浑善达克沙地GSPAC系统水汽热运移及能量平衡

摘要

论文以国家自然科学基金地区项目“浑善达克沙地天然植被蒸散发计算与耗水机理研究（50769005）”以及国家自然科学基金重点研究项目“京蒙沙源区植被建设中水资源优化配置研究（50139040）”为支持，进行了精细周密的野外试验及室内实验，选取典型频率年—2004年（降水频率为43％）、2005年（降水频率为84%）及2006年（降水频率为14%）的气象数据、作物生物生理指标及土壤特性等数据进行计算和分析。
　　用实测的表层土壤物化性质及土壤质地数据对资料缺测地区土壤水力特性参数进行确定。采用4种方法计算研究区参考作物腾发速率 ETo，以 FAO56 Penman-Monteith为基准对其他三种常用ETo计算式进行气象因子的的校正；用双作物系数法和Isareg模型计算植被腾发速率，对典型频率年腾发速率特征及其影响因素进行分析；比较典型频率年水汽热在表层、根系层、变饱和带迁移规律；进一步研究了土壤剖面昼夜、晴阴天水汽热运移规律；辐射平衡、能量平衡和光合作用特征及其影响因素的分析。得出以下主要结论：
　　1．资料缺测地区土壤水力特性参数的确定。用实测的表层土壤物化性质及土壤质地数据，分别采用RETC软件中的PTFs函数及通过SPSS软件建立的当地PTFs函数对资料缺测地区土壤水力相关参数进行确定，通过了拟合相关图和均方差的检验，认为得出的饱和导水率、饱和含水率与土壤物化特性及土壤质地不是简单的线性关系，建立的当地PTFs函数在该地区可用。通过SPSS软件建立资料缺测地区的PTFs函数，把非线性问题转化为线性问题为本文的创新点之一。
　　2．采用4种方法计算研究区ETo，对典型频率年腾发速率特征及其影响因素进行分析。
　　(1)对遗传算法率定 ETo相关参数（as和bs）的可行性进行分析，取得了更加适合当地的较精确结果；
　　(2)以普适性强、精度高的FAO56 Penman-Monteith为基准对其他三种常用ETo计算式进行气象因子的的校正，本文在此处实现创新，为寻找计算参照作物腾发速率的简易模型提供了新途径，在其他地区的实用性及普适性有待于进一步考证；
　　(3)对腾发速率与环境因子的关系进行了探讨，认为丰枯年影响因子大体相同，只是枯水年湿度的影响大于气温的影响，丰水年正好相反。
　　3．对天然植被土壤水汽热通量的时间、空间信息进行同步分析的还鲜见报道。用枯水年资料建模，丰水年资料进行模型参数的检验。对丰枯年土壤剖面水通量的异同点进行了分析，揭示了丰枯年土壤剖面水汽通量特征和土壤剖面水汽热昼夜运移规律。
　　4．以天然植被为例，进行了丰枯能量平衡对比。枯水年冠层潜热通量与其有效能量的关系为λEc=0.965Ln(Ac)+3.803，R2=0.59；丰水年二者的关系为λEc=1.158Ac+1.479，R2=0.79。通过生育期λEs/(λEc+λEs)的变化过程可以判断丰水年冠层达到全覆盖时对应的叶面积指数LAI=2.17，而枯水年难以判断。

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1 引言

1.1 选题依据及研究背景

1.2 研究的意义

1.3 研究进展

1.4 研究目标与内容及技术路线

1.5 特色及创新之处

2 研究区概况与试验观测

2.1 研究区概况

2.2 野外试验点的布设情况

2.3 试验观测项目

3 土壤水热运动参数的确定

3.1 土壤水运动相关参数

3.2 土壤热运动相关参数

3.3 土壤水热运动参数的研究进展

3.4 饱和导水率的确定

3.5 其他水力参数的确定

3.6 土壤热参数的确定

3.7 小结

4 腾发速率特征及影响因素分析

4.1 净辐射的计算

4.2 参照作物腾发速率

4.3 基于双作物系数法的作物腾发速率

4.4 基于Isareg模型的作物腾发速率

4.5 结果的对比与分析

4.6 光合特性及环境因素对其的影响

4.7 小结

5 水汽热运移规律

5.1 HYDRUS模型的基本理论及运行条件

5.2 HYDRUS-1D模型的率定与检验

5.3 水汽热联合运移动态变化

5.4 降水后的土壤剖面分布

5.5 水汽热昼夜运移规律

5.6 小结

6 辐射特征和能量平衡

6.1 太阳辐射变化规律

6.2 净辐射变化规律

6.3 能量平衡各分量变化特征

6.4 热量平衡特点

6.5 小结

7 结论和展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

作 者 简 介