热带海洋学报 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (6): 37-49.doi: 10.11978/2023192CSTR: 32234.14.2023192
收稿日期:
2023-12-14
修回日期:
2024-03-12
出版日期:
2024-11-10
发布日期:
2024-12-05
通讯作者:
闫金凤
作者简介:
赵勇竹(2000—), 男, 山东省临沂市人, 硕士研究生, 从事海岸带遥感研究。email: 202383020056@sdust.edu.cn
基金资助:
ZHAO Yongzhu(), YAN Jinfeng(
), LIU Bei, ZHU Jiang
Received:
2023-12-14
Revised:
2024-03-12
Online:
2024-11-10
Published:
2024-12-05
Contact:
YAN Jinfeng
Supported by:
摘要:
蒸散发和土壤入渗作为降雨水循环的基本环节, 在区域水文特征和水资源利用中起着极其重要的作用。本文以赵述岛作为研究区域, 基于PM(Penman-Monteith) 公式和SEBAL(surface energy balance algorithm for land) 公式分别估算植被区潜在蒸散发量和非植被区实际蒸发量, 同时构建BP(back propagation)神经网络模型模拟岛礁植被区的潜在蒸散发量和非植被区的实际蒸发量, 基于Kostiakov入渗模型和降水下渗过程特征模拟沙滩和裸土的降雨入渗量。结果表明, 两种蒸散发量模拟模型的决定系数(R2)均高于0.85, 模型有效性指数(efficiency index, EF)均高于0.85。一年中赵述岛5月份各地类的日均蒸散发量最高, 12月份最低, 植被区潜在蒸散发量月变化最为明显。在土壤含砂量高地区, Kostiakov入渗模型的R2普遍大于0.85。赵述岛土壤稳渗率约为0.33cm·min-1, 多年降雨数据显示研究区雨强基本小于稳渗率, 故降雨至地表基本全部下渗, 且旱季和雨季降雨入渗量差距明显。本研究为实测数据缺乏的南海岛礁蒸散发量和降雨入渗量模拟提供了可行方案, 并为构建岛礁降水循环过程提供数据支撑。
中图分类号:
赵勇竹, 闫金凤, 刘蓓, 朱江. 南海岛礁蒸散发量和降雨入渗量模拟研究[J]. 热带海洋学报, 2024, 43(6): 37-49.
ZHAO Yongzhu, YAN Jinfeng, LIU Bei, ZHU Jiang. Simulation study of the evapotranspiration and rainfall infiltration of islands and reefs in the South China Sea[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2024, 43(6): 37-49.
表4
研究区域土壤样本物理性质(依据参考文献)"
来源 | 砂粒/% | 粉粒/% | 黏粒/% | 容重/(g·cm-3) | 备注 |
---|---|---|---|---|---|
本研究 | >95 | <5 | 1.3 | ||
Duan等 ( | 94 | 4 | 2 | 无相关信息 | |
Ogbe等 ( | 88 | 3.4 | 8.6 | 1.46 | 0~15cm |
90 | 3.4 | 6.6 | 1.43 | 15~30cm | |
Ogbe等 ( | 90 | 1.4 | 8.6 | 1.74 | 0~15cm |
92 | 1.4 | 6.6 | 1.75 | 15~30cm | |
Ogbe等 ( | 88 | 1.4 | 10.6 | 1.41 | 0~15cm |
92 | 1.4 | 6.6 | 1.46 | 15~30cm | |
Bi等 ( | 90 | 7 | 3 | 1.58 | |
Ahaneku等 ( | 87.1 | 9 | 3.9 | 1.6 | |
Ahaneku等 ( | 87.2 | 8.6 | 4.2 | 1.55 | |
Khalid等 ( | 90 | 7 | 3 | 无相关信息 | |
Yang等 ( | 90.33 | 2.66 | 7.01 | 无相关信息 |
表5
Kostiakov模型经验参数"
数据来源 | Kostiakov模型 | 结束时间/min | 备注 | |
---|---|---|---|---|
Duan等 ( | 0.669 1 | 0.278 9 | 无相关信息 | 模拟入渗速率 |
Ogbe等 ( | 1.386 8 | 0.781 | 208 | 模拟累积入渗量 |
Ogbe等 ( | 1.559 6 | 0.784 | 208 | 模拟累积入渗量 |
Ogbe等 ( | 1.517 1 | 0.785 | 208 | 模拟累积入渗量 |
