灌溉影响下的区域潜在蒸散发变化机制研究

Irrigation impacts on regional potential evapotranspiration are usually ignored. It has potential adverse effects on evaluating and predicting the changes of potential evapotranspiration, as well as the understanding on agricultural water demand. Therefore, this project is proposed. The research will be taken out in the Tarim Basin. The irrigation effects on regional climate will be observed, analyzed and simulated, and then, their varying pattern and scale effects will be studied. The different response mechanisms of the radiation term and the aerodynamic term to irrigation will be studied. A potential evapotranspiration estimation method will be proposed with the consideration of irrigation effects. The impacts of irrigation on the changes in potential evapotranspiration will be evaluated, with attributions to climate change and irrigation. The future potential evapotranspiration will be predicted under different irrigation development and climate change scenarios. The new methods of actual evapotranspiration estimation and water demand prediction will be proposed, with the consideration of irrigation induced changes in potential evapotranspiration, and the corresponding water management mode will be proposed. The project is a new idea of evapotranspiration research.

大规模灌溉对区域潜在蒸散发的影响常被忽视，不利于潜在蒸散发演变分析和预测，也不利于准确认识农业需水变化机理和进行灌区高效用水管理，因此需要进行灌溉影响下的区域潜在蒸散发变化机制研究。本项目选定塔里木河流域，对绿洲灌区灌溉气候效应进行观测、分析和模拟，识别其变化规律和尺度特征；研究潜在蒸散发的辐射项和空气动力学项对灌溉的不同响应机制，建立考虑灌溉影响的潜在蒸散发计算方法，促进蒸散发理论的发展；分析灌溉对区域潜在蒸散发时空演变规律的影响，区分气候变化和灌溉气候效应的相对贡献；综合考虑灌溉发展和气候变化，对未来情景下的潜在蒸散发量进行准确预估；提高对农业需水变化机理的认识，建立考虑灌溉对潜在蒸散发影响的灌区实际蒸散发计算方法和需水预测方法，提出相应的用水管理模式。项目为蒸散发研究提供了新思路，可以为灌溉水高效利用提供支撑。

潜在蒸散发在传统蒸散发研究中被认为是与灌溉规模无关的外部变量，故在区域潜在蒸散发演变分析中难以区分究竟是气候背景发生变化还是规模化灌溉引起了区域气候的改变，这既不利于准确分析农业水循环的演变规律，也难以精确估算不同灌溉发展情景下的潜在蒸散发量和需水量。互补原理具有进行灌溉影响下潜在蒸散发变化机制研究的巨大潜力，但常规互补原理机械地维持线性互补关系，笼统地针对实际蒸散发对潜在蒸散发的反馈作用，对区域尺度蒸散发过程物理机制认识不清晰、对蒸散发估算模型刻画的不准确。.本项目提出并发展了基于非线性函数的蒸散发广义互补原理，推导和建立了S型函数公式，将互补原理研究推进到刻画实际蒸散发与辐射项和空气动力学项之间的互馈关系层面上，初步构建起将蒸散发广义互补原理与Penman方法相融合的统一蒸散发过程表征形式，为互补原理研究提供了一种全新的思路和方法。.基于广义互补原理，在深入分析区域蒸散发过程从极端干旱到完全湿润下的物理约束条件基础上，揭示了区域尺度实际蒸散发与潜在蒸散发之间的互馈关系的变化机制，为深化蒸散发互补原理研究和开展人类活动以及气候变化下的水循环响应分析提供了基础条件。.基于构建的蒸散发广义互补原理，系统地分析了规模化灌溉影响下的区域潜在蒸散发变化规律及其特征，建立了考虑规模化灌溉对区域潜在蒸散发影响的需水量预测方法，深化了对区域潜在蒸散发变化机制及其驱动因素的理解，对灌区需水量预测和用水效率评估具有重要意义。.上述成果已在Water Resources Research等期刊发表SCI论文10篇，并受邀在Hydrological Processes上发表综述性评论文章。申请人创建的基于非线性函数的广义互补原理概念和方法已被国内外学者广泛接受和采用，美国工程院院士Wilfried Brutsaert放弃了其1979年提出的具有广泛影响的线性互补函数公式，而采用申请人提出的方法构建非线性多项式函数公式，用于刻画蒸散发互补关系。