用GSVAT模型研究地表/大气界面传输

用麦男水分和能量平衡资料验证了包括地下水的土壤－植被－大气水热传输模型（ＧＳＶＡＴ）,结果显示,模型能较好地模拟地表／大气水热传输特征,以及土壤水分的动态变化。通过敏感性分析,探讨叶／气界面,土壤／空气界面的节水调控效应,结果发现这两个界面对水汽传输的交互影响显著,若同时增加它们的水汽传输阻力,节水效果尤其明显。     

南亚热带丘陵赤红壤—龙眼—大气连续体水分运移力能变化及分布规律

根据田间试验观测资料,分析了南亚热带丘陵赤红壤—龙眼—大气连续体水分运移过程中能量和水流阻力变化及分布规律．结果表明水流在连续体中运移时,其能量主要消耗在由叶部到大气这一环节上,水流阻力主要分布于从叶气孔腔到大气的扩散过程,叶—气系统的水流阻力占连续体水流总阻力的９０．１３％～９８．７１％,叶—气系统的水流阻力是决定连续体中水流速率的主导因素．     

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。     

热储通量对黄土高原北部柠条林地地表能量平衡的影响

地表能量平衡问题一直是陆面过程研究中的重点和难点问题。以2014年8—10月和2015年4—6月黄土高原北部水蚀风蚀交错带柠条林地涡度相关通量观测数据为依据,分析柠条林地热储通量变化特征,在此基础上分析热储通量对能量闭合度的影响。结果表明,柠条林地各热储通量均表现出明显的季节和日变化规律。在能量平衡方程中,考虑热储通量项后能显著提高柠条林地能量闭合度,平均提高幅度为11.91%。其中,土壤表层热储通量对能量闭合度的贡献最大,占总热储通量的95.63%;光合作用热储通量和大气感热存储通量占总热储通量的比例不足5%,光合热储通量略高于大气感热存储通量;而大气潜热存储通量则降低了能量闭合度,平均降低幅度为0.06%。因此,在分析黄土高原柠条林地能量平衡中热储通量项是不可忽略的。影响柠条林地各热储通量的因素主要有太阳辐射、大气温度、土壤温度和水分。植被生长状况是影响柠条林地热储通量各分量项季节和日变化的重要因素,并对能量闭合度产生影响。     

基于涡度相关技术的城市碳通量研究进展

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.准确认识城市系统碳收支状况及其变化特征,是开展城市碳循环过程及其影响机制研究的前提.本文从涡度相关技术理论基础及城市大气边界层与碳循环特征出发,系统总结了利用涡度相关技术开展城市地表-大气间碳通量监测所面临的问题、后期数据处理和评价的主要方法,以及目前涡度相关技术在城市碳通量监测中的应用现状及主要研究进展.现有研究成果表明,城市系统总体表现为碳源,受城市交通流量、生活供暖及植被生长的影响,城市地表-大气间CO₂交换存在明显的日、周及季节变化特征.然而,由于城市下垫面的高度异质性及复杂碳源汇分布,涡度相关技术获取的城市碳通量特征及其解释还存在较大的不确定性.今后需加强复杂城市环境下涡度相关通量观测技术与评价方法研究,从系统整体性出发构建城市系统碳循环模拟模型,结合空间化技术手段,深入开展城市区域尺度碳循环影响机制及其变异特征的客观评价.     

玉米生育期土壤—植物—大气连续体水流阻力与水势的分布

根据玉米生育期的田间试验资料分析了土壤-植物-大气连续体中水势和水流阻力的分布,结果表明土壤与植物叶片之间的水势差在玉米抽雄期前达0.8—1.0MPa,到抽雄期以后达1.0—1.5MPa,叶片与大气之间的水势差则在抽雄期前后分别达80—120MPa和60—80MPa;连续体内的水流阻力主要在叶片与大气之间。建立了连续体中玉米叶片水势的动态模拟公式,模拟叶水势具有较高的精度。最后,揭示了叶片蒸腾速率与叶-气系统水势差和水流阻力的关系,当叶片与大气之间的水势差达90—100MPa之后,蒸腾速率随叶-气间水势差增加而减小。     

玉米生育期土壤-植物-大气连续体水流阻力与水势的分布

根据玉米生育期的田间试验资料分析了土壤-植物-大气连续体中水势和水流阻力的分布,结果表明土壤与植物叶片之间的水势差在玉米抽雄期前达0.8—1.0MPa,到抽雄期以后达1.0—1.5MPa,叶片与大气之间的水势差则在抽雄期前后分别达80—120MPa和60—80MPa;连续体内的水流阻力主要在叶片与大气之间.建立了连续体中玉米叶片水势的动态模拟公式,模拟叶水势具有较高的精度.最后,揭示了叶片蒸腾速率与叶-气系统水势差和水流阻力的关系,当叶片与大气之间的水势差达90—100MPa之后,蒸腾速率随叶-气间水势差增加而减小.     

