A review of the White method for the estimation of evapotranspiration from phreatophytes in arid areas
WANG Ping1, *, , ZHANG Xuejing1, 2, WANG Tianye1, 2, POZDNIAKOV Sergey P3
1. Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China3. Department of Hydrogeology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia
Diurnal water table fluctuation is considered the evidence and indicator of groundwater evapotranspiration by phreatophytes in arid areas. Based on the relationship between plant evapotranspiration and diurnal water table fluctuation, White proposed an analytical solution for estimating evapotranspiration rates using groundwater level monitoring data, i.e., the White method. Due to its simplicity and limited data requirements, this method has been widely used to estimate plant evapotranspiration in riparian zones of arid areas. In this article, we first introduced the fundamentals and four assumptions of the White method, and uncertainties that are involved in its application. Then, we reviewed the recent developments in the method, and discussed the main characteristics, limitations, and shortcomings of each modification; on this basis, the principle of further improvement of the White method is proposed. At present, combined with multi-scale observation and simulation of land surface evapotranspiration, the White method can be used not only to estimate regional scale groundwater evapotranspiration, but also to provide a reference for investigating water sources for plant use in arid regions.
Keywords：arid area
;
groundwater-dependent ecosystem
;
evapotranspiration
;
water table fluctuation method
;
specific yield
WANGPing, ZHANGXuejing, WANGTianye, POZDNIAKOVSergey P. A review of the White method for the estimation of evapotranspiration from phreatophytes in arid areas[J]. Progress in Geography, 2018, 37(9): 1159-1170 https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2018.09.001
Fig.2 Daily plant transpiration pattern and evapotranspiration (ET)-induced diurnal water table fluctuations based on the White assumptions (modified from Wang, Pozdniakov (2014))
Butler等(2007)通过野外观测发现,在河岸带植被茂密地区,植物生长季的地下水位存在明显的日尺度波动现象;而距河岸带较远的地方,尽管地下水位长期变化趋势与河岸带一致,但无明显的日尺度波动。受此启发,Loheide(2008)认为河岸带地下水与补给源区地下水的水位具有较为一致的长期变化趋势,亦即是,河岸带地下水位动态是其长期(季节性)相对稳定变化与短期(日尺度)植被蒸散消耗叠加的结果。而植物在日尺度上蒸散消耗地下水引起水位逐渐降低,导致河岸带与补给源区之间的地下水水力梯度也随之变化,进而使得地下水侧向补给速率也具有日尺度上的变化(Gribovszki et al, 2008)。为此,Gribovszki等(2008)提出了地下水动态补给速率推算方法,以满足小时尺度上的植被蒸散估算,下文称之为Gribovszki法。
Gribovszki法的核心是通过水力学法(hydraulic approach)或经验法(empirical approach)来获取在日尺度上变化的地下水侧向补给速率,即图3b中的r(t)。水力学法依托地下水监测网,分析地下水流场及水力梯度变化,以达西定律为依据计算半小时或小时尺度上的植被区地下水流入与流出水量之差,进而获得日尺度上随时间变化的地下水净补给速率r(t)。但是,该方法需要对局部潜水含水层水流系统动态(补给、排泄、流向)及含水层水文地质参数等有相对准确且全面的了解。与White法相比,该方法在计算上需要更多的参数,因而在实际应用中具有一定的局限性(Gribovszki et al, 2008)。为此,Gribovszki等(2008)随后提出了利用单口地下水观测井的水位变化曲线来推算地下水补给速率的经验法。该方法首先计算半小时或小时尺度上的水位变化速率,并挑选其中最大值作为当天最大地下水补给速率(rmax)。然后,将黎明(或黎明前)时段的水位变化速率进行平均,将其平均值作为当天最小地下水补给速率(rmin)。然后,将该日最大(rmax)与最小(rmin)地下水补给速率进行内插,即获得小时尺度上随时间变化的地下水补给速率r(t)。
Engel等(2005)发现,在生长季,木本植被覆盖区极易观测到地下水位昼夜波动,而邻近的草地却难以观测到该现象。这在以地下水为主要水源的河岸林系统中表现得尤为明显,即在空间上,地下水位随着离河道距离的增加而逐渐下降,植物种类由木本逐渐向草本演变,同时盖度减小,蒸散减弱(Elmore et al, 2006; Yue et al, 2016)。除植被类型影响地下水位动态之外,气象条件以及含水层介质特性也是影响地下水位波动的重要因素(Loheide et al, 2005; Butler et al, 2007; Yue et al, 2016)。比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小。因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用。
给水度是指饱和多孔介质在重力作用下自由排出的水体积与多孔介质的体积之比(Johnson, 1967),是反映含水介质释水和储水能力的一项重要指标。给水度不仅与含水介质的性质和结构(如土壤质地、孔隙度等)有关,而且受到排水时间、水位埋深及水位变幅的影响(Johnson, 1967; Cheng et al, 2013)。由于White法分析的是日尺度地下水位变化,排水时间短,从而导致日尺度上的给水度偏小。比如,Meyboom(1965)发现采用White法估算得到的给水度仅为其实际值的50%。Martinet等(2009)同样发现,尽管White法采用实际给水度计算得到的ET与涡动相关观测到的ET具有很好的相关关系,但是前者明显大于后者。为此,Meyboom(1965)提出以传统给水度的一半作为White法的给水度,并称之为“速效给水度(readily available specific yield)”。
然而,由于不同质地土壤释水速率存在差异,比如砂土释水要快于黏土;另外,由于潜水含水层上部与毛管水带相连接,地下水位变化在一定程度上影响毛管水带释水与储水过程,进而影响给水度的动态变化(Nachabe, 2002; Orellana et al, 2012)。因此,Meyboom(1965)提出的方法过于经验性,在实际运用中存在一定局限。鉴于此,Loheide等(2005)进一步发展了速效给水度的定量方法。他将研究时间尺度限制在12小时,并利用数值模拟方法,定量分析了土壤质地、地下水位埋深等因素对给水度的影响,并针对不同情景给出了速效给水度的确定方法。例如,当地下水埋深超过1 m时,速效给水度主要取决于土壤质地,如图5所示。当地下水埋深小于1 m时,可以根据Nachabe(2002)所提出的方法进行计算。此外,含水介质在储水和释水过程由于孔隙气压等因素影响,其对应的给水度通常存在一定的差异。目前所定义的给水度一般针对释水过程的水量变化,严格来说,该给水度有别于含水层储水过程单位水头上升时所需水量(Nachabe, 2002)。针对这一问题,Nachabe(2002)Acharya等(2012)运用储水系数和释水系数的概念,对储水与释水相反过程下的给水度分别给出了相应解析解。以此为基础,Acharya等(2014)将White方法扩展到降雨情境下的植被蒸散计算上。
除了上述提及的理论方法外,借助一些实验手段或经验方法也可有效获取含水层给水度。例如,Cheng等(2013)通过野外采集样品进行室内排水实验,将24小时内单位水头变化引起的单位面积土柱水分变化作为给水度。但是,该方法由于野外采样困难,而且样品采集过程对土壤性状可能产生较大扰动,仅适用于比较均匀且各向同性的沙质土壤(Loheide et al, 2005)。Miller等(2010)利用水量平衡推算出干旱期(无降水)地下水蒸散速率,并根据White法反推出含水层给水度。这种方法为岩性复杂的碎屑岩类含水层或裂隙含水层给水度的计算提供了思路。Gerla(1992)则提出根据降水入渗速率与水位抬升的比值来确定给水度,该方法随后也被其他研究所采用。然而,该方法要求降水的湿润锋面必须能够到达地下水面,仅适用于地下水位埋深浅、包气带含水量高且土质均匀的湿润区,而对包气带厚度较大的地区则不适用。
另一方面,干旱区植被蒸散的动力学过程本身极为复杂,由植被蒸散引起的地下水位波动与多种自然环境因素密切相关(Yue et al, 2016),而且上述影响因素在时空尺度上又具有很强的不均匀性和变异性。因此,在利用地下水位波动法进行干旱区植被蒸散定量研究的过程中,需要加强对植被蒸散主要影响因素的同步观测与实验研究。此外,White法最初仅用于估算干旱区地下水依赖型植物蒸散量。若结合水量平衡分析、遥感蒸散定量模型以及其他陆表蒸散发的观测,地下水位波动法可在干旱区蒸散发定量及水分来源研究方面得到进一步发展(Newman et al, 2006; Orellana et al, 2012)。
Rainfall penetration and consumptive use of water in the Santa Ana River Valley and Coastal Plain[R]. California Department of Public Works: Division of Water Resorces,
Estimating groundwater evapotranspiration by a subtropical pine plantation using diurnal water table fluctuations: Implications from night-time water use
Phreatophytic vegetation and groundwater fluctuations: A review of current research and application of ecosystem response mmodeling with an emphasis on great basin vegetation
An integrated modelling framework of catchment-scale ecohydrological processes: 2. The role of water subsidy by overland flow on vegetation dynamics in a semi-arid catchment
A method of estimating ground-water supplies based on discharge by plants and evaporation from soil: Results of investigation in Escalante Valley, Utah
[R]. US Geological Survey, Water Supply Paper 659. Washington D C: A United States Department of the Interior.
