分布式双源蒸散发模型的构建与运用研究

于岚岚

（辽宁省江河流域管理局，辽宁 沈阳110003）

0 引 言

蒸散发对于流域水循环的水量平衡方程来说，是一个重要的输出项，蒸散发大小的合理计算将会直接影响整个流域的水量计算。流域蒸散发资料主要是通过个别蒸散发观测资料获得，以点代面，通过点观测蒸散发资料，得到整个流域的蒸散发资料，特别是在水文模型的输入中，不能考虑流域的地形、土地利用对流域蒸散发的影响，造成流域蒸散发输入的误差。此文选用分布式双源蒸散发模型，以淮河上游息县水文站以上区域为研究流域，基于流域数字高程数据、土地利用数据以及流域内外附近8个气象站点的气象要素数据，计算了研究区域的蒸散发时空分布。

1 研究方法及资料准备

1.1 研究区域概况

选择淮河上游息县水文站以上流域作为研究区域，面积为10 190 km2。流域地处我国湿润气候与半干旱气候过渡带，淮南属长江流域气候，一般温暖多雨，淮北属黄河流域型气候，寒冷少雨，流域年平均降水量800~1 400 mm，多年平均径流深约为371 mm，年平均水面蒸发量为800～1 000 mm，流域内主要的土地利用方式为耕地和林地。

1.2 双源蒸散发模型

双源蒸散发模型，是将植被冠层和土壤分别当做两个相互独立但又相互作用的2个通量源汇项，模型可以分别对土壤表层和植被冠层进行能量的平衡计算,模型计算方程如下所示：

1）植被冠层截留蒸发E（i被植被叶面截留的那部分水量的蒸发）

2）植被蒸腾能力计算（土壤含水量达到田间持水量时，植被叶面气孔所能蒸发的水分）

3）土壤蒸发能力（土壤含水量到达田间持水量时，裸土或者植物冠层以下土壤所蒸发的水分）

其中：Rnc——植物冠层所能得到的太阳净辐射量，W/m2；Rns——土壤表面所能获得到的太阳净辐射量，W/m2；G——土壤的热通量，Wm2；γ——空气中的湿度常数，KPa/℃；△——饱和水汽压梯度，KPa/℃；ρ——平均空气的密度，kg/m3；CP——空气的比热，1.013×10-3kJkg-1/℃，λ——蒸发的潜热，MJ/kg；Wfr——潮湿冠层比例；rcp——土壤含水量达到田间持水量时的冠层总气孔阻抗，s/m；rsp——土壤含水量达田间持水量时的土壤表面阻抗，s/m；ras——土壤的表面与植物冠层源汇高度之间的空间动力学阻抗，s/m；rac——植物冠层总边界层的阻抗，s/m；D0——植物冠层源汇高度处的水汽压强差，kPa。

1.3 模型数据处理

模型需要的数据包括以下几项：

1）数字高程数据：数字高程数据选用美国国家地球物理中心提供的全球分辨率为1 km×1 km基础地形数据，运用ARCGIS软件结合流域边界，可得到息县水文站以上流域的数字高程图。

2）土地利用数据：基于中国科学院提供的2000年全国空间分辨率为1 km×1 km土地利用图，结合流域边界，应用ArcGIS软件进行切割，得到流域2000年的土地利用图。

3）气象资料：收集流域附近武汉站2000—2010年净。收集了流域内外附近8个气象站2000—2010年日平均气温、日平均水汽压以及日平均风速。

4）蒸发资料：收集了流域内息县蒸发站2000—2010年实测蒸发皿蒸发资料。

2 模型计算结果检验与分析

基于已构建的考虑植被叶面积指数动态变化的双源蒸散发模型，该研究计算了淮河息县以上流域内13 588个栅格单元2000—2010年的逐日蒸散发能力，选择2个年份绘制了息县站日计算蒸散发能力与实测蒸发皿蒸发日过程对比图，见图1。从图1中可以看出计算的蒸散发能力和蒸发皿蒸发量波动趋势基本一致。

图1 息县站2001年和2010年蒸发皿与双源蒸散发日过程比较图

2.1 日尺度相关性分析

为进一步检验分布式双源蒸散发模型计算的蒸散发能力与蒸发皿实测蒸发资料在时间上的相似性和一致性，通过建立实测蒸发皿蒸发与计算的蒸散发能力一元线性回归模型和相关性的分析来进行检验。

在息县流域内共有3个蒸发站，分别为南湾站、石山口站以及息县站，基于这3个蒸发站所在栅格单元2000—2010年的逐日蒸散发能力计算结果，建立这3个站实测蒸发皿与计算蒸散发能力之间的一元回归方程，并采用F检验］对实测蒸发皿和计算蒸散发能力之间的线性拟合程度进行了检验，结果见表1。

表1 蒸发皿日资料与所在栅格单元日蒸散发能力回归分析

从表1中可以看出，3个站的日蒸发皿蒸发资料与其所在网格计算的蒸散发能力回归方程都通过显著性水平a=0.01的F检验，其建立的回归方程的斜率都是正数，表明计算的日蒸散发能力与各站的蒸发皿蒸发呈现正相关性。

2.2 蒸散发空间分布计算

基于流域内各栅格日蒸发能力计算成果，并统计了各栅格年蒸发能力计算成果，并绘制息县以上流域2000—2010年的年均蒸散发能力空间分布图，可以发现，蒸散发量空间分布大体和高程分布具有一定的相似性，海拔较高的区域，气温较低，对蒸散发需求较低，因此蒸散发相对较小；而在海拔较低的区域，气温相对较高，蒸散发较为强烈，蒸散发量相对较大。成蒸散发量在700～1 000 mm的区域主要集中在海拔较低的区域，而蒸散发量在400～1 700 mm的区域主要集中在海拔较高的区域。

3 结 论

通过在淮河上游息县水文站以上区域构建分布式双源蒸散发模型，基于研究区域数字高程、土地利用数据、以及研究区内外附近8个气象站点2000—2010年气象要素数据，运用该模型计算了淮河息县以上流域2000—2010年日蒸散发能力，并结合流域内实则蒸发资料对模型计算结果进行了检验，检验结果表明计算的蒸散发能力和实测的蒸发皿蒸发在时间上具有较好的相似性和一致性，模型可用来计算研究区域的蒸散发能力。

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