考虑CO2影响的玉米蒸散量模拟研究：以黑河中游绿洲典型农田为例

摘要

蒸散发（ET）是地表能量平衡与水量平衡的重要组成部分，也是连接生态过程和水文过程的重要纽带，蒸散发是所有水问题研究的基础，农田蒸散研究是农田水分平衡研究的重要组成部分也是农业水资源高效利用的核心问题，精准估算农田玉米的蒸散量对于提高水分利用效率，优化区域用水结构具有重要意义。
　　为了能够全面地揭示干旱绿洲区玉米对气候因子的响应过程，本着为未来种植结构调整、土地利用方式改变以及CO2浓度变化情境下的农田耗水研究提供一定的依据和目的，本文以黑河中游绿洲区的玉米为研究对象，基于现有蒸散模型，将大气CO2浓度对作物的生理影响引入到现有蒸散模型中，筛选与构建了考虑大气CO2浓度对玉米冠层影响的阻抗模型，对比了将有无大气CO2浓度对玉米冠层影响的阻抗模型耦合到单、双源蒸散模型中的模拟效果，并利用实测数据对所建立的模型进行了验证。本文的创新点主要包括：将CO2浓度对玉米的影响与其它环境变量综合考虑到冠层阻抗模型中，筛选出了适合该研究区的冠层阻抗模型，具体内容如下：
　　（1）筛选与对比了各冠层阻抗模型，分别将有无CO2浓度对玉米冠层综合影响的阻抗模型耦合到单源的P-M（Penman-Monteith）模型中，检验和对比了模拟值与实测值之间的差异，通过进一步验证表明将Irmak模型耦合到P-M模型中能够精确地模拟半小时时间尺度上玉米的农田耗水过程，且考虑了大气CO2浓度对玉米冠层影响的Irmak模型耦合到P-M模型中能够得到更为精确的模拟值，模型参数少且容易获取，模型具有较好的参数可移植性和区域适用性。
　　（2）在黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗及玉米蒸散量对净辐射和相对湿度最为敏感，其次是气温，叶面积指数和大气CO2浓度。
　　（3）由于玉米在不同生长阶段具有不同的耗水规律，利用双源的S-W（Shuttleworth-Wallace）模型模拟玉米蒸腾和土壤蒸发时使用一套参数，不尽合理，模拟值在玉米生长初期和后期仍会出现较大的误差，因此有必要进行分时段估算，进而提高模拟精度。
　　（4）将考虑了CO2浓度对玉米冠层阻力影响的模型耦合到修正双源MSW（Modified（Shuttleworth-Wallace）模型后，能够更好地模拟玉米在生理结构、气象条件发生变化情况下蒸散量的变化，能够准确地区分土壤蒸发和作物蒸腾，模型参数容易获取且具有较好的适应性，这表明该模型能够用于估算干旱区覆盖度较低情况下玉米的蒸散量，可以解决利用P-M模型在模拟稀疏覆盖条件下的蒸散所产生的较大误差问题。
　　（5）在整个生育期对ET影响最大的阻力参数是冠层阻力rcε，其次是冠层面高度到参考面高度间的空气动力阻力raa，ET对其它阻力参数敏感性程度很小，并且这种影响在生育前期和后期最为明显。

目录

声明

主要符号表

第一章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.3 存在的科学问题

1.4 研究内容及研究思路

第二章 研究区概况、数据及其处理

2.1 研究区概况

2.2 数据来源及处理

2.3 模型评价指标

2.4 本章小结

第三章 单源模型中玉米冠层阻力筛选及玉米蒸散量分析与对比

3.1 冠层阻抗模型筛选与玉米蒸散量模拟

3.2 本章小结

第四章 双源模型中玉米各阻力参数计算及蒸散量分析与对比

4.1 双源模型（S-W模型）

4.2 分时段修正双源模型（MSW模型）

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 不足与展望

参考文献

附录 文中相关变量计算方法

致谢

在学期间已发表的科研成果