内蒙古太仆寺旗退耕草地植物种类变化与水分收支

2008年和2009年(均为枯水年), 在半干旱区内蒙古太仆寺旗农田-草地生态系统国家野外站开展观测实验, 通过观测蒸散发(波文比系统)、土壤水分(烘干称重法)、降水量, 以及植被土壤特征调查, 基于水量平衡理论, 对比研究了3块天然草地、3块不同退耕时间草地共6个样地的水分收支, 旨在定量地评估退耕草地的水分收支, 为采取科学措施促进退耕草地尽快向天然草地过渡提供依据。结果表明: 1)随着退耕时间增加, 植被盖度逐渐增加, 但是群落中科、属、种的数量趋于减少, 且优势种从一年生的中旱生草本植物逐渐转变成多年生的旱生草本植物; 2)植被蒸腾是草原植被主要的耗水途径, 随着退耕时间增加, 退耕草地的蒸散发量呈增加趋势, 其最大值在4.5-5.8 mm·d^-1之间; 3)退耕草地土壤含水量平均值为0.09 m³·m^-3, 其水分剧烈变化主要发生在距地 表60 cm内, 且随退耕时间增加土壤含水量减少, 而天然草地土壤含水量平均值为0.06 m³·m^-3, 其水分剧烈变化发生在距地 表20 cm内; 4)随退耕时间增加, 退耕草地与天然草地的土壤水分与蒸散发在数值上差距逐渐缩小; 5)退耕草地水分收支基本平衡, 但在极枯年份(降水量174 mm)的生长季, 降水不能满足蒸散发需求, 呈现水分亏损。退耕草地逐步向天然草地过渡, 但是退耕草地的土壤水分在逐渐减少, 呈现“生境干旱化现象”。今后应加强对草地的封育与监测, 促进植物群落向水分利用效率更高、更适应半干旱环境的方向演替。     

三温模型—基于表面温度测算蒸散和评价环境质量的方法IV. 植被蒸腾扩散系数

 作为蒸散量的测算和环境评价的一种方法,通过近年来对三温模型的研究,该文详细探讨了植被蒸腾扩散 系数（hat）,并通过实验验证了它在不同环境条件下的特性和应用前景。在该模型中,hat的表示式为 hat=（Tc-Ta）/( Tp-Ta),式中Tc、Tp和Ta分别为冠层温度、没有蒸腾（蒸腾量为零）的冠层温度和气温 。理论上,植被蒸腾扩散系数的取值范围为hat≤1,hat的取值范围可以决定植被蒸腾量的大小,该系数 越小, 蒸腾量越大。为了证明hat的这些特性,在1994～1999年的5年间,用3种作物（高粱(Sorghum bicolor),番茄( Lycopersicon esculentum)和甜瓜(Cucumis melo)）进行了5次试验。实验结果表明: hat值与感热通量比率（H/Hp）的值近似相等,二者之间回归线的斜率接近为1,截距接近0,回归系数为 r2=0.70。此外,hat值不仅能较好地反映植物根系区的土壤水分状况、也能较好地反应天气状况。在缺水 条件下,hat主要受根部区域的水分状况影响。 所以,hat可作为作物水分亏缺的指标。当植被受到其它 环境胁迫（污染、高温等）时,hat可作为评价环境质量的指标。植被蒸腾扩散系数的主要优点不仅是能 很好地反映蒸腾过程和确定蒸腾量,而且容易测得,便于遥感应用。     