基于SEBAL模型的西北农牧交错带生长季蒸散发估算及变化特征分析

蒸散发是土壤-植被-大气系统中水循环和能量交换的主要组成部分,准确估算区域蒸散发对农业用水调度与水资源的管理至关重要。利用MODIS数据产品结合地面气象站的观测资料,基于能量平衡原理建立的SEBAL(Surface Energy Balance Algorithms for Land)模型对西北农牧交错带2015年生长季(4—10月)的地表蒸散发量进行反演研究,并用Penman-Monteith(P-M)公式结合作物系数对模型的估算结果进行对比,结果表明:SEBAL模型估算结果与P-M公式之间的平均绝对误差为0.79mm/d,均方根误差为0.94mm/d,R~2=0.76,整体反演值偏高,但基本能满足本地区的研究需求。生长季区域日均蒸散发的变化范围为0.12—10.66mm/d,日蒸散量均值为4.31mm/d,呈东北、西南部较高,西部偏低的空间分布特征。将蒸散发估算值与地表特征参数统计分析发现蒸散发与NDVI和地表净辐射之间呈正相关,与地表温度和地表反照率之间呈负相关;不同土地利用/覆被类型的日蒸散发量由大到小依次为:耕地、林地、未利用地与草地。     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

红壤坡地干旱季节地表-大气界面水分传输——以茶园为例

以红壤坡地茶园为研究对象 ,用波纹比——能量平衡法研究了红壤坡地干旱季节地表 -大气界面水热传输特性 ,结果表明 :在茶园稳定生态系统中 ,气象因素和表层土壤含水量是影响地表 -大气界面水热传输的重要因素。特别是在受旱条件下 ,土壤水分对地表 -大气界面水热传输起决定作用 ,土壤水分越小 ,潜热通量越小 ,显热通量越大 ,反之亦然。观测期间 ,棵间蒸发量占总蒸散量的 3 2 % ,因此通过减少田间土壤水分蒸发来提高农田水分利用效率大有可为     

无水分胁迫下行作物蒸发散与双涌源能量分配和交换关系

以内蒙古浑善达克沙地人工草地种植的行作物——青贮玉米为研究对象,将FAO-56的双作物系数法与双涌源能量平衡模型相结合,计算了太阳入射能量按叶面积指数（LAI）分配到两个涌源（冠层、土壤表面）的有效能量A_c和A_s、潜热通量λE_c和λE_s以及显热通量H_c和H_s.分析两个涌源在有效能量驱使下的潜热和显热通量相互作用.结果表明,1）在无水分胁迫条件下,冠层H_c与λE_c相互作用使冠层吸收微热平流,强化蒸腾作用,加大蒸腾量.蒸腾（以潜热通量表示）超过冠层有效能量的增量(λE_cⁱ-A_cⁱ).最大值出现在生长发育阶段LAI为0.6的7月15日到LAI为2.4 的8月9日之间,其平均值为4.32 MJ·m^-2·d^-1.2）无水分胁迫情况下,λE_s和H_s相互作用,除强湿润过程后的1~2 d外,其他各天土壤均以低于土壤表面有效能量的速率蒸发.蒸发强度取决于土壤表面有效能量消散为土壤潜热通量的百分比,这个百分比最小值出现在生长中期阶段,其平均值为11.5%;最大值出现在生长初始阶段,其平均值为51.9%.3）两个涌源潜热通量是蒸散过程中能量交换的主要成分,在生长发育、中期、后期阶段转换为两个涌源潜热通量的有效能量均占总能量的83%以上.     

