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25220045*,,(, 100871):利用北京市各气象站点的长期观测资料,使用FAO推荐的Penman-Monteith法,计算了各站点逐月参考作物蒸散量ET0。在此基础上使用插值生成ET0的灰度分布图与等值线图,分析了ET0的时空分布特征。研究结果发现,北京市ET0分布具有2个常年稳定的低蒸发中心及多个随季节变化的高蒸发中心。区域内海拔高度与地形变化造成地表温度和热量平衡变化是导致ET0时空变化特征的主导因素;风速、日照时数和相对湿度等气象因素及其综合作用对ET0也有较大的影响。:Penman-Monteith法;参考作物蒸散量ET0;地理信息系统 作物需水预测对合理和节约用水,缓解水资源的供需矛盾具有重要意义。作物需水预测中的关键参数是参考作物蒸散量ET0。该参数受多重因素影响,在较大区域范围内实际测定有较大难度,通常可以采用模型进行估算。Penman-Monteith法是FAO最新推荐的方法[1]。相对而言,该方法有较充分的理论依据,是目前计算ET0最可靠的手段。所计算的参考作物蒸散量ET0,仅受制于当地气候条件,与作物种类、土壤类型等无关[2]。目前应用该模型进行作物蒸散量预测时常用特定点的测定值代表其周围区域,并假定这些区域为均匀的。然而,这一假设对许多气候要素和地形条件来说是不真实的,从而在估计作物需水中引入了较大的误差[3]。本文的目的就是利用气象站的常规观测资料和GIS的空间分析功能,以北京市为例,生成近似均匀气象条件和相近高程下单一均匀区域的ET0分布图,在此基础上分析ET0的时空分布规律,为进一步准确地预测作物需水与从总体上把握作物需水的地区差异提供依据。1 从北京市20个气象站点多年(1959~1980年)气象资料中选取月均最高与最低温度、相对湿度、风速、平均日照时数、降雨量等常规气象要素的统计数据及各站的海拔高度,使用Penman-Monteith方程计算出各气象站点各月平均日参考作物蒸散量ET0。然后利用Arcview空间模块的插值分析功能,生成北京市各月ET0分布的灰度图,叠加北京市行政区划图后,研究该区域ET0的时空变化。最后通过对典型区域典型时段ET0影响因素的比较,分析了北京市影响蒸散的主要因素。 * :2003-03-18:(40031010,40024101):(1967-),,,,GISRS。APreliminaryStudyonWaterAbsorptionPropertiesandBiologicalEffectsofaNewWater-holdingAgentγ-PolyGlutamateWANGChuan-hai1;HEDu-ling1;ZHENGYou-fei1;YAOKe-ming1;XUHong2(1.DepartmentofEnvironmentalSciences,NanjingInstituteofMeteorology,Nanjing 210044,China;2.CollegeofPharmacyandLifeSciences,NanjingIndustryUniversity)Abstract:Thewaterabsorptionpropertiesandbiologicaleffectsofγ-polyglutamate(γ-PGA)wereinvestigated.Theγ-PGAcouldabsorb30to80multipleofwaterinsoilandto1108.4multipleofwater,whichwasonetimehigherthanthatofpolyacrylate.Thecolloidsolutionofγ-PGAhadratherperfecteffectsonholdingandreleasingwaterinsoil.Itthusen-hancedthedroughtresistanceofcropseedlings.Theγ-PGAcouldsignificantlyimprovethegerminationpercentageofwheatandryegrassevenintheconditionofsimulateddroughtstressof0.206MPEG(6000).KeyWords:Water-holdingagent;γ-polyglutamate;Waterabsorptionproperty;Germinationpercentage·22·2 2.1 北京市有关气象因素的变化规律在收集的有关台站气象资料中,各站点月均风速的年变化规律大致相同,一般是4、5月最大,8月份最小,其余月份的风速呈过渡状态。年均月日照时数除霞云岭明显偏低(171.94h)外,其余各站都在206~235h之间,变化不大;年变化规律大致相近,表现为5月份最高,6月份次之,12月与11月份最低,1月与2月份也较低。各站月均相对湿度的变化规律相近,8月份最高,可达82%左右;7月份次高;1月最低,仅35%。不同站点比较,斋堂、古北口、汤河口和霞云岭相对湿度较低,而海淀、通县、大兴、和丰台较高。降雨主要集中于7、8月,其降雨量占全年的60.8%;其次为6月份;1、2、3、11和12月的降雨较少,都在10mm以下,5个月的降雨量仅占全年平均总降雨量的4.4%。全市多年平均年降雨量斋堂最低,仅473.3mm;密云最高,达661.3mm;相差188mm。年均最高温度,佛爷顶最低,为9.3℃;马道梁次之,为12.4℃;延庆15.3℃,名列第3个最低点;其余站点相差不大,在16~17.8℃之间。月均最高温度的年变化规律呈明显的抛物线型,1月份最低,7月份最高,6、8月与7月相近。各气象要素的综合特征反映出本区明显的大陆性季风气候的特点。2.2 北京市参考作物蒸散量月变化各站点参考作物蒸散量月变化(多年平均)情况见图1。由图可见,各站点月均值的年变化趋势相同,大致呈抛物线型,最小值都出现于1月份或12月份;最大值都出现于5月或6月份。