稻麦轮作田下垫面的感热和潜热通量特征分析

摘要

感热和潜热通量是地表能量平衡的重要组成部分，对其的定量了解，不仅是大气动力热力过程分析的基础，也是农业生态等研究的核心内容。长江中下游农田以水稻和小麦为主要耕作物，对稻麦轮作田进行通量观测能够更好地理解长江中下游区域大气边界层能量交换特征。因此，本文基于2015年7月9日到2016年5月18日，江苏盐城东台市郊稻麦轮作田上方的通量观测数据，对稻麦轮作田下垫面的通量变化特征进行了分析，探讨了不同生长期，下垫面的平均通量和能量分配特征，重点分析了不同时期通量的日变化特征及下垫面温湿度和风速对能量分配的影响，最后，对比了大孔径闪烁仪和涡相关观测系统的观测数据，检验了仪器的可靠性。主要结论如下:
　　(1)平均通量分析表明，在白天，小麦返青期的平均感热通量最大，而水稻拔节期的平均潜热通量最大。在夜间，下垫面仍然存在向上的潜热通量。在停耕期和小麦出苗期，整个下垫面接收到的能量要小于它向大气传递的感热和潜热通量。在整个观测过程中，各时期(H+LE)/Rn的平均值不超过80％，H/Rn的平均值不超过18％，农田下垫面主要以潜热通量的方式向大气传递能量。
　　(2)日变化特征分析表明，水稻、裸地和小麦下垫面情况下感热通量的日变化特征十分接近，整个观测期间，感热通量的平均峰值为46.08Wm-2。对能量分配的平均日变化特征分析表明，在水稻的生长周期，(H+LE)/Rn和LE/Rn的日变化特征较为一致，它们在水稻各个时期的日变化趋势分别为:先减后增型（插秧期），逐渐增长型（拔节期），平稳波动型（抽穗期）和逐渐增长型（成熟期）。而H/Rn的值在整个水稻生长期内都为先增后减型，其最大值一般出现在10:00左右。在小麦的种植期，(H+LE)/Rn和LE/Rn的日变化特征也较为一致，都随着小麦的生长，由逐渐增长型（出苗期，越冬期和返青期）转变为起伏增长型（拔节期和成熟期）。H/Rn的日变化特征主要分为先增后减型（出苗期，越冬期和成熟期）和平稳波动型（返青期和拔节期）。当下垫面为裸地时，(H+LE)/Rn，LE/Rn和H/Rn的日变化特征均为波动型。
　　(3)对土壤温湿度及地表风速的分析表明，在水稻种植期，各变量对能量分配的影响作用都较为独立，能量分配主要受土壤湿度和风速的影响。土壤湿度的增加，略微增大了H/Rn的值，降低了LE/Rn的值，而风速的增大，增大了LE/Rn的值。在小麦种植期，土壤温度和湿度共同影响了地表能量分配，随着土壤温度的增加，对应的土壤湿度减小，H/Rn的值减小，LE/Rn的值增大。在整个观测期间，H/Rn和LE/Rn的日变化同时受土壤温湿度及风速的日变化的影响，当土壤温度增大时，土壤相对湿度减小，风速逐渐增大且增长速度逐渐降低，LE/Rn的值逐渐增大，而H/Rn始终保持稳定。
　　(4)对水稻抽穗期通量观测数据的分析表明，大多数情况下，LAS观测的感热通量都要大于EC所观测的值。结合源区模型，可以发现，仪器东侧的一片桑树园影响了两个仪器的观测结果。由于桑树园上方的感热通量大于水稻田上方的感热通量。当桑树园贡献较大时，HLAS的值总是会大于HEC的值。而当桑树园对两个仪器贡献较一致时，两个仪器观测得到的感热通量也较为接近。两种仪器观测的差异是由桑树园所引起的下垫面不均匀性造成的。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．3 本文主要的研究内容

第二章 站点描述与数据处理

2．1 观测点介绍

2．2 观测仪器介绍

2．3 数据处理

第三章 观测时期气象背景场及通量特征分析

3．1 气象背景场分析

3．2 通量整体变化特征

3．3 本章小结

第四章 通量特征分析

4．1 各时期的平均通量特征分析

4．2 日变化特征分析

4．3 本章小结

第五章 土壤温湿度及风速对能量分配的影响

5．1 各时期土壤温湿度及风速对能量分配的影响

5．2 各时期土壤温湿度及风速日变化对能量分配日变化的影响

5．3 本章小结

第六章 水稻田上方LAS和EC观测结果的对比

6．1 通量的时间序列分析

6．2 利用源区模型分析风速和风向的影响

6．3 个例分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

作者简介

致谢