基于通量站的农田蒸散发研究

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陆地生态系统水、碳循环的研宄是目前全球变化研究领域的核心问题。长期以来,农田生态系统是一种直接爱人类活动形响的生态系统,一直都是长期通量观测研究的重点。我国的通量观测与研究工作启动较晚,通量观测所积累的数据也有限,需要在继续进行连续通量观测的同时,对不同下垫面条件下增加通量站点数量,为不同下垫面条件下不同生态系统水热通量、C02通量以及相关生态环境要素时空变化特征及其动力学机制等研究工作提供数据基础。  基于上述研究现状,本研究选取富平具有代表性的卤泊滩地区盐碱地农田建立富平生-监测站,用于长期观测的数据累积,为进一步研究提供资料依据。同时,本论文以站点建立后的初期观测数据为基础,对2013年4月至2013年10月期间农田与近地层大气间的通量数据进行了初步分析,并采用涡度相关法和P-M法对研究区农田蒸散量进行了计算和对比。并得到了以下成果及结论。  (1)在具有代表性的盐碱地农田完成富平生态监测站的建立工作。在仪器安装及调试过程中发现用于测定土壤含水率的CS616传感器不适用于类似于卤泊滩地区这种土壤含盐量较大的地区。  (2)进行涡度相关系统数据、常规气象数据和地面土壤监测系统数据采集和处理工作。通过二次坐标旋转消除了“倾斜”误差或者湍流通量不同分量之间的交叉干扰;超声虚温修正后使感热通量值有所减小;WPL修正效果主要体现在白天,夜间并不明显,它使潜热通量值有所增加,而使C02通量值有所减小,而且玉米冠层覆盖下对cO2通量修正效果比裸地时显著;两种F垫面条件下潜热通量的日变化规律大体一致,均呈现倒“U”型变化。总体来说,超声虚温修正对惑热通量的影响较大,WPL修正对潜热通量和C02通量的影响都比较显著,这也充分说明了对涡度相关原始通量数据进行校正的必要性。  (3)对比分析涡度相关法和P-M法计算研究区内蒸散量,得出涡度相关法计算的蒸散量更符A玉米生长期内研究区内蒸散量的变化规律。在玉米生长的苗期阶段和穗期阶段两种方法计算蒸散量变化趋势基本一致,涡度相关法计算得蒸散量比P-M法分别大0.24mm/d和0.28mm/d,但在玉米花粒期阶段,随玉米的成熟至逐渐衰老P-M法得到蒸散量却有明显增大趋势与该时段内玉米生长状态不相符,而涡度相关法计算结果符合玉米生长期内研宄区内蒸散量变化规律。  以涡度相关法计算结果为研究区内蒸散量真实值进行分析,综合来说,白天蒸散量较大,约占全天蒸散量的93.4%.且与全天蒸散量变化趋势几乎一致,而夜间蒸散量较小约占6.6%且波动变化趋势平缓。  (4)对比分析不同尺度下蒸散量与各要素的关系,日尺度下蒸散量与各要素之间的相关性不显著,代表性相对较差,30min尺度下蒸散量变化情况与各要素之间相关性很高,对研究区内蒸散量的研究具有代表性。  基于30min尺度下对研究区内不同下垫面情况下蒸散量的变化趋势较为一致,整体呈倒‘U’型曲线。蒸散量在夜间保持较低的水平,而白天蒸散量变化明显,自8:00开始呈显著增加趋势,到13:00左右达到最大值,达到倒‘U’型的弧顶处,之后开始下降,直至18:00左右下降到夜间水平。但是,下垫面为生长旺盛的玉米冠层时日总蒸散量比裸地多40.3%左右,且增加的蒸散量绝大部分都源于白天蒸散量的增加,而夜间增加很小。  (5)相关分析表明,蒸散量与空气温度、表面温度、日照时数、平均风速和光合有效辐射均呈正相关关系,相对湿度和水汽压与蒸散量呈负相关关系,表面温度和光合有效辐射与蒸散量相关性特别显著,相关系数都在0.9以上,在影响蒸发的因子中,蒸发面的温度(热量)通常是影响蒸发能力起决定作用的因子。裸地时期相关性依次为 PAR>IRCT>suntime>e>ws>RH>Ta,各要素与蒸散量相关系数均大于0.75;玉米生长旺盛时期相关性依次为 PAR>IRCT>suntime>RH>Ta>ws>e,其中 ws和 e与蒸散量相关性较差,其他要素与蒸散量间的相关系数均大于0.75。而降雨量与蒸散量呈较弱的负相关关系,相关系数在-0.26左右。平均风速和水汽压在不同下垫面情况下相关性差别较大,当下垫面为裸地时,蒸散量与平均风速及水汽压的相关性较大,相关系数分别为0.80和-0.81,但当下垫面为生长旺盛的玉米冠层时,蒸散量与平均风速及水汽压的相关系数分别为0.65和-0.35。  蒸发源的增加、温度升高、日照时数增长以及光合有效辐射量增加是玉米生长旺盛期蒸散量比裸地时期大的主要原因。
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