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
极端干旱区绿洲胡杨根系空间分布特征及其构型研究
1
2014
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
极端干旱区胡杨细根的垂直分布和季节动态
1
2015
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
共生条件下三种荒漠灌木的根系分布特征及其对降水的响应
1
2009
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
共生条件下三种荒漠灌木的根系分布特征及其对降水的响应
1
2009
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响
1
2010
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响
1
2010
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
Analytical expressions for drainable and fillable porosity of phreatic aquifers under vertical fluxes from evapotranspiration and recharge
3
2012
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Evapotranspiration estimation from diurnal water table fluctuations: Implementing drainable and fillable porosity in the White method
1
2014
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Estimating annual groundwater evapotranspiration from phreatophytes in the great basin using landsat and flux tower measurements
1
2013
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Rainfall penetration and consumptive use of water in the Santa Ana River Valley and Coastal Plain[R]. California Department of Public Works: Division of Water Resorces,
1
1930
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
A field investigation of phreatophyte-induced fluctuations in the water table
4
2007
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
... Butler等(2007)通过野外观测发现,在河岸带植被茂密地区,植物生长季的地下水位存在明显的日尺度波动现象;而距河岸带较远的地方,尽管地下水位长期变化趋势与河岸带一致,但无明显的日尺度波动.受此启发,Loheide(2008)认为河岸带地下水与补给源区地下水的水位具有较为一致的长期变化趋势,亦即是,河岸带地下水位动态是其长期(季节性)相对稳定变化与短期(日尺度)植被蒸散消耗叠加的结果.而植物在日尺度上蒸散消耗地下水引起水位逐渐降低,导致河岸带与补给源区之间的地下水水力梯度也随之变化,进而使得地下水侧向补给速率也具有日尺度上的变化(Gribovszki et al, 2008).为此,Gribovszki等(2008)提出了地下水动态补给速率推算方法,以满足小时尺度上的植被蒸散估算,下文称之为Gribovszki法. ...
... Engel等(2005)发现,在生长季,木本植被覆盖区极易观测到地下水位昼夜波动,而邻近的草地却难以观测到该现象.这在以地下水为主要水源的河岸林系统中表现得尤为明显,即在空间上,地下水位随着离河道距离的增加而逐渐下降,植物种类由木本逐渐向草本演变,同时盖度减小,蒸散减弱(Elmore et al, 2006; Yue et al, 2016).除植被类型影响地下水位动态之外,气象条件以及含水层介质特性也是影响地下水位波动的重要因素(Loheide et al, 2005; Butler et al, 2007; Yue et al, 2016).比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小.因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用. ...
Mechanisms, timing, and rates of arid region mountain front recharge
1
2012
... 根据干旱区植被蒸散与地下水位变化两者间的关系(图2),White(1932)提出基于可观测的地下水位日变化过程来定量研究植被蒸散的方法,即White法.该方法由于所需观测项目少、简单易行,因而得到了广泛应用.尤其是近年来,随着自动水位监测技术的发展,地下水位高频率监测已成为可能,而且监测精度也在日益提高(McLaughlin et al, 2011).在此背景下,基于地下水位动态变化的White法已成为干旱半干旱区潜水蒸发,尤其是河岸林植被蒸散定量研究最常用且行之有效的方法之一(Scanlon et al, 2002; Cuthbert, 2010; Carling et al, 2012). ...
Spatial variability of specific yield and vertical hydraulic conductivity in a highly permeable alluvial aquifer
1
2010
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Response of riparian vegetation to water-table changes in the lower reaches of Tarim River, Xinjiang Uygur, China
1
2008
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
Estimation of groundwater evaportranspiration using diurnal water table fluctuations in the Mu Us Desert, northern China
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2013
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
... 给水度是指饱和多孔介质在重力作用下自由排出的水体积与多孔介质的体积之比(Johnson, 1967),是反映含水介质释水和储水能力的一项重要指标.给水度不仅与含水介质的性质和结构(如土壤质地、孔隙度等)有关,而且受到排水时间、水位埋深及水位变幅的影响(Johnson, 1967; Cheng et al, 2013).由于White法分析的是日尺度地下水位变化,排水时间短,从而导致日尺度上的给水度偏小.比如,Meyboom(1965)发现采用White法估算得到的给水度仅为其实际值的50%.Martinet等(2009)同样发现,尽管White法采用实际给水度计算得到的ET与涡动相关观测到的ET具有很好的相关关系,但是前者明显大于后者.为此,Meyboom(1965)提出以传统给水度的一半作为White法的给水度,并称之为“速效给水度(readily available specific yield)”. ...
Riparian ecohydrology: Regulation of water flux from the ground to the atmosphere in the Middle Rio Grande, New Mexico
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2006
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
A time series approach to inferring groundwater recharge using the water table fluctuation method
... 式中：θs为饱和含水率(cm3/cm3);θr为残留含水率(cm3/cm3);zi为潜水位起始埋深(cm);zf为潜水位终止埋深(cm);α、n为相应的经验常数.与之前的给水度确定方法相比,Crosbie等(2005)所提出的方法考虑了地下水位埋深变化以及包气带水分运移的影响,不仅具有很强的物理机制,而且计算简便,在实践中得到了广泛应用(Wang, Grinevsky et al, 2014; Wang, Pozdniakov, 2014). ...