蒸散发广义互补原理中关键参数αe的时空变化特征及计算方法分析

蒸散发广义互补原理是实测数据稀少条件下估算蒸散发的重要方法, 其中准确估算参数α_e是应用该方法的关键。该研究利用中国不同气候和生态类型的8个通量站数据, 首先基于实测数据校准得到α_e年值及月值, 探究α_e的时空变异性并对比使用不同时间尺度的α_e对广义互补原理模型计算精度的影响。考虑到实际情况下蒸散发实测数据缺乏而无法校准得到α_e, 进一步探究两个基于干旱系数(AI)的α_e年值统计模型(下称Liu法和Brutsaert法)在站点尺度的适用性, 明确α_e是否可以利用AI确定, 最后探讨各计算方法的误差来源。主要结论如下: 1)季节变化影响α_e, 不同通量站α_e月值变化规律有所差异; 在空间变化上, 湿润站点α_e年值总体大于干旱站点。Liu法和Brutsaert法计算的α_e接近年校准值。2)在应用广义互补原理模型时, 使用校准α_e年值能取得较好的模拟精度, 使用各月份α_e时精度进一步提升。两种基于AI的免校准方法取得较好的模拟效果, 当缺少实测数据而无法校准α_e时, 基于AI计算α_e具有较大的潜力。3)使用校准α_e年值时广义互补原理模型能模拟出蒸散发的年内变化趋势, 但在部分月份估算值出现偏差。Liu法和Brutsaert法计算的蒸散发在干旱站点的夏季月份呈现低估现象, 原因可能在于高估了降雨集中的夏季月份的AI。结果也进一步验证了广义互补原理在估算广泛不同的自然环境下的蒸散发的潜力。     

九寨沟针阔混交林能量平衡特征

青藏高原及其周边地区的能量交换过程是推动我国及东亚地区天气过程演变与气候变化的重要因素。青藏高原及其周边山谷地区与青藏高原—四川盆地过渡区具有独特的大气边界层热力结构,其能量收支研究不可忽视,但由于长期观测数据的缺失,该地区的能量平衡特征尚未解明。以青藏高原东北边缘向四川盆地陡跌的过渡地带的典型亚高山河谷九寨沟的针阔混交林为研究对象,利用涡度相关系统,对九寨沟典型针阔混交林2014—2015年各能量通量进行了连续观测,分析了该生态系统能量平衡各分量的变化特征,讨论其能量闭合状况。结果表明:能量平衡各分量均与净辐射有相似的日变化、季节变化特征。与萌芽期、生长期、生长后期相比,冻土期各分量峰现时间均延迟2—3 h;而且各项绝对值大小在不同季节占比不同:冻土期和萌芽期显热通量为能量主要支出项;而生长期与生长后期潜热通量占主导地位。九寨沟2014与2015年生长期潜热通量占净辐射比值分别为0.69、0.75,远高于青藏高原其他地区。两年间研究区能量不闭合,能量闭合度分别为0.75,0.71。对于更好地理解高原山区和从高原到盆地的能量循环机理和动力学有着重要意义。     

绿洲荒漠过渡带风况对波文比和蒸散发的影响

波文比-能量平衡法是目前蒸散发研究常用的方法之一。在利用波文比-能量平衡法对荒漠地区,尤其对绿洲荒漠过渡带的蒸散发进行研究时,发现有波文比波动大、蒸散发结果准确性不高等问题。如何提高波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带的准确性成为荒漠干旱区精确研究水分收支急需解决的问题。在以前的研究基础上,发现绿洲荒漠过渡带的不同风况对波文比有不同影响,这可能是造成波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带精度不高的主要原因。为了证明这个假设,于2010—2012年在西北民勤绿洲荒漠过渡带进行了野外连续观测,观测了不同风况条件下波文比、不同高度的温度差、湿度差以及蒸散发的变化规律,分析了它们的特征及其影响因素。结果表明,研究区观测期内波文比值在-17.3—16.2范围内变化,波动较大,呈"U"型变化,生长季中期波文比值低于初期和末期;在无风天气,绿洲荒漠过渡带温度、湿度梯度不受水平气流的影响,波文比波动小,异常值少,波文比方法测算出的蒸散量较为准确,能够代表实际蒸散量,所测得民勤绿洲荒漠过渡带波文比日均值为0.07,日蒸散量为1.6mm/d;在绿洲风和荒漠风天气,绿洲荒漠过渡带空气温度、湿度结构发生明显改变,波文比波动大,不同风况使得大气处于逆温或逆湿的状态,波文比-能量平衡法所测得的蒸散量负值增多,适用性降低。因而在应用波文比-能量平衡法估算绿洲荒漠过渡带的蒸散发时应该选择合适的天气和观测点,避开风况对观测结果的影响。