土壤水分状况及环境条件对水稻蒸腾的影响

在南方红壤区用田间测坑试验,研究了高、中、低3种土壤水分条件下的早、晚稻蒸腾速率和水分利用效率的变化,蒸腾日变化结果表明,蒸腾速率受许多田间小气候因子的影响,相关分析及多元逐步回归分析表明,叶片与空气相对湿度差和叶面温度对水稻叶片蒸腾影响最大,处理B（中等土壤水分条件）可以明显提高叶片水利用率和产是,处理C提高了叶片水分利用效率,却导致晚稻减产,早稻中、低土壤水分条件可以减小叶片蒸腾速率,而晚稻上并不能明显减少叶片蒸腾。     

喀斯特城市地表水热通量的时空变化研究

针对我国西南地区桂林喀斯特城市近20多年来快速扩展所引发的热环境问题,改进METRIC模型使其适用于喀斯特城市实际状况,利用模型和1994—2015年5景Landsat遥感图像反演地表水热通量,分析通量时空变化规律。结果表明,潜热通量从高到低依次为水体、喀斯特山峰阳坡植被、地面植被、喀斯特山峰阴坡植被、建筑/道路和裸土、喀斯特山峰裸岩,显热通量从高到低依次为喀斯特山峰裸岩和建筑/道路、裸土、喀斯特山峰阳坡植被、地面植被、喀斯特山峰阴坡植被、水体。水热通量随时间的变化受地表覆盖变化的影响,研究区波文比(显热通量与潜热通量比值)在1994年最高,达到1.62,2000年下降到1.24,之后逐渐升高至2015年的1.51。城市扩展过程出现的显热高值区和潜热低值区比例低于10%,其变化引发显热中低值区和潜热中高值区比例的变化,显热高值区最高比例在1994年(10.0%),2000年下降到5.4%,之后至2010年逐渐上升到9.4%,但2015年下降到7.1%,潜热低值区比例的变化趋势与显热高值区比例基本相同。植被覆盖度(Vegetation fraction,Pv)在0.1—0.8范围时对水热通量的影响相对更显著,Pv增加0.1,显热通量降低8—27 W/m~2,而潜热通量升高8—24 W/m~2。喀斯特山峰植被保护和城区地面绿化建设对喀斯特城市热环境的改善至关重要。     

地表水热通量研究进展

介绍了当前国内外地表水热通景观测研究的进展及3种不同类型的土壤-植被-大气传输模型（SVAT）：单层模型、双层模型和多层模型。遥感手段常用于监测大面积地表水热通量。基于地表能量平衡方程,现已建立了许多遥感模型以估算水热通量（如简化模型、单层模型、附加阻抗模型、作物缺水指数模型和二源阻抗模型等）,并对这些模型复杂程度及应用范围进行了分析。     

华北旱地覆膜春玉米田水温效应及增产限制因子

为探求覆膜栽培春玉米旱作田土壤水温变化特征及其对玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,设计垄作覆膜、垄作裸地、平作覆膜、平作裸地(对照)4个处理的田间试验,对春玉米田各生育时段的土壤温度、土层水分、耗水结构及玉米产量进行了监测.结果表明：自播种到抽雄的生育前期春玉米田覆膜较裸地增温1～3 ℃,土壤积温增加155.2～280.9 ℃;延长生育期约5.9～10.7 d.自播种到成苗期覆膜保水效应显著,WUE较裸地提高81.6%～136.4%.春玉米成苗到拔节期正值该区域稳定干旱期,覆膜处理土壤供水层深达80～100 cm,干旱胁迫使WUE较对照降低17.0%～21.6%,产生奢侈耗水.春玉米小喇叭口期后进入雨季,各处理土体复水,并产生过饱渗漏,最终使收获期土体水分与播期持平,贮水丰富.垄作覆膜较裸地增产9.5%;平作覆膜不利于降水入渗而导致渍水,减产5.0%;垄作裸地与平作裸地差异不显著.以雨季前气象干旱期的土壤枯水与雨季后的土壤库水为特征的春玉米田水分供求时序失衡,限制了春玉米的高产.     