An improved time series approach for estimating groundwater recharge from groundwater level fluctuations
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2010
... 根据干旱区植被蒸散与地下水位变化两者间的关系(图2),White(1932)提出基于可观测的地下水位日变化过程来定量研究植被蒸散的方法,即White法.该方法由于所需观测项目少、简单易行,因而得到了广泛应用.尤其是近年来,随着自动水位监测技术的发展,地下水位高频率监测已成为可能,而且监测精度也在日益提高(McLaughlin et al, 2011).在此背景下,基于地下水位动态变化的White法已成为干旱半干旱区潜水蒸发,尤其是河岸林植被蒸散定量研究最常用且行之有效的方法之一(Scanlon et al, 2002; Cuthbert, 2010; Carling et al, 2012). ...
Hydraulic lift and water use by plants: implications for water balance, performance and plant-plant interactions
1
1993
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Evapotranspiration of a Florida, U.S.A., freshwater wetland
Capillary properties of soils - influence upon specific yield
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1972
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Groundwater-dependent ecosystems: Recent insights from satellite and field-based studies
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2015
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
Decline in alkali meadow vegetation cover in California: The effects of groundwater extraction and drought
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2006
... Engel等(2005)发现,在生长季,木本植被覆盖区极易观测到地下水位昼夜波动,而邻近的草地却难以观测到该现象.这在以地下水为主要水源的河岸林系统中表现得尤为明显,即在空间上,地下水位随着离河道距离的增加而逐渐下降,植物种类由木本逐渐向草本演变,同时盖度减小,蒸散减弱(Elmore et al, 2006; Yue et al, 2016).除植被类型影响地下水位动态之外,气象条件以及含水层介质特性也是影响地下水位波动的重要因素(Loheide et al, 2005; Butler et al, 2007; Yue et al, 2016).比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小.因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用. ...
Hydrological consequences of Eucalyptus afforestation in the Argentine Pampas
2
2005
... 干旱区植被蒸散耗水区的水位变化过程线是由地下水侧向补给(水平向)和植被蒸散(垂向)共同作用所形成(Engel et al, 2005; Wang, Grinevsky et al, 2014).一方面,在植被蒸散影响下,地下水的日间消耗与夜间恢复引起地下水位在日尺度上呈现出近似正弦波曲线特征(Soylu et al, 2012);另一方面,在多日乃至更长时间尺度上,由于地下水的整体补给与消耗大致保持稳定,地下水位呈现出较为一致的变化趋势(Wang, Grinevsky et al, 2014).因此,如能将地下水位波动信号中的长期趋势与日内短期波动信号区分开来,则可根据后者来估算地下水日蒸散量.这种假设就是地下水研究中被广泛采用的水位变化叠加原理,其核心是假定水平向水文过程(侧向补给)与垂向水文过程(植被蒸散)两者之间互不影响(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
... Engel等(2005)发现,在生长季,木本植被覆盖区极易观测到地下水位昼夜波动,而邻近的草地却难以观测到该现象.这在以地下水为主要水源的河岸林系统中表现得尤为明显,即在空间上,地下水位随着离河道距离的增加而逐渐下降,植物种类由木本逐渐向草本演变,同时盖度减小,蒸散减弱(Elmore et al, 2006; Yue et al, 2016).除植被类型影响地下水位动态之外,气象条件以及含水层介质特性也是影响地下水位波动的重要因素(Loheide et al, 2005; Butler et al, 2007; Yue et al, 2016).比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小.因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用. ...
Estimation of evapotranspiration using diurnal groundwater level fluctuations: Comparison of different approaches with groundwater lysimeter data
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2014
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 针对地下水补给速率的White法改进示意图(修改自Fahle et al (2014)) ...
... Schematic diagram showing the improvement of the White method with regard to groundwater recharge rate (modified from Fahle et al (2014)) ...
Estimating groundwater evapotranspiration by a subtropical pine plantation using diurnal water table fluctuations: Implications from night-time water use
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2016
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Hydrologic regulation of plant rooting depth
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2017
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
What the towers don't see at night: Nocturnal sap flow in trees and shrubs at two AmeriFlux sites in California
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2007
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
The relationship of water-table changes to the capillary fringe, evapotranspiration, and precipitation in intermittent wetlands
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1992
... 除了上述提及的理论方法外,借助一些实验手段或经验方法也可有效获取含水层给水度.例如,Cheng等(2013)通过野外采集样品进行室内排水实验,将24小时内单位水头变化引起的单位面积土柱水分变化作为给水度.但是,该方法由于野外采样困难,而且样品采集过程对土壤性状可能产生较大扰动,仅适用于比较均匀且各向同性的沙质土壤(Loheide et al, 2005).Miller等(2010)利用水量平衡推算出干旱期(无降水)地下水蒸散速率,并根据White法反推出含水层给水度.这种方法为岩性复杂的碎屑岩类含水层或裂隙含水层给水度的计算提供了思路.Gerla(1992)则提出根据降水入渗速率与水位抬升的比值来确定给水度,该方法随后也被其他研究所采用.然而,该方法要求降水的湿润锋面必须能够到达地下水面,仅适用于地下水位埋深浅、包气带含水量高且土质均匀的湿润区,而对包气带厚度较大的地区则不适用. ...
Mapping potential groundwater-dependent ecosystems for sustainable management
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2015
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
A groundwater-soil-plant-atmosphere continuum approach for modelling water stress, uptake, and hydraulic redistribution in phreatophytic vegetation
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2014
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
Observations of night-time water use in kiwifruit vines and apple trees
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1989
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Riparian zone evapotranspiration estimation from diurnal groundwater level fluctuations
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2008
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 针对White法所存在的不足,近年来国内外学者先后提出了一系列的改进方法(表1).改进之后,不仅整体上降低了White法在植被蒸散定量计算上的不确定性,而且在不同程度上也提高了植被蒸散计算的精度.同时,通过改进,White法在植被蒸散估算的时间尺度上得到了拓宽,不仅可以计算小时尺度上的植被蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Loheide, 2008; Yin et al, 2013),而且也可用来估算季节尺度上的植被蒸散量(Wang, Grinevsky et al, 2014).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
Causes of diurnal fluctuations of tensiometers
1
1950
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
Water use by saltcedar (Tamarix sp.) and associated vegetation on the Canadian, Colorado and Pecos Rivers in Texas
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
A method for simultaneous estimation of groundwater evapotranspiration and inflow rates in the discharge area using seasonal water table fluctuations
1
2017
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
Specific yield--compilation of specific yields for various materials
2
1967
... 给水度是指饱和多孔介质在重力作用下自由排出的水体积与多孔介质的体积之比(Johnson, 1967),是反映含水介质释水和储水能力的一项重要指标.给水度不仅与含水介质的性质和结构(如土壤质地、孔隙度等)有关,而且受到排水时间、水位埋深及水位变幅的影响(Johnson, 1967; Cheng et al, 2013).由于White法分析的是日尺度地下水位变化,排水时间短,从而导致日尺度上的给水度偏小.比如,Meyboom(1965)发现采用White法估算得到的给水度仅为其实际值的50%.Martinet等(2009)同样发现,尽管White法采用实际给水度计算得到的ET与涡动相关观测到的ET具有很好的相关关系,但是前者明显大于后者.为此,Meyboom(1965)提出以传统给水度的一半作为White法的给水度,并称之为“速效给水度(readily available specific yield)”. ...