其主要原因是5、6月份时处春末夏初,气温已回升,风力又较7、8月份大,日照长而降雨量较小,相对湿度较低。1月和12月气温偏低、热能较少,故ET0相对全年较低。2.3 北京市参考作物蒸散量空间分布特征北京市12个月ET0插值的灰度图见图3。由于各月间差异远大于同时期站点间差异,12个月的ET0图分别设置各自灰度级,每月根据其ET0最大值与最小值分为9个等间距灰度级,颜色愈深ET0愈低,反之亦然。从图中可以明显地看出,北京市终年存在两个相对低的ET0区以及若干随时间变化的不稳定的高ET0区。低值区一个位于西南部,覆盖以霞云岭气象站为中心的房山县中西部及斋堂气象站周边的门头沟区中西部地区;另一个位于西北部,以延庆县的图1 北京市20个气象站点月参考作物蒸散量的年变化图2 北京市气象站点分布图马道梁气象站为中心,覆盖了延庆县东部的大部分地区;3~8月此低蒸发中心向西推进,覆盖了延庆县中部佛爷顶气象站周边地区;11~1月此中心向东北方向扩展,覆盖了怀柔县北部汤河口气象站周围的大部分区域。位居首位的高ET0区以东北部古北口气象站为中心,年均ET0达1261mm,明显高于其它区域;一年内3~11月均维持较高的ET0,从4月起成为ET0最高区域。其次是顺义县中部地区,该区6~10月期间蒸发较多,年均ET0为1217mm。中部偏西的昌平县中部地区年均ET0为1197mm,且在11~3月间为全市ET0最高区域。其他高ET0区域还包括大兴、通县和门头沟气象站周边地区。高低ET0区相比,低ET0区中心位置变化不大,大致呈常年较稳定的低蒸发状态,月变化也较小;而高ET0中心的位置、区域范围及强度季节变化显著。此外,西部与北部山区受地形影响,地面ET0梯度变化较大,图上灰阶层次较多。中南部地势平坦,ET0变化梯度也相应较小。2.4 影响ET0时空分布的主要因素通过研究北京市ET0时空分布所呈现的多高低·23·图3 北京市1~12月份ET0分布·24·蒸发中心交错分布与变化的特征发现:多数高蒸发中心海拔都较低,反之亦然。进一步研究表明海拔与ET0在一年中的多数月份(2~9月)呈显著负相关(0.05显著性水平),海拔与各月最高温度都呈显著负相关。可见海拔条件直接决定了温度高低;而温度又反映出可用于蒸发热能来源的多少。1月与12月虽然风速较大,但蒸发量最低,正是由于此期间温度最低所致。佛爷顶各月风速都远远大于其它站点,在3~8月间却成为一个较稳定的低ET0区也正是由于同样的原因。通过与地形图的比较发现,在南北向与东西向上ET0分布趋势发生变化大的地方多是海拔变化显著的地方。可见,北京市影响蒸发的主要因素直接体现为海拔与地形及其引起的地表温度和热量平衡的差异。顺义气象站与昌平气象站相比,1~12月其最高月均温度非常接近,月均日照时数顺义比昌平微高,1~12月相对湿度顺义也都比昌平略高1~5个百分点,但在4~9月,顺义ET0高于昌平,10月份几乎相等,其它5个月(1、2、3、11、12)昌平的ET0又高于顺义,出现这种结果的主要原因是二站风力对比发生变化的缘故。4~9月间顺义风速明显高于昌平,10月、3月二者相近,1、2、11、12月昌平风速高于顺义,可见在温度条件相近时,风速的大小决定了蒸发的多少,风速也是本区域蒸发的主要决定因素之一。与古北口站相比,昌平站在12~2月间日照时数较少、相对湿度相近的条件下,蒸发却明显比古北口高的原因,除因其最高温度较高外,其风速较大也是重要原因之一。4~6月昌平站在最高温度较高的条件下,ET0却比古北口低的原因是其风速较低,日照时数较短和相对湿度较大。此外,同一区域5、6月份ET0远高于7、8月份高温期ET0的主要原因,也正是由于后者降雨量远高于前者,风速也较小,日照时数较低,相对湿度较大所致。可见,风速、日照时数和相对湿度及其综合影响对蒸发也有较大的作用,温度与海拔并不是决定蒸发的唯一因素。3 北京市不同测站ET0值1月与12月最小,马道梁站12月日均达最小值,但波动幅度较大。其余月份的变异系数相对较小,集中于6%~9%左右。全市5、6月份ET0最大,古北口站6月份达日均ET0最大值。西南与西北部存在两处常年较稳定低ET0值区。高值区随时间的变化分别出现在古北口、顺义、昌平、大兴、通县和门头沟等气象站及其周边地区。研究地区尺度较小,影响ET0时空变化特征的主要因素表现为导致地表温度和热量平衡变化的海拔与地形变化。此外,区域的风速、日照时数和相对湿度等气象因素及其综合作用对ET0也有较大的影响。:[1]顾世祥,王士武,袁宏源.参考作物腾发量预测的径向基函数法.水科学进展,1999,10(2):123~128.[2]AllenR,PereiraLS,RaesD,etc.Cropevapotranspiration:Guidelinesforcomputingcropwaterrequirements.IrrigationandDrainage.PaperNo.56.1998,FAO.Rome,Italy.[3]HashmiMA,GarciaLA,FontaneDG.Spatialestimationofregionalcropevapotranspiration.TransactionsoftheASAE,1994,38(5):1345~1351.SpatialandTemporalVariationofReferenceCropEvapotranspirationinBeijingDUANYong-hong,TAOShu,LIBen-gang(CollegeofEnvironmentalScience,PekingUniversity,Beijing100871,China)Abstract:Basedonthelong-termobserveddataofmeteorologicalstationsinBeijing,thereferencecropevapotranspira-tion
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