玉米农田水热通量动态与能量闭合分析

 基于锦州农田生态系统野外观测站玉米农田涡度相关系统近2年的水热通量观测数据，分析了玉米农田水热通量的日际、年际变化特征及其能量 平衡状况。结果表明： 1）玉米农田水热通量日变化与年变化均呈单峰型二次曲线，峰值出现在12∶00～13∶00左右，与净辐 射的日变化、年 变化同步，潜热通量最大可达到655 w•m^－2（出现在2004年7月8日1 3∶00），显热通量最大值大约为369 w•m^－2（出现在2004年5月31日13∶ 00）。2）玉米农田水热通量强度与局地的环境条件密切相关：显热通量与大气压的年变化呈负相关，潜热通量与气温年变化呈正相关。水热通 量受降水的影响较大，对降水的反应较敏感。其中，潜热通量(LE)不仅与降水的强度有关，而且随着降水的季节分布的不同而出现不同的响应 ，即使同样量级的降水在夜间与白天对LE的影响也是不同的。3）玉米农田通量观测呈现能量不闭合现象，主要原因可能是未包含0～5 cm土壤 热储量与冠层热储量，造成大约15.5%的能量损失。     

Modeling the water use efficiency of soybean and maize plants under environmental stresses: application of a synthetic model of photosynthesis-transpiration based on stomatal behavior

Understanding the variability of plant WUE and its control mechanism can promote the comprehension to the coupling relationship of water and carbon cycle in terrestrial ecosystem, which is the foundation for developing water-carbon coupling cycle model. In this paper, we made clear the differences of net assimilation rate, transpiration rate, and WUE between the two species by comparing the experiment data of soybean (Glycine max Merr.) and maize (Zea mays L.) plants under water and soil nutrient stresses. WUE of maize was about two and a half times more than that of soybean in the same weather conditions. Enhancement of water stresses led to the marked decrease of Am and Em of two species, but water stresses of some degree could improve WUE, and this effect was more obvious for soybean. WUE of the two species changed with psiL in a second-order curve relation, and the WUE at high fertilization was higher than that at low fertilization, this effect was especially obvious for maize. Moreover, according to the synthetic model of photosynthesis-transpiration based on stomatal behavior (SMPTSB) presented by Yu et al. (2001), the WUE model and its applicability were discussed with the data measured in this experiment. The WUE estimated by means of the model accorded well with the measured values. However, this model underestimated the WUE for maize slightly, thus further improvement on the original model was made in this study. Finally, by discussing some physiological factors controlling Am and WUE, we made clear the physiological explanation for differences of the relative contributions of stomata- and mesophyll processes to control of Am and WUE, and the applicability of WUE model between the two species. Because the requirement to stomatal conductance by unit change of net assimilation rate is different, the responses of opening-closing activity of stomata to environmental stresses are different between the two species. To obtain the same level of net assimilation rate, soybean has to open its stomata more widely to keep small stomatal resistance, as compared with maize.     

侧柏幼树不同生长阶段对水分的敏感性与蒸腾效率

通过旱棚人工控水,对不同生长阶段谐变供水条件下,供水量与供水方式对侧柏幼树蒸腾耗水、水分利用效率的影响、幼树不同生长阶段对水分的敏感性等问题进行了研究。结果表明,幼树总耗水量随年均土壤供水能力和幼树各生长阶段供水模式的不同而变化。在平均有效水供给能力较低或单一阶段土壤相对含水率不超过87.84 %时,幼树蒸腾耗水量随中后期——生长盛期和生长后期供水量的增加而增大;相反,在平均有效水供给能力较高或单一阶段土壤相对含水率超过87.84 %时,幼树蒸腾耗水量则随着中前期——生长前期和生长盛期供水量的增加而增大。在年均土壤供水能力基本相同时,不同生长阶段供水量的分配对侧柏幼树蒸腾耗水有较大影响。综合分析表明,生长盛期供水对蒸腾耗水的贡献最大,生长后期次之,生长前期最小。侧柏幼树不同生长阶段对水分的敏感性,以生长盛期和生长前期最大,生长后期较低。但生长后期适度减少水分供应,具有一定的促长作用。使侧柏幼树达到最佳水分利用效率的土壤供水水平为:生长前期土壤相对含水率75 .96 % ,生长盛期73.76 % ,生长后期6 9.5 2 %。并建立了侧柏幼树的时间水分生产函数     

生物炭对玉米/大豆、玉米/花生间作系统土壤水肥热及产量的影响

于2019年5-9月在沈阳农业大学水利学院科研试验基地进行田间试验,设置2种种植模式MS、MP(玉米/大豆间作、玉米/花生间作)和3个生物炭施用量T0、T1和T2(0、15和30 t ? hm-2)的田间小区试验,研究施入生物炭对玉米/大豆、玉米/花生间作系统土壤水热、养分吸收和产量的影响.结果表明:施入生物炭对作物生...