... ),是反映含水介质释水和储水能力的一项重要指标.给水度不仅与含水介质的性质和结构(如土壤质地、孔隙度等)有关,而且受到排水时间、水位埋深及水位变幅的影响(Johnson, 1967; Cheng et al, 2013).由于White法分析的是日尺度地下水位变化,排水时间短,从而导致日尺度上的给水度偏小.比如,Meyboom(1965)发现采用White法估算得到的给水度仅为其实际值的50%.Martinet等(2009)同样发现,尽管White法采用实际给水度计算得到的ET与涡动相关观测到的ET具有很好的相关关系,但是前者明显大于后者.为此,Meyboom(1965)提出以传统给水度的一半作为White法的给水度,并称之为“速效给水度(readily available specific yield)”. ...
Bemerkungen zur tagesperiodischen variationen des grundwasserhorizontes und des wasserstandes in kleinen wasserlaufen
Estimating groundwater evapotranspiration rates using diurnal water-table fluctuations in a semi-arid riparian zone
1
2008
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
A method for estimating subdaily evapotranspiration of shallow groundwater using diurnal water table fluctuations
12
2008
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 针对White法所存在的不足,近年来国内外学者先后提出了一系列的改进方法(表1).改进之后,不仅整体上降低了White法在植被蒸散定量计算上的不确定性,而且在不同程度上也提高了植被蒸散计算的精度.同时,通过改进,White法在植被蒸散估算的时间尺度上得到了拓宽,不仅可以计算小时尺度上的植被蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Loheide, 2008; Yin et al, 2013),而且也可用来估算季节尺度上的植被蒸散量(Wang, Grinevsky et al, 2014).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... ).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... 根据White (1932)假设,植物夜间蒸腾很微弱,对地下水位变化的影响可以忽略.因此,引起夜间水位变化的主要因素是地下水侧向补给.据此假设,可以通过分析夜间的水位变化来确定地下水补给速率r,并以此代表当日地下水平均补给速率.White建议用于确定地下水补给速率的时间窗口(Tr)为0:00-4:00,以该时段内水位变化速率来代表当天的地下水平均补给速率.然而,实际研究发现,地下水补给速率的确定对Tr的选择非常敏感.国内外学者在采用White法进行植被蒸散计算过程中,常常结合研究区实际情况选择不同的Tr,比如,前一天18:00至当天6:00 (Rushton, 1996)、0:00-4:00 (Rushton, 1996)、0:00-6:00 (Loheide, 2008; Zhang et al, 2016)、前一天22:00至当天6:00(Miller et al, 2010)等. ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
Estimation of groundwater consumption by phreatophytes using diurnal water table fluctuations: A saturated-unsaturated flow assessment
8
2005
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... White法主要基于以下四点假设：①地下水位的下降仅由植被蒸腾作用引起;②植被蒸腾在夜间0:00-4:00非常微弱,蒸腾量可以忽略不计;③夜间0:00-4:00的地下水平均抬升速率等于当天地下水平均补给速率;④含水层给水度的确定具有代表性和可靠性(White, 1932; Loheide et al, 2005).在上述四点假设的基础上,White (1932)提出了基于地下水位日变化过程的植被蒸散计算公式： ...
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... Engel等(2005)发现,在生长季,木本植被覆盖区极易观测到地下水位昼夜波动,而邻近的草地却难以观测到该现象.这在以地下水为主要水源的河岸林系统中表现得尤为明显,即在空间上,地下水位随着离河道距离的增加而逐渐下降,植物种类由木本逐渐向草本演变,同时盖度减小,蒸散减弱(Elmore et al, 2006; Yue et al, 2016).除植被类型影响地下水位动态之外,气象条件以及含水层介质特性也是影响地下水位波动的重要因素(Loheide et al, 2005; Butler et al, 2007; Yue et al, 2016).比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小.因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用. ...
... 根据土壤质地确定速效给水度的三角坐标图解法 (修改自Loheide et al (2005)) ...
... Trilinear diagram for estimating readily available specific yield based on sediment texture (modified from Loheide et al (2005)) ...
... 除了上述提及的理论方法外,借助一些实验手段或经验方法也可有效获取含水层给水度.例如,Cheng等(2013)通过野外采集样品进行室内排水实验,将24小时内单位水头变化引起的单位面积土柱水分变化作为给水度.但是,该方法由于野外采样困难,而且样品采集过程对土壤性状可能产生较大扰动,仅适用于比较均匀且各向同性的沙质土壤(Loheide et al, 2005).Miller等(2010)利用水量平衡推算出干旱期(无降水)地下水蒸散速率,并根据White法反推出含水层给水度.这种方法为岩性复杂的碎屑岩类含水层或裂隙含水层给水度的计算提供了思路.Gerla(1992)则提出根据降水入渗速率与水位抬升的比值来确定给水度,该方法随后也被其他研究所采用.然而,该方法要求降水的湿润锋面必须能够到达地下水面,仅适用于地下水位埋深浅、包气带含水量高且土质均匀的湿润区,而对包气带厚度较大的地区则不适用. ...
On groundwater fluctuations, evapotranspiration, and understory removal in riparian corridors
3
2009
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 给水度是指饱和多孔介质在重力作用下自由排出的水体积与多孔介质的体积之比(Johnson, 1967),是反映含水介质释水和储水能力的一项重要指标.给水度不仅与含水介质的性质和结构(如土壤质地、孔隙度等)有关,而且受到排水时间、水位埋深及水位变幅的影响(Johnson, 1967; Cheng et al, 2013).由于White法分析的是日尺度地下水位变化,排水时间短,从而导致日尺度上的给水度偏小.比如,Meyboom(1965)发现采用White法估算得到的给水度仅为其实际值的50%.Martinet等(2009)同样发现,尽管White法采用实际给水度计算得到的ET与涡动相关观测到的ET具有很好的相关关系,但是前者明显大于后者.为此,Meyboom(1965)提出以传统给水度的一半作为White法的给水度,并称之为“速效给水度(readily available specific yield)”. ...
Challenges and opportunities of the optimality approach in plant ecology
1
2002
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
Thermal artifacts in measurements of fine-scale water level variation
1
2011
... 根据干旱区植被蒸散与地下水位变化两者间的关系(图2),White(1932)提出基于可观测的地下水位日变化过程来定量研究植被蒸散的方法,即White法.该方法由于所需观测项目少、简单易行,因而得到了广泛应用.尤其是近年来,随着自动水位监测技术的发展,地下水位高频率监测已成为可能,而且监测精度也在日益提高(McLaughlin et al, 2011).在此背景下,基于地下水位动态变化的White法已成为干旱半干旱区潜水蒸发,尤其是河岸林植被蒸散定量研究最常用且行之有效的方法之一(Scanlon et al, 2002; Cuthbert, 2010; Carling et al, 2012). ...
Plants as indicators of ground water
1
1927
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
Three observations on streamflow depletion by phreatophytes
2
1965
... 给水度是指饱和多孔介质在重力作用下自由排出的水体积与多孔介质的体积之比(Johnson, 1967),是反映含水介质释水和储水能力的一项重要指标.给水度不仅与含水介质的性质和结构(如土壤质地、孔隙度等)有关,而且受到排水时间、水位埋深及水位变幅的影响(Johnson, 1967; Cheng et al, 2013).由于White法分析的是日尺度地下水位变化,排水时间短,从而导致日尺度上的给水度偏小.比如,Meyboom(1965)发现采用White法估算得到的给水度仅为其实际值的50%.Martinet等(2009)同样发现,尽管White法采用实际给水度计算得到的ET与涡动相关观测到的ET具有很好的相关关系,但是前者明显大于后者.为此,Meyboom(1965)提出以传统给水度的一半作为White法的给水度,并称之为“速效给水度(readily available specific yield)”. ...