Bi等 ( | 1.159 | 0.588 | 60~90 | 模拟入渗速率 |
Ahaneku等 ( | 1.318 | 0.542 | 150 | 模拟累积入渗量 |
Ahaneku等 ( | 1.013 | 0.662 | 150 | 模拟累积入渗量 |
Khalid等 ( | 0.6 | 0.024 | >40 | 模拟入渗速率 |
Yang等 ( | 2.702 | 0.825 | 25 | 模拟累积入渗量 |
表7
旱雨季不同地类蒸散发量与影响因子相关性分析"
时间 | 地类 | 平均气温 | 最低气温 | 最高气温 | 风力等级 | 降水量 |
---|---|---|---|---|---|---|
旱季 | 不透水面 | 0.599* | 0.491* | 0.656* | -0.694* | -0.277* |
裸土 | 0.600* | 0.500* | 0.654* | -0.649* | -0.223* | |
植被 | 0.417* | 0.366* | 0.472* | -0.469* | -0.326* | |
雨季 | 不透水面 | 0.642* | 0.609* | 0.582* | -0.414* | -0.423* |
裸土 | 0.668* | 0.663* | 0.570* | -0.284* | -0.421* | |
植被 | 0.574* | 0.634* | 0.422* | -0.010 | -0.418* |
[1] |
阿茹·苏里坦, 常顺利, 张毓涛, 2019. 天山林区不同群落土壤水分入渗特性的对比分析与模拟[J]. 生态学报, 39(24): 9111-9118.
|
|
|
[2] |
安善涛, 焦磊, 梁伟, 等, 2021. 基于多源数据的黄土高原陆地水循环结构变化分析[J]. 生态学报, 41(17): 6800-6813.
|
|
|
[3] |
曹永强, 王菲, 2021. 河北省植被时空变化及其对气象干旱的响应[J]. 南水北调与水利科技(中英文), 19(4): 708-719, 757.
|
|
|
[4] |
陈晓莹, 2020. 荒漠草原两种典型土壤的水分特征及其影响因素[D]. 银川: 宁夏大学:29-30.
|
|
|
[5] |
樊龙凤, 李海英, 黄真理, 等, 2021. 基于人工降水入渗的热带海岛表面砂土层水质变化特征[J]. 土壤, 53(1): 197-208.
|
|
|
[6] |
共产党员网, 2012. 三沙第一个基础设施项目竣工[EB/OL]. (2012-11-11) [2024-02-20]. https://news.12371.cn/2012/11/11/ARTI1352621075787274.shtml.
|
[7] |
韩生生, 刘苏峡, 宋献方, 等, 2021. 西沙赵述岛地表蒸散发实验[J]. 地理研究, 40(1): 172-184.
doi: 10.11821/dlyj020190860 |
|
|
[8] |
胡明鉴, 蒋航海, 朱长歧, 等, 2017. 钙质砂的渗透特性及其影响因素探讨[J]. 岩土力学, 38(10): 2895-2900.
|
|
|
[9] |
简文星, 许强, 童龙云, 2013. 三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究[J]. 岩土力学, 34(12): 3527-3533, 3548.
|
|
|
[10] |
李可良, 许宏发, 杨殷豪, 等, 2020. 钙质砂渗透性能研究现状及展望[J]. 中国水运(下半月), 20(1): 214-215, 218 (in Chinese).
|
[11] |
刘风华, 代智光, 费良军, 2019. 容重对红壤条件下涌泉根灌水分入渗能力影响[J]. 水土保持学报, 33(1): 86-90, 97.
|
|
|
[12] |
刘凯, 王磊, 宋乃平, 等, 2013. 毛乌素沙地南缘不同林龄人工柠条林土壤渗透性研究[J]. 干旱区资源与环境, 27(5): 89-94.
|
|
|
[13] |
刘茜茹, 冯天骄, 王平, 等, 2023. 晋西黄土区长期植被恢复对土壤表层入渗与水分储量差异的影响[J]. 水土保持通报, 43(2): 50-59.
|
|
|
[14] |
吕炳全, 王国忠, 全松青, 1987. 西沙群岛灰砂岛的沉积特征和发育规律[J]. 海洋地质与第四纪地质, 7(2): 59-69.
|
|
|
[15] |
马龙龙, 杜灵通, 宫菲, 等, 2019. 基于SEBAL模型的农牧交错区蒸散演变及生态需水规律[J]. 水土保持通报, 39(4): 177-183.
|
|
|
[16] |
澎湃新闻, 2017. 南海三沙岛礁引入风光互补新能源海水淡化设备, 化解用水难[EB/OL]. (2017-02-14)[2024-02-20]. https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1618723.
