基于PenPan模型的中国大陆地区蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

发布时间：2020-09-23 11:05

　　蒸发皿蒸发量是大气蒸发能力的重要参考指标,研究蒸发皿蒸发量有利于探索水文循环过程和合理分配水资源。中国大陆地区获取蒸发皿蒸发量的方法一般为实测法和模型模拟法,实测法往往存在缺测和转换误差(20 cm和E601之间)的缺陷,PenPan模型在蒸发皿蒸发量模拟方面具有较好的应用效果,能够弥补实测法的不足。本研究选取PenPan模型来估算全国区域内的蒸发皿蒸发量:本文选取1961-2001年中国大陆地区20 cm蒸发皿观测值对PenPan模型进行校正(1961-1991年)和验证(1992-2001年),按照气候特征(温带季风区、亚热带季风区、高原山地区、温带大陆区)和不同时间尺度(年、季、月尺度)对PenPan模型进行线性校正,得出不同时间尺度最优校正方案,从而为PenPan模型在中国区域的应用提供依据;选取1961-2017年的气象数据利用校正后适合各区域的PenPan模型对各地区蒸发皿蒸发量进行计算,并探究各气候区域的蒸发皿蒸发量的变化趋势并分析其成因。采用T检验、Mann-Kendall(M-K)趋势分析、反距离权重法(ArcGIS空间插值)分别对中国区域蒸发皿蒸发量进行突变点分析、趋势分析、空间变化分析。考虑各气候区气象因素不同,影响蒸发皿蒸发量的主导因素有可能不同的特性,采用多元线性回归和析因数值实验法探究各气候区在突变点前后时期影响年和季节蒸发量的主导因素。研究发现:(1)PenPan模型的模拟精度呈现空间差异性,相对而言温带季风区和亚热带季风区比温带大陆区和高原山地区的模拟效果要好。PenPan模型的校正系数存在季节性差异,单个站点校正系数时空变化明显,各区域的校正系数在夏季最小。(2)不同气候区的蒸发皿蒸发量突变时间节点存在差异,温带大陆区的突变点为1987年,亚热带季风区的突变点为1989年,高原山地区的突变点为1980年,温带大陆区的突变点为1988年。辐射项夏季蒸发量较大区域在温带大陆区及其与高原山地区的分界区域,其余季节在高原山地区和亚热带季风区的南部地区;动力项冬季蒸发量较大区域在高原山地区和亚热带季风区的南部地区,其余季节在温带大陆区;总蒸发量较大区域随着季节推移逐渐由北到南转移;中国大陆地区整体蒸发量最大区域在温带大陆区。(3)风速的下降和饱和水汽压差的上升是影响各气候区蒸发量趋势变化的关键因素。由于各气候区的的气候条件不同,在第一时期,亚热带季风区两种方法归因结果都是由于太阳辐射下降致使蒸发皿蒸发量处于下降趋势;其余地区则是由风速占主导地位,两种方法探究结果在地区和季节略有差别。在第二时期,四个气候区两种方法探究结果的年主导因素都是饱和水汽压的差的上升,此时“蒸发悖论”现象消失。本文的研究结果表明,基于校正后的PenPan模型对中国大陆地区的蒸发皿蒸发量进行计算具有较好的模拟效果,可以为不同气候区蒸发量时空变异特性及成因分析提供技术支持,研究结果能够为中国水资源的时空合理调配提供决策支持。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P426.21
【部分图文】：

空间分布,模拟误差,站点,原模

PenPan主；在 6-9 月份（图 2-4 f-i）西部站点低估，其东部地区均呈现误差较小现象，8 月（图2-4 h）模拟误差较小的站点最多。温带大陆区，在 2-6（图 2-4 b-e）、9-11 月份（图 2-6i-k）表现一致，以低估站点为主，除其西北部地区存在误差较小站点；6-8 月（图 2-4 f-h），模拟误差较小的站点数目增加，在 7 月和 8 月（图 2-4 g, h）数目最多；其余月份，高估站点有所增加。月份校正系数的空间分布变化，反映季节校正系数的变化过程，更进一步说明原模型随着季节变化模拟精度发生变化，需要针对气候区域进行不同时间尺度校正。

季节,模拟误差,月份,情况

182-9 PenPan a e i m b f j n c gk o d h l pFig. 2-9 The error change before and after the correction of the PenPan model in spring (a, e, i, m),summer (b, f, j, n), fall (c, g, k, o), and winter (d, h, l, p)通过图 2-7 的研究发现，月份的校正更能够反映季节模拟的误差变化情况。由于月份的校正系数太过仔细，有时候反而加大模拟的误差（表 2-3），具体见附录 A。以季节为时间尺度的校正，可以发现模型的模拟误差存在明显的季节性差异（图 2-9）。在温带季风区，春季模拟的误差较大，其余季节模拟误差较小；在亚热带季风区，夏季的模拟误差较大，其余季节的模拟误差较小；在高原山地区和温带大陆区，四个季节的模拟都存在偏低估的现象，这与前面对单个站点校正季节变化的结果一致。因此，通过校正结果也反映出，每个区域的模拟误差存在区域性差异，模拟误差也存在季节性差异。

基于PenPan模型的中国大陆地区蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

a）蒸发

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