Groundwater uptake by woody vegetation in a semiarid oak savanna
3
2010
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 根据White (1932)假设,植物夜间蒸腾很微弱,对地下水位变化的影响可以忽略.因此,引起夜间水位变化的主要因素是地下水侧向补给.据此假设,可以通过分析夜间的水位变化来确定地下水补给速率r,并以此代表当日地下水平均补给速率.White建议用于确定地下水补给速率的时间窗口(Tr)为0:00-4:00,以该时段内水位变化速率来代表当天的地下水平均补给速率.然而,实际研究发现,地下水补给速率的确定对Tr的选择非常敏感.国内外学者在采用White法进行植被蒸散计算过程中,常常结合研究区实际情况选择不同的Tr,比如,前一天18:00至当天6:00 (Rushton, 1996)、0:00-4:00 (Rushton, 1996)、0:00-6:00 (Loheide, 2008; Zhang et al, 2016)、前一天22:00至当天6:00(Miller et al, 2010)等. ...
... 除了上述提及的理论方法外,借助一些实验手段或经验方法也可有效获取含水层给水度.例如,Cheng等(2013)通过野外采集样品进行室内排水实验,将24小时内单位水头变化引起的单位面积土柱水分变化作为给水度.但是,该方法由于野外采样困难,而且样品采集过程对土壤性状可能产生较大扰动,仅适用于比较均匀且各向同性的沙质土壤(Loheide et al, 2005).Miller等(2010)利用水量平衡推算出干旱期(无降水)地下水蒸散速率,并根据White法反推出含水层给水度.这种方法为岩性复杂的碎屑岩类含水层或裂隙含水层给水度的计算提供了思路.Gerla(1992)则提出根据降水入渗速率与水位抬升的比值来确定给水度,该方法随后也被其他研究所采用.然而,该方法要求降水的湿润锋面必须能够到达地下水面,仅适用于地下水位埋深浅、包气带含水量高且土质均匀的湿润区,而对包气带厚度较大的地区则不适用. ...
Analytical expressions for transient specific yield and shallow water table drainage
Evapotranspiration of two vegetation covers in a shallow water table environment
1
2005
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
Phreatophytic vegetation and groundwater fluctuations: A review of current research and application of ecosystem response mmodeling with an emphasis on great basin vegetation
2
2005
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
... ).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
Ecohydrology of water-limited environments: A scientific vision
1
2006
... 另一方面,干旱区植被蒸散的动力学过程本身极为复杂,由植被蒸散引起的地下水位波动与多种自然环境因素密切相关(Yue et al, 2016),而且上述影响因素在时空尺度上又具有很强的不均匀性和变异性.因此,在利用地下水位波动法进行干旱区植被蒸散定量研究的过程中,需要加强对植被蒸散主要影响因素的同步观测与实验研究.此外,White法最初仅用于估算干旱区地下水依赖型植物蒸散量.若结合水量平衡分析、遥感蒸散定量模型以及其他陆表蒸散发的观测,地下水位波动法可在干旱区蒸散发定量及水分来源研究方面得到进一步发展(Newman et al, 2006; Orellana et al, 2012). ...
An integrated modelling framework of catchment-scale ecohydrological processes: 1. Model description and tests over an energy-limited watershed
1
2014
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
An integrated modelling framework of catchment-scale ecohydrological processes: 2. The role of water subsidy by overland flow on vegetation dynamics in a semi-arid catchment
1
2014
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
Monitoring and modeling water-vegetation interactions in groundwater-dependent ecosystems
5
2012
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
... 另一方面,干旱区植被蒸散的动力学过程本身极为复杂,由植被蒸散引起的地下水位波动与多种自然环境因素密切相关(Yue et al, 2016),而且上述影响因素在时空尺度上又具有很强的不均匀性和变异性.因此,在利用地下水位波动法进行干旱区植被蒸散定量研究的过程中,需要加强对植被蒸散主要影响因素的同步观测与实验研究.此外,White法最初仅用于估算干旱区地下水依赖型植物蒸散量.若结合水量平衡分析、遥感蒸散定量模型以及其他陆表蒸散发的观测,地下水位波动法可在干旱区蒸散发定量及水分来源研究方面得到进一步发展(Newman et al, 2006; Orellana et al, 2012). ...
Ecology: Ecosystem responses to climate extremes
1
2015
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
A method of estimating steamflow loss by evapotranspiration from the Riparian Zone
... Root distribution of phreatophytes and the relationship between roots and groundwater (modified from Robinson (1958)) ...
Dynamics of water-table fluctuations in an upland between two prairie-pothole wetlands in North Dakota
1
1997
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Hydrologic budget for a freshwater marsh in Florida
2
1996
... 根据White (1932)假设,植物夜间蒸腾很微弱,对地下水位变化的影响可以忽略.因此,引起夜间水位变化的主要因素是地下水侧向补给.据此假设,可以通过分析夜间的水位变化来确定地下水补给速率r,并以此代表当日地下水平均补给速率.White建议用于确定地下水补给速率的时间窗口(Tr)为0:00-4:00,以该时段内水位变化速率来代表当天的地下水平均补给速率.然而,实际研究发现,地下水补给速率的确定对Tr的选择非常敏感.国内外学者在采用White法进行植被蒸散计算过程中,常常结合研究区实际情况选择不同的Tr,比如,前一天18:00至当天6:00 (Rushton, 1996)、0:00-4:00 (Rushton, 1996)、0:00-6:00 (Loheide, 2008; Zhang et al, 2016)、前一天22:00至当天6:00(Miller et al, 2010)等. ...
... )、0:00-4:00 (Rushton, 1996)、0:00-6:00 (Loheide, 2008; Zhang et al, 2016)、前一天22:00至当天6:00(Miller et al, 2010)等. ...
Water use by Tamarix Ramosissima and Associated Phreatophytes in a Mojave Desert Floodplain
1
1996
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
Choosing appropriate techniques for quantifying groundwater recharge
1
2002
... 根据干旱区植被蒸散与地下水位变化两者间的关系(图2),White(1932)提出基于可观测的地下水位日变化过程来定量研究植被蒸散的方法,即White法.该方法由于所需观测项目少、简单易行,因而得到了广泛应用.尤其是近年来,随着自动水位监测技术的发展,地下水位高频率监测已成为可能,而且监测精度也在日益提高(McLaughlin et al, 2011).在此背景下,基于地下水位动态变化的White法已成为干旱半干旱区潜水蒸发,尤其是河岸林植被蒸散定量研究最常用且行之有效的方法之一(Scanlon et al, 2002; Cuthbert, 2010; Carling et al, 2012). ...
