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太湖水面蒸发多尺度时间变化特征及其影响因子研究开题报告

 2021-12-28 09:12  

全文总字数:6065字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

水是人类、地球生命不可或缺的基本要素,人类可利用的淡水资源小于全球总水量的0.3%[1],其中的大部分又以蒸发至大气的形式参加水文循环。水面蒸发是地表与大气发生相互作用的重要组成部分,与蒸发相关的潜热通量是联系地表能量平衡和水分循环的纽带,是影响区域气候的重要因子[2,3]。湖泊与水库约占全球陆地面积的 4%[4],我国内陆湖泊约占国土面积的 0.9%[5],虽然占比不大,但数量众多,作为重要淡水来源的湖泊周围常伴人类聚集区。就内陆水体而言,水面蒸发是湖泊和水库能量收支和水分循环过程的重要组成部分,能够影响局地天气、区域气候[6,7],对气候变化敏感[8]。内陆水体是沿岸居民生活和生产的重要水源,正确估算水面蒸发量,对于水资源科学管理与合理利用极为重要。同时作为大气水汽的重要来源,水面蒸发是成云致雨的基本条件。大型湖泊(如北美五大湖)能显著增强下游降水[9,10],引发暴雨或暴雪等气象灾害。水面蒸发通过潜热通量影响水面能量收支平衡,水面与周围陆地间的热力差异可引发局地环流(如湖陆风)[11],影响流域内污染物扩散与传输[12]。而且,湖泊蒸发能够通过影响水分循环调整流域内降水和地表径流[13],改变陆源污染物输入,从而影响湖泊水质。因不具有陆地生态系统对气候变化的生理适应机制[14],湖泊蒸发可作为气候变化的指示器[8]。因此湖泊水面蒸发的研究颇有社会价值和科学意义。

国内外研究现状

鉴于水面蒸发研究的科学意义和社会价值,诸多学者使用如蒸发皿[15]、涡度相关系统(Eddy covariance,EC)[16]、大孔径闪烁仪(Large aperturescintillometer, LAS)[17]等设备进行水面蒸发观测。其中涡度相关法因具有长期在线观测、观测要素全面、非破坏性等优点[18,19],在湖泊这一特定环境下的水面蒸发观测中,优于其他观测方法脱颖而出。

研究指出,水面潜热通量的日变化不明显,全天均表现为蒸发,其最大值并非出现在正午而是午后,具有一定的滞后性,最小值出现在午夜,夜间蒸发显著;影响水面蒸发时间变化特征的主要气象因子并非净辐射Rn,而是与水汽界面的湿度差Δe、风速u有关,且有研究表明uΔe与潜热通量的相关性更强,即水面蒸发与u和Δe的协同作用关系密切。以往关于内陆湖泊水面蒸发的研究中,使用涡度相关系统进行观测的多为中高纬度的大型深水湖泊[16,20-22]而罕见浅水湖泊,同时由于使用涡度相关系统的观测、维护难度较大,成本高,研究时长超过一年的湖泊和大气通量观测报道很少,特别是位于亚热带的大型浅水湖泊。我国湖泊众多,湖面面积超过1km2的湖泊有2759个,淡水湖泊占比超过三分之一,主要分布在长江中下游及东部沿海地区,其中绝大多数为浅水湖泊[23]。太湖是我国第三大淡水湖,是典型的亚热带大型淡水湖泊[24],研究太湖的水面蒸发具有代表意义。

2. 研究的基本内容

基于太湖实测的潜热通量,结合辐射和小气候观测数据,从多个时间尺度分析太湖水面蒸发变化特征及其环境控制因子。其中包括:

1. 日尺度上太湖水面蒸发变化特征;

2. 季节尺度上太湖水面蒸发变化特征;

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3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案:

使用太湖梅梁湾站ec观测系统2010-2015年间观测数据,通过数据后处理、质量控制、统计分析得到研究所需要的各时间尺度上太湖水面蒸发的变化数据及潜热通量与其他气象因子的相关分析结果。

进度安排:

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4. 参考文献

  1. Loucks, D.P.and J.S. Gladwell, Sustainability Criteria for Water Resource Systems. CambridgeUniversity Press, 1999.
  2. 孙夏利,费良军,李学军.我国水面蒸发研究与进展[N].水资源与水工程学报,2009-8(20).
  3. 武金慧,李占斌.水面蒸发研究进展与展望[N].水利与建筑工程学报,2007-9(5).
  4. Downing,J.A., Prairie, Y.T., Cole, J.J., et al. The global abundance and sizedistribution of lakes, ponds, and impoundments[J]. Limnol. Oceanogr, 2006, 51:2388–2397.
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  7. Subin, Z.M.,W.J. Riley, and D. Mironov, An improved lake model for climate simulations:Model structure, evaluation, and sensitivity analyses in CESM1. Journal ofAdvances in Modeling Earth Systems, 2012. 4(1).
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  23. 王苏民和窦鸿身,中国湖泊志 1998,北京:科学出版社.
  24. Qin, B.Q.,P.Z., Xu, Q.L. Wu, et al., Environmental issues of Lake Taihu, China. Hydrobiologia, 2007. 581(1):3-14.

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