淮河流域农田生态系统能量平衡与闭合研究

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:dyyangcheng
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本文利用寿县国家观象台连续3年(2007.7—2010.7)近地层涡度相关资料,研究了淮河流域农田生态系统近地层下垫面地气之间物质与能量的交换特征,特别利用的涡度相关资料分析下垫面能量平衡不闭合状况,而且讨论了影响能量不闭合的各因子,为客观评价涡度相关观测数据的质量以及准确评估小麦及稻田生态系统与大气间的物质和能量交换提供依据。研究结果如下:(1)农田下垫面近地层湍流通量和有效能量日变化、季节变化规律显著,日变化曲线均都呈倒“U”型,净辐射(Rn)、潜热通量(LE)和显热通量(H)的日变化峰值一般都出现在12:00~14:00,土壤热通量峰值相对滞后1~2小时。净辐射、感热与潜热通量全年月平均值均为正值,而土壤热通量值均为负值。四季的感热通量所占净辐射比例均大于潜热通量所占其比例,特别是夏、秋季节,波文比(β=H/LE)为0.14、0.06,这表明淮河流域农田生态系统则以潜热输送为主。一年四季地表反照率年的日变化均具有明显的“U”型特征,反照率季节均值大小表现为秋季<春季<夏季<冬季,不同下垫面均值大小表现为裸地<稻田<麦地<雪地,在小麦和水稻生长期内,地表反照率均呈现先增大后减小的趋势。(2)小麦、水稻主要生长期CO2通量与显热、潜热通量均呈显著负相关性,CO2与LE的拟合线性相关曲线为:y1=-172.08x1+16.713(y1为小麦CO2通量,x1小麦为潜热通量),y2=-56.676x2-4.2884(y2为水稻CO2通量,x2水稻为潜热通量),CO2与H的拟合线性相关曲线为y3=-184.24x3-52.905,(y1为小麦CO2通量,x1小麦为潜热通量)y4=-35.718x4+13.906(y1为水稻CO2通量,x1水稻为潜热通量)。(3)淮河流域农田生态系统能量平衡状况有明显的日变化特征及其季节变化特征,能量闭合率按秋、冬、夏、春四个季节依次变小,春季的能量闭合率只有0.53; OLS斜率白天和全天相接近,分别为1.05和1.06,R22分别为0.72和0.80,白天闭合率为0.91;夜间为0.11,R22仅为0.05,闭合率只有0.24,白天的能量平衡闭合程度明显优于夜间。波文比日变化特征呈倒“U”型,正午达到最大值,昼夜交替时刻波文比较小。能量残差量在一天中呈单峰型变化曲线,白天的能量残余量大于夜间,当有效能量测量是精确时,反映出涡度相关法表达的湍流能量被低估。从能量平衡相对残差频数分布图同样证明湍流能量被低估。各季能量残余量由小到大排序为:秋季<冬季<夏季<春季。(4)通量贡献源区大小的不同是寿县农田生态系统能量不闭合的重要原因,寿县常年最主要风向是NE,其平均源区大小为34400m2,平均能量闭合率为0.76;6月份主风向SSE的源区面积为14200m2,能量闭合率0.93。其中稳定和不稳定层结下水稻生长季源区范围分别是26000m2、48800m2,而小麦生长季源区分别是是38000m2、10800m2。而间歇期的相应源区面积分别是49600m2、24000m2。表明涡度相关法所测源区面积小麦生长期大于水稻的,间歇期大于生长季;稳定层结小于不稳定层结。采用王介明老师的Edire软件进行修正后的数据的能量闭合率高于修正前,其中WPL修正、坐标旋转修正和频率修正分别使能量闭合率提高0.01,但平面拟合修正未使能量闭合率有明显的提高。(5)摩擦风速和大气稳定度均影响OLS斜率和能量闭合率,OLS斜率表现为:夜间OLS斜率随着U*的增大有明显的增大趋势,白天OLS斜率基本随U*的变化比较稳定。春季OLS斜率在低摩擦风速(U*<0.2m/s)处仅有0.1左右,高摩擦风速处达到0.7。秋季和冬季均有持续的增大趋势,秋季摩擦风速由低到高其LS斜率从0.01-0.21左右。不稳定层结(ζ<0)下的OLS斜率和能量闭合率都大于稳定层结(ζ>0)下的OLS斜率和能量闭合率,而且随着不稳定程度减弱,OLS斜率有较明显减小,能量平衡不闭合率也逐渐减小。
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