Water table fluctuations under three riparian land covers, Iowa (USA)
2
2007
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
Drylands in the earth system
1
2010
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
On evapotranspiration and shallow groundwater fluctuations: A Fourier-based improvement to the White method
9
2012
... 针对White法所存在的不足,近年来国内外学者先后提出了一系列的改进方法(表1).改进之后,不仅整体上降低了White法在植被蒸散定量计算上的不确定性,而且在不同程度上也提高了植被蒸散计算的精度.同时,通过改进,White法在植被蒸散估算的时间尺度上得到了拓宽,不仅可以计算小时尺度上的植被蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Loheide, 2008; Yin et al, 2013),而且也可用来估算季节尺度上的植被蒸散量(Wang, Grinevsky et al, 2014).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... 干旱区植被蒸散耗水区的水位变化过程线是由地下水侧向补给(水平向)和植被蒸散(垂向)共同作用所形成(Engel et al, 2005; Wang, Grinevsky et al, 2014).一方面,在植被蒸散影响下,地下水的日间消耗与夜间恢复引起地下水位在日尺度上呈现出近似正弦波曲线特征(Soylu et al, 2012);另一方面,在多日乃至更长时间尺度上,由于地下水的整体补给与消耗大致保持稳定,地下水位呈现出较为一致的变化趋势(Wang, Grinevsky et al, 2014).因此,如能将地下水位波动信号中的长期趋势与日内短期波动信号区分开来,则可根据后者来估算地下水日蒸散量.这种假设就是地下水研究中被广泛采用的水位变化叠加原理,其核心是假定水平向水文过程(侧向补给)与垂向水文过程(植被蒸散)两者之间互不影响(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
The diurnal fluctuation in the ground-water and flow of the Santa Ana River and its meaning
3
1936
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
On the run for water: Root growth of two phreatophytes in the Taklamakan Desert
1
2010
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
Application of the water table fluctuation method for estimating evapotranspiration at two phreatophyte-dominated sites under hyper-arid environments
14
2014
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 针对White法所存在的不足,近年来国内外学者先后提出了一系列的改进方法(表1).改进之后,不仅整体上降低了White法在植被蒸散定量计算上的不确定性,而且在不同程度上也提高了植被蒸散计算的精度.同时,通过改进,White法在植被蒸散估算的时间尺度上得到了拓宽,不仅可以计算小时尺度上的植被蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Loheide, 2008; Yin et al, 2013),而且也可用来估算季节尺度上的植被蒸散量(Wang, Grinevsky et al, 2014).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... 干旱区植被蒸散耗水区的水位变化过程线是由地下水侧向补给(水平向)和植被蒸散(垂向)共同作用所形成(Engel et al, 2005; Wang, Grinevsky et al, 2014).一方面,在植被蒸散影响下,地下水的日间消耗与夜间恢复引起地下水位在日尺度上呈现出近似正弦波曲线特征(Soylu et al, 2012);另一方面,在多日乃至更长时间尺度上,由于地下水的整体补给与消耗大致保持稳定,地下水位呈现出较为一致的变化趋势(Wang, Grinevsky et al, 2014).因此,如能将地下水位波动信号中的长期趋势与日内短期波动信号区分开来,则可根据后者来估算地下水日蒸散量.这种假设就是地下水研究中被广泛采用的水位变化叠加原理,其核心是假定水平向水文过程(侧向补给)与垂向水文过程(植被蒸散)两者之间互不影响(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
... );另一方面,在多日乃至更长时间尺度上,由于地下水的整体补给与消耗大致保持稳定,地下水位呈现出较为一致的变化趋势(Wang, Grinevsky et al, 2014).因此,如能将地下水位波动信号中的长期趋势与日内短期波动信号区分开来,则可根据后者来估算地下水日蒸散量.这种假设就是地下水研究中被广泛采用的水位变化叠加原理,其核心是假定水平向水文过程(侧向补给)与垂向水文过程(植被蒸散)两者之间互不影响(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
... ).因此,如能将地下水位波动信号中的长期趋势与日内短期波动信号区分开来,则可根据后者来估算地下水日蒸散量.这种假设就是地下水研究中被广泛采用的水位变化叠加原理,其核心是假定水平向水文过程(侧向补给)与垂向水文过程(植被蒸散)两者之间互不影响(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
... 式中：θs为饱和含水率(cm3/cm3);θr为残留含水率(cm3/cm3);zi为潜水位起始埋深(cm);zf为潜水位终止埋深(cm);α、n为相应的经验常数.与之前的给水度确定方法相比,Crosbie等(2005)所提出的方法考虑了地下水位埋深变化以及包气带水分运移的影响,不仅具有很强的物理机制,而且计算简便,在实践中得到了广泛应用(Wang, Grinevsky et al, 2014; Wang, Pozdniakov, 2014). ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
... ).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
Implementing dynamic root optimization in Noah-MP for simulating phreatophytic root water uptake
2
2018
... 旱区地下水依赖型植物能根据水分条件的变化来调整自身的根系分布形态,从而保证其充分利用深层土壤水与地下水(Mäkelä et al, 2002; Fan et al, 2017; Wang et al, 2018).具体表现为：在一定的地下水位波动范围内,地下水依赖型植物能够通过调节根系在垂向上的分布来适应环境变化(Naumburg et al, 2005).已有观测表明,地下水依赖型植物通过根系在垂向的快速生长(最快生长速率可达15 mm/d)来适应水位持续下降的自然环境(Vonlanthen et al, 2010; Orellana et al, 2012).另一方面,当地下水位抬升时,水位以下部分根系由于缺氧导致呼吸作用受到抑制,从而引起这部分根系死亡(Naumburg et al, 2005).井家林(2014)和徐贵青等(2009)对中国西北干旱区地下水依赖型植物根系的研究同样表明,根系的垂直分布及动态与水环境变化息息相关,而且植物细根具有明显的季节性变化特征(夏延国等, 2015). ...
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
A statistical approach to estimating evapotranspiration from diurnal groundwater level fluctuations
... Daily plant transpiration pattern and evapotranspiration (ET)-induced diurnal water table fluctuations based on the White assumptions (modified from Wang, Pozdniakov (2014)) ...
... 针对White法所存在的不足,近年来国内外学者先后提出了一系列的改进方法(表1).改进之后,不仅整体上降低了White法在植被蒸散定量计算上的不确定性,而且在不同程度上也提高了植被蒸散计算的精度.同时,通过改进,White法在植被蒸散估算的时间尺度上得到了拓宽,不仅可以计算小时尺度上的植被蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Loheide, 2008; Yin et al, 2013),而且也可用来估算季节尺度上的植被蒸散量(Wang, Grinevsky et al, 2014).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... 式中：θs为饱和含水率(cm3/cm3);θr为残留含水率(cm3/cm3);zi为潜水位起始埋深(cm);zf为潜水位终止埋深(cm);α、n为相应的经验常数.与之前的给水度确定方法相比,Crosbie等(2005)所提出的方法考虑了地下水位埋深变化以及包气带水分运移的影响,不仅具有很强的物理机制,而且计算简便,在实践中得到了广泛应用(Wang, Grinevsky et al, 2014; Wang, Pozdniakov, 2014). ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
Shallow groundwater dynamics and its driving forces in extremely arid areas: A case study of the lower Heihe River in northwestern China
2
2014
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
Vegetation dynamics induced by groundwater fluctuations in the lower Heihe River Basin, northwestern China
1
2011
... 全球旱区(dryland)约占陆地总面积的40%~45%(Schimel, 2010; Eamus et al, 2015),该区降水稀少、水资源匮乏、生态环境极其脆弱,对全球变化的响应十分敏感(Rammig et al, 2015).地下水是旱区重要的水资源,也是影响自然生态系统过程、决定植被群落组成与空间格局的关键因子(许皓等, 2010).旱区常发育深根系植被,其根系深达地下潜水面,可从潜水含水层及毛细上升区直接提取地下水(图1),并通过调节根系在垂向上的分布来适应干旱环境(Orellana et al, 2012).Meinzer(1927)在研究地下水与植被间关系时,将这类植物定义为地下水依赖型植物(phreatophytes),意指希腊语的“抽水机式植被(well plant)”,以中国西北干旱区及美国西南半干旱区广泛分布的胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)为代表(Sala et al, 1996; Cleverly et al, 2006; Chen et al, 2008; Wang et al, 2011). ...
