半干旱区农田生态系统通量贡献区分析

通量贡献区是指对湍流交换过程有贡献的有效源(汇)区域,它与生态系统和大气间的通量交换密切相关。在实际观测中复杂的下垫面增加了通量观测的难度和不确定性,对通量贡献区评价能有效解决通量空间代表性的问题。为了研究半干旱区农田生态系统在完整的作物生育期通量贡献区的变化特点,该文根据位于黄土高原丘陵沟壑区的兰州大学半干旱区农业生态系统试验站的通量观测塔2014年12个月连续的玉米农田通量观测资料,应用Schmid的FSAM模型对半干旱区玉米农田的通量贡献区进行了分析。结果表明:本研究区的主风向是90°~180°(东南方向),次主风方向是270°~360°(西北方向);在主风向上,迎风方向非生长季的通量信息最远点大于生长季,而在垂直于迎风方向上则相反;生长季内迎风向通量信息最远距离呈现出先减小后变大的趋势,其中在抽雄期最小,垂直于迎风方向最大宽度变化无明显规律。大气稳定条件下通量贡献区面积比不稳定条件下大,且大气稳定条件下90%的通量信息来源于迎风向8~92 m,垂直于迎风向?35~35 m;不稳定条件下则分别为7~83 m和?25~25 m。白天90%的通量源区分布在离观测塔9~86 m,夜晚源区分布在离观测塔10~100 m,垂直于迎风向由白天的?21~21 m增加到夜晚的?35~35 m。由FSAM模型测得的通量贡献区可以较准确地反映农田生态系统的通量信息。     

应用修订的Shuttleworth-Wallace模型对 半干旱区覆膜玉米蒸散的研究

蒸散发(ET)包括植物蒸腾(T)和土壤蒸发(E),在维持全球能量平衡和气候调节中起关键作用。量化蒸散发及其组分在准确预报气候对生态系统碳水通量和能量的响应中至关重要。基于兰州大学半干旱区农业生态系统试验站2014年玉米生长季涡度相关仪的观测结果,利用修订后的Shuttleworth-Wallace模型(S-W模型)对覆膜玉米田的蒸散发进行模拟,利用实测值对模拟结果进行验证,对蒸散发及其组分的影响因素和敏感性进行分析。结果表明:S-W模型对覆膜玉米农田蒸散发的模拟结果在日蒸散量大于2 mm·d~(-1)的晴天和时晴时云天气较好,阴雨天气模拟结果较差,且模型模拟结果较涡度相关的实测值偏高。E/ET在一天内的变化为单峰曲线,在生长季尺度上,在玉米快速生长期呈下降趋势,在之后的时间基本保持不变。覆膜玉米农田的E/ET在日时间尺度的变化主要受气孔导度影响,在生长季尺度主要受叶面积指数和土壤含水量的共同影响。敏感性分析表明,蒸散发及其组分对作物冠层高度与参考高度间的空气动力阻力(raa)和冠层内边界层阻力(rac)均较敏感,对作物冠层阻力(rsc)敏感性适中,对地面与冠层间的空气动力阻力(ras)和下垫面裸土表面阻力(rss)不敏感,在应用S-W模型模拟覆膜玉米农田蒸散量时,要特别注意阻力参数raa、rac和rsc的合理确定。