|
[17] |
汤珊珊, 李占斌, 任宗萍, 等, 2015. 覆沙坡面产流产沙过程试验研究[J]. 水土保持学报, 29(5): 25-28.
|
|
|
[18] |
王海波, 马明国, 2014. 基于遥感和Penman-Monteith模型的内陆河流域不同生态系统蒸散发估算[J]. 生态学报, 34(19): 5617-5626.
|
|
|
[19] |
王红, 2014. 水土保持典型措施对地下水补给生态基流的影响研究[D]. 杨陵: 中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心):73.
|
|
|
[20] |
王瑞, 唐文浩, 宋玉梅, 等, 2011. 西沙群岛土壤环境质量状况及特征分析[J]. 安徽农业科学, 39(10): 5837-5840.
|
|
|
[21] |
王硕, 白云岗, 王兴鹏, 等, 2021. 和田河沙漠地带河床入渗特征研究[J]. 干旱区资源与环境, 35(8): 114-121.
|
|
|
[22] |
王韦娜, 张翔, 张立锋, 等, 2019. 蒸渗仪法和涡度相关法测定蒸散的比较[J]. 生态学杂志, 38(11): 3551-3559.
|
|
|
[23] |
王新志, 王星, 胡明鉴, 等, 2017. 吹填人工岛地基钙质粉土夹层的渗透特性研究[J]. 岩土力学, 38(11): 3127-3135.
|
|
|
[24] |
邢建伟, 宋金明, 2023. 南海大气沉降及其生态环境效应[J]. 热带海洋学报, 42(3): 19-39.
|
|
|
[25] |
熊友胜, 2013. 三峡库区紫色土坡耕地水量平衡研究[D]. 重庆:西南大学:32-33.
|
|
|
[26] |
徐俊增, 彭世彰, 张瑞美, 等, 2006. 基于气象预报的参考作物蒸发蒸腾量的神经网络预测模型[J]. 水利学报, 37(3): 376-379.
|
|
|
[27] |
杨安富, 胡玉麟, 林天, 等, 2022. 中国西沙群岛土系的建立[J]. 土壤学报, 59(3): 667-677.
|
|
|
[28] |
赵焕庭, 王丽荣, 袁家义, 2017. 南海诸岛的自然环境、资源与开发——纪念中国政府收复南海诸岛70周年(3)[J]. 热带地理, 37(5): 659-680, 693.
doi: 10.13284/j.cnki.rddl.002983 |
|
|
[29] |
赵景波, 马延东, 邢闪, 等, 2011. 腾格里沙漠宁夏回族自治区中卫市沙层水分入渗研究[J]. 水土保持通报, 31(3): 12-16, 70.
|
|
|
[30] |
郑超磊, 贾立, 胡光成, 2023. 高分一号卫星遥感数据驱动ETMonitor模型估算16 m分辨率蒸散发及验证[J]. 遥感学报, 27(3): 758-768.
|
|
|
[31] |
中国网, 2016. 军民融合力量大三沙市走出岛礁绿化生态发展之路[EB/OL]. (2016-09-29)[2024-02-20]. http://cn.chinagate.cn/environment/2016-09/29/content_393981872.htm.
|
[32] |
周剑, 李新, 王根绪, 等, 2008. 陆面过程模式SIB2与包气带入渗模型的耦合及其应用[J]. 地球科学进展, 23(6): 570-579.
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2008.06.0570 |
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2008.06.0570 |
|
[33] |
周英杰, 刘艳伟, 黄一峰, 等, 2023. 生物质种类和添加量对肥液灌溉土壤入渗特征和养分运移的影响[J]. 华南农业大学学报, 44(4): 585-592.
|
|
|
[34] |
|
[35] |
|
[36] |
|
[37] |
|
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
|
[43] |
|
[44] |
|
[45] |
|
[46] |
|
[47] |
|
[48] |
|
[49] |
|
[50] |
|
[51] |
|
[52] |
|
[53] |
|
[54] |
|
[55] |
|
[56] |
|
[57] |
|
[58] |
pmid: 5321565 |
[59] |
|
[60] |
|
[61] |
|
[62] |
|
[63] |
|
[64] |
|
[65] |
|
[66] |
|
[1] | 杨柳青青, 储莫闲, 刘必林, 孔祥洪. 基于动量自适应BP神经网络的鸢乌贼模式识别[J]. 热带海洋学报, 2021, 40(6): 102-110. |
|