含迟滞效应的非参数化蒸散计算方法研究

Accurate measurement and estimation of surface evapotranspiration (ET) is a long-term scientific goal in hydrology, meteorology and relevant disciplines. The nonparametric (NP) approach proposed by Liu et al (2012) is capable of estimating surface ET without semi- or empricial parameterization that commonly used in conventional combination theory of evaporation. Advances in observation technology and increased knowledge require more accurate ET estimation. This proposal is to improve the NP through high-frequency observation of evaporation with an experimental pan and field measurement of surface fluxes with eddy covariance (EC) techniques in Poyag Lake region. First, the high-frequency data will provide field evidence to clarify equilibruim evpoaration that is key to numerous appraoches. Second, the EC data will support to find the hysterestic relationship between surface radiative and heat fluxes. Third, the NP approach will be updated with improved understanding of equilibrium evaporation and radiative-heat hysteresis. The updated NP approach will be evaluated for its capability in application, with field EC data from both humid and arid sites. Overall, the proposed project will promote our understanding of radiative-heat hysteresis and experimental solidness of equilibrium evaporation, highly vaulable in both theory and practice.

精确地测量及计算地表蒸散量是水文学等学科长期追求的科学目标。非参数化地表蒸散计算方法规避了经典计算方法中存在的经验性参数化问题，但科技的不断进步提出了更高要求。本项目针对两个前沿性问题，即辐射热量迟滞效应和平衡态蒸发多定义性，依托鄱阳湖区研究基地，以地表水热通量、蒸发皿蒸发及环境要素的高频观测为研究手段，解明不同定义平衡态蒸发异同性及相互之间可能存在的转换关系，揭示地表辐射与水热通量之间的迟滞效应及对蒸散过程的影响，进而建立含迟滞效应的非参数化蒸散计算方法，在平衡态蒸发的基本概念和辐射热量的迟滞效应研究方面实现突破。在理论上，夯实平衡态蒸发的实证基础，推进辐射热量迟滞效应的科学认知。在应用上，为非参数化蒸散计算方法的业务化推广及宏观遥感应用等打下更坚实的理论基础。

精确地测量及计算地表蒸散量是水文学等学科长期追求的科学目标。本项目针对两个前沿性问题，即辐射能与热能转换之间存在的迟滞效应和平衡态蒸发的定义多样性，依托鄱阳湖区研究基地，以地表水热通量、蒸发皿蒸发及环境要素的高频观测为研究手段，利用湿润区自然条件（平衡态蒸发物理要求），解明不同前提假设条件下平衡态蒸发之间可能存在的转换关系；结合鄱阳湖丰枯转换的自然特性，揭示地表辐射与水热通量之间的迟滞效应及其对蒸散过程的影响；进一步改进非参数化地表蒸散计算方法，阐明含迟滞效应的非参数化蒸散计算公式的优势及适用条件。.针对研究内容和目标，自行设计并建立了开口10平方米的蒸发皿及观测系统，开展了典型天气过程的高频观测试验；结合位于鄱阳湖区洲滩湿地和大湖中心的涡动相关系统定位观测，解析了不同平衡态蒸发定义的真实性及不同定义之间的转换关系；结合鄱阳湖丰枯转换的自然特性，同时结合青藏高原羊卓雍措的通量观测数据，形成从陆面→浅水湖→深水湖的环境梯度，揭示了地表辐射与水热通量之间的迟滞效应及其对蒸散过程的影响；对于非参数化地表蒸散计算方法，明确了现有公式的优势及适用条件并提出改进方案。这些研究结果，为厘清地-气相互作用中的驱动关系、饱和水气压差的作用等争议性问题、发展含动力变化过程的水热通量测算方法等，提供了新的认识基础。项目启动至今，在蒸散理论及观测方法的回顾展望、湖泊蒸发的研究进展、地表水热通量的迟滞效应等方面，发表标注本项目资助的学术论文9篇，其中SCI论文5篇；培养博士毕业和硕士毕业生3人。牵头和参与组织了3次全国性学术会议，参加了近十次国内外学术交流会议。