其时空变化规律研究

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华北平原是中国最重要的产粮基地之一,然而该地区水资源缺乏、供需矛盾突出。在全球气候变化及用水需求日益增加的背景下,该地区水循环过程变得愈加脆弱。因此如何准确估算蒸散发、掌握蒸散发的时空变化规律,进而合理配置水资源、提高农业用水效率、维持粮食产量是迫在眉睫的问题。本研究利用支持向量回归模型,基于华北平原及周边的8个通量站点,并结合气象及遥感数据,对华北平原农田区域的蒸散发进行估算,并生产了年限为1982-2015年,空间分辨率为1/12°,时间分辨率为8天的长序列蒸散发数据集。该模型在交叉验证试验中表现良好,验证集RMSE均在0.63mm day-1以下,R2均在0.75以上,说明其空间泛化能力较强,适用于区域蒸散发模拟。基于区域蒸散发估算结果,本研究分析得出华北平原农田蒸散发时空分布规律如下:在时间上,1982-2015年华北平原农田蒸散发的均值为576?25mm yr-1,趋势不显著。在小麦季,蒸散发均值为238?19.1mmyr-1,上升趋势显著(1.28mmyr-2)。在玉米季,蒸散发均值为221?16.3 mmyr-1,下降趋势显著(-0.95 mmyr-2)。在空间上,华北平原北部及沿渤海少灌溉地区年蒸散量最低,其次为泰山及山东丘陵地区,而灌溉充足的半干旱地区(太行山山前平原及黄灌区)年蒸散量较高,南部湿润区年蒸散量最高。对于蒸散发趋势,在年尺度上,大部分区域趋势并不显著,只有南部湿润区显著上升,而太行山山前平原区显著下降。在小麦季,蒸散发在70.8%的研究区显著上升;而在玉米季,蒸散发在68.6%的研究区显著下降。基于第一差分去趋势法及多元线性回归模型,本研究分离了气候变化及人类活动对蒸散发趋势的贡献量。结果表明,人类活动主导了年尺度及小麦季的蒸散发趋势,实际贡献量分别为1.42mmyr-2及0.83 mmyr-2,相对贡献率分别为52%及56%。而在玉米季,蒸散发变化趋势则被气候变化完全控制,其相对贡献率为77%,实际贡献率为-1.11 mmyr-2。基于各气象要素对蒸散发趋势的贡献量,本研究发现,在年尺度及玉米季,净辐射及风速为研究区内蒸散发趋势的主控气象因素,显著下降的净辐射及风速使玉米季蒸散发显著下降,并削弱了年尺度蒸散发的上升趋势;而在小麦季,主控气象要素则为净辐射与气温,其中,显著上升的气温使蒸散发显著上升。
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