A method of estimating ground-water supplies based on discharge by plants and evaporation from soil: Results of investigation in Escalante Valley, Utah
8
1932
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 根据干旱区植被蒸散与地下水位变化两者间的关系(图2),White(1932)提出基于可观测的地下水位日变化过程来定量研究植被蒸散的方法,即White法.该方法由于所需观测项目少、简单易行,因而得到了广泛应用.尤其是近年来,随着自动水位监测技术的发展,地下水位高频率监测已成为可能,而且监测精度也在日益提高(McLaughlin et al, 2011).在此背景下,基于地下水位动态变化的White法已成为干旱半干旱区潜水蒸发,尤其是河岸林植被蒸散定量研究最常用且行之有效的方法之一(Scanlon et al, 2002; Cuthbert, 2010; Carling et al, 2012). ...
... White法主要基于以下四点假设：①地下水位的下降仅由植被蒸腾作用引起;②植被蒸腾在夜间0:00-4:00非常微弱,蒸腾量可以忽略不计;③夜间0:00-4:00的地下水平均抬升速率等于当天地下水平均补给速率;④含水层给水度的确定具有代表性和可靠性(White, 1932; Loheide et al, 2005).在上述四点假设的基础上,White (1932)提出了基于地下水位日变化过程的植被蒸散计算公式： ...
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
... 根据White (1932)假设,植物夜间蒸腾很微弱,对地下水位变化的影响可以忽略.因此,引起夜间水位变化的主要因素是地下水侧向补给.据此假设,可以通过分析夜间的水位变化来确定地下水补给速率r,并以此代表当日地下水平均补给速率.White建议用于确定地下水补给速率的时间窗口(Tr)为0:00-4:00,以该时段内水位变化速率来代表当天的地下水平均补给速率.然而,实际研究发现,地下水补给速率的确定对Tr的选择非常敏感.国内外学者在采用White法进行植被蒸散计算过程中,常常结合研究区实际情况选择不同的Tr,比如,前一天18:00至当天6:00 (Rushton, 1996)、0:00-4:00 (Rushton, 1996)、0:00-6:00 (Loheide, 2008; Zhang et al, 2016)、前一天22:00至当天6:00(Miller et al, 2010)等. ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
Comparison and modification of methods for estimating evapotranspiration using diurnal groundwater level fluctuations in arid and semiarid regions
4
2013
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 针对White法所存在的不足,近年来国内外学者先后提出了一系列的改进方法(表1).改进之后,不仅整体上降低了White法在植被蒸散定量计算上的不确定性,而且在不同程度上也提高了植被蒸散计算的精度.同时,通过改进,White法在植被蒸散估算的时间尺度上得到了拓宽,不仅可以计算小时尺度上的植被蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Loheide, 2008; Yin et al, 2013),而且也可用来估算季节尺度上的植被蒸散量(Wang, Grinevsky et al, 2014).除此之外,与White法相比,一些改进之后的方法也极大地简化了较为繁琐的计算程序.比如,运用地下水位叠加原理,通过去趋势分析(Loheide, 2008)可以避免计算每天的地下水侧向补给速率,即式(1)中的r.傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的引入,也在很大程度上简化了White法的计算过程.下面将对White法近年来的一些重要改进予以归类与概述. ...
... 根据日尺度地下水位变化与植被蒸散之间的关系,White(1932)提出了利用单井地下水位观测数据来计算植被蒸散的研究方法.该方法具有物理机制,所需参数少,计算简便,而且野外观测成本低,因此得到了广泛的应用.然而,随着对植被蒸散过程认识的不断深入以及观测技术手段的不断发展,White法应用的“四大假设”条件在近年来受到了质疑.围绕“四大假设”所开展的White法改进已成为定量研究干旱区地下水依赖型植物蒸散的热点.其中,以地下水位叠加原理(Wang, Grinevsky et al, 2014)为理论基础的去趋势分析方法(Loheide, 2008)为White法改进提供了新的思路.在此基础上所发展的基于傅里叶变化(Soylu et al, 2012)和统计方差(Wang, Pozdniakov, 2014)的两种新方法,避免直接计算地下水侧向补给速率,降低了计算结果的不确定性.当前,随着地下水观测技术的发展,运用高频地下水位观测数据(15分钟或30分钟一次)已可以计算小时尺度上的蒸散速率(Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013).与此同时,在地下水位日波动信号较弱的情况下,类似于White假设的季节性地下水位波动法则拓展了White法的运用条件(Wang, Grinevsky et al, 2014). ...
Hydraulic redistribution of soil water by roots of two desert riparian phreatophytes in northwest China's extremely arid region
1
2013
... 尽管White法在旱区植被蒸散研究中得到了广泛的应用和检验,但该方法所基于的“四点假设”存在一定的局限性,从而也决定了其在植被蒸散估算上的不确定性.White法的局限性主要表现在以下几个方面：①假定夜间0:00-4:00的地下水位变化速率能代表地下水日平均侧向补给速率.然而,已有研究指出,地下水侧向补给速率在日尺度上随时间发生变化(Troxell, 1936; Gribovszki et al, 2008);因此,利用夜间0:00-4:00地下水位变化速率来代表日平均地下水补给速率可能存在一定的偏差.②给水度是反映含水层释水和储水能力的一项重要指标,它在White法中相当于一个校正系数(Fahle et al, 2014),故其取值准确与否直接关系到植被蒸散定量计算的精度.正如Duke (1972)所指出,含水层给水度是一个动态变化的值,不仅与含水层的岩性与结构相关,而且受到地下水位埋深、地下水位波动幅度及地下水排水时间等显著影响,同时它在时间与空间上存在很大的变异性(Chen et al, 2010).另外,含水介质储水和释水过程所对应的给水度也有所差异(Acharya et al, 2012; Acharya et al, 2014).自White法提出之时,如何合理确定含水层给水度就被认为是极为棘手的一个问题(White, 1932).而在White法实际应用中,给水度的确定也常常是估算植被蒸散的主要误差来源之一(Loheide et al, 2005).③浅层地下水位动态受植被类型、盖度与长势的影响,在空间上具有很大的差异性(Rosenberry et al, 1997; Martinet et al, 2009).因此,利用单口观测井的地下水位观测数据来估算区域尺度上的植被蒸散存在一定的不确定性(Wang, Grinevsky et al, 2014).④20世纪30年代,Blaney等(1930)认为干旱区植被在夜间20:00-次日8:00的蒸散量不足日蒸散总量的6%,尤其在午夜至凌晨期间,植被蒸散几乎为零.然而,随着观测技术的不断进步,近来野外观测发现,某些植物在夜间仍会发生水分流失现象,表明其蒸腾作用并未完全停止(Green et al, 1989; Fisher et al, 2007).忽略夜间植被蒸腾作用将引起蒸散估算误差,该误差甚至高达25%(Fan et al, 2016).此外,植物根系夜间生理活动可能将地下水或深层土壤水分提取到浅层土层中,引起土壤水分再分配(Dawson, 1993; Yu et al, 2013; Gou et al, 2014).因此,假定植物在夜间0:00-4:00的蒸散耗水极其微弱,并在计算过程中忽略这部分耗水,可能导致计算获得的植被蒸散量被低估(Loheide, 2008; Miller et al, 2010).此外,White法在植被蒸散定量研究的精度还受到地下水位观测仪器误差的影响(Beamer et al, 2013). ...
Evapotranspiration and its main controlling mechanism over the desert riparian forests in the lower Tarim River Basin
1
2015
... 尽管White法在近年来得到了进一步完善与发展,但是该方法基于单口观测井的地下水位观测资料分析.对于一个完整的河岸带生态系统而言,其地下水位在日尺度上的波动幅度与特征存在很大的空间差异性,而单口观测井的地下水位动态变化或许难以代表整个生态系统下的平均水平.因此,在定量区域尺度的植被蒸散时,该方法的应用可能导致一定的误差.为此,在采用White法进行干旱区植被蒸散研究中,应结合生态系统的整体特征以及水文地质条件,合理布设地下水监测网,降低利用单口观测井的水位资料所可能带来的计算误差.不仅如此,通过综合分析区域气象、土壤、植被条件以及地下水动态观测资料,White法能与地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)系统模拟相结合(Eamus et al, 2015; Gou et al, 2015),将点尺度植被蒸散规律应用到区域尺度蒸散估算上(Gou et al, 2014; Niu, Paniconi et al, 2014; Niu, Troch et al, 2014; Yuan et al, 2015; Wang et al, 2018). ...
Spatiotemporal patterns of water table fluctuations and evapotranspiration induced by riparian vegetation in a semiarid area
3
2016
... Engel等(2005)发现,在生长季,木本植被覆盖区极易观测到地下水位昼夜波动,而邻近的草地却难以观测到该现象.这在以地下水为主要水源的河岸林系统中表现得尤为明显,即在空间上,地下水位随着离河道距离的增加而逐渐下降,植物种类由木本逐渐向草本演变,同时盖度减小,蒸散减弱(Elmore et al, 2006; Yue et al, 2016).除植被类型影响地下水位动态之外,气象条件以及含水层介质特性也是影响地下水位波动的重要因素(Loheide et al, 2005; Butler et al, 2007; Yue et al, 2016).比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小.因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用. ...
... ; Yue et al, 2016).比如,在生长季初期与末期,由于大气蒸发能力微弱,地下水波动信号同样不显著;相同植被蒸散强度下,含水层介质越粗,即含水层给水度越大,地下水位波动幅度也越小.因此,在植被覆盖度低、植物生长季初期或末期,以及粗介质含水层条件下,由于地下水位日波动信号微弱,White法将不再适用. ...
... 另一方面,干旱区植被蒸散的动力学过程本身极为复杂,由植被蒸散引起的地下水位波动与多种自然环境因素密切相关(Yue et al, 2016),而且上述影响因素在时空尺度上又具有很强的不均匀性和变异性.因此,在利用地下水位波动法进行干旱区植被蒸散定量研究的过程中,需要加强对植被蒸散主要影响因素的同步观测与实验研究.此外,White法最初仅用于估算干旱区地下水依赖型植物蒸散量.若结合水量平衡分析、遥感蒸散定量模型以及其他陆表蒸散发的观测,地下水位波动法可在干旱区蒸散发定量及水分来源研究方面得到进一步发展(Newman et al, 2006; Orellana et al, 2012). ...
Performance of the White method for estimating groundwater evapotranspiration under conditions of deep and fluctuating groundwater
3
2016
... 关于地下水依赖型植物蒸散过程与地下水位动态变化之间关系的研究,可以追溯到20世纪30年代.White(1932)通过野外观测美国犹他州Escalante山谷植被覆盖条件下的潜水蒸发与地下水位日变化过程发现,干旱与半干旱地区地下水依赖型植物在生长季的蒸散过程能引起浅层地下水位的周期性昼夜波动(图2).这种现象在全球旱区河岸林蒸散与地下水位变化过程研究中已被观测证实(Loheide et al, 2005; Schilling, 2007; Gribovszki et al, 2008; Yin et al, 2013; Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016).Butler等(2007)和Eamus等(2015)认为,地下水位的日波动现象是地下水依赖型植物根系在生长季提取利用地下水的直接证据.近年来,对旱区地下水依赖型植被覆盖区的土壤水动态监测结果表明：在日尺度上,植被蒸散不仅影响浅层地下水位波动,深层土壤水对植被蒸散过程同样存在一个类似的响应过程(Haise et al, 1950; Nachabe et al, 2005).Gou等(2014)通过对美国加州蓝橡树(Quercus douglasii)的季节性用水规律研究发现,旱区植被用水策略随季节性干、湿变化而变化,植物在湿季主要利用土壤水,而在旱季则依赖于地下水.植被利用水分的这一特点不仅取决于土壤水与地下水条件,同时也与旱区地下水依赖型植物根系所特有的属性密切相关(Orellana et al, 2012). ...
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
... 根据White (1932)假设,植物夜间蒸腾很微弱,对地下水位变化的影响可以忽略.因此,引起夜间水位变化的主要因素是地下水侧向补给.据此假设,可以通过分析夜间的水位变化来确定地下水补给速率r,并以此代表当日地下水平均补给速率.White建议用于确定地下水补给速率的时间窗口(Tr)为0:00-4:00,以该时段内水位变化速率来代表当天的地下水平均补给速率.然而,实际研究发现,地下水补给速率的确定对Tr的选择非常敏感.国内外学者在采用White法进行植被蒸散计算过程中,常常结合研究区实际情况选择不同的Tr,比如,前一天18:00至当天6:00 (Rushton, 1996)、0:00-4:00 (Rushton, 1996)、0:00-6:00 (Loheide, 2008; Zhang et al, 2016)、前一天22:00至当天6:00(Miller et al, 2010)等. ...
Interference of river level changes on riparian zone evapotranspiration estimates from diurnal groundwater level fluctuations
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2011
... 由式(1)可以看出,应用White法进行植被蒸散估算只需要野外观测地下水位变化及确定含水层给水度,简单方便,成本低.此外,与利用点尺度的土壤水量平衡与能量平衡计算植被蒸散的方法相比,利用White法计算获得的结果能代表几百甚至上千平方米范围的平均蒸散速率(Healy, 2010).因此,White法在干旱区依赖于地下水的植被蒸散定量研究中得到广泛应用,如美国肯萨斯州Arkansas河岸带(Butler et al, 2007)、美国怀俄明州Red Canyon Creek流域(Lautz, 2008)、美国新墨西哥州的Rio Grande河岸带(Martinet et al, 2009)、美国加利福尼亚洲Colorado River流域(Zhu et al, 2011)、美国爱荷华州Walnut Creek流域(Schilling, 2007)、中国北方毛乌素沙漠(Cheng et al, 2013)、鄂尔多斯高原典型半干旱流域(Jiang et al, 2017),以及年降水量不足50 mm的中国西北极端干旱区(Wang, Yu et al, 2014; Zhang et al, 2016). ...
, 张学静
