农田日蒸散量估算方法研究

论文摘要

本文利用2004年10月-2008年2月涡度相关系统连续观测通量数据,分析洛阳地区冬小麦-绿豆轮作农田能量平衡闭合状况和农田水、热和CO2通量变化特征和能量分配规律。探讨了农田蒸散量变化规律及影响因素,建立了基于净辐射通量和表气温差瞬时观测数据的日蒸散量估算模式,并利用10点、12点和14点瞬时观测数据进行验证。主要研究结果如下:1、阐述了洛阳冬小麦-绿豆轮作农田能量闭合状况和规律。2004年10月-2008年2月洛阳地区冬小麦-绿豆轮作农田生态系统采用涡度相关系统测定的潜热与显热通量之和占可供能量的比值平均为63.7%,能量平衡比率平均为0.78。冬小麦-绿豆轮作农田郁闭后能量平衡闭合度高于郁闭前,农田郁闭前后平均OLS斜率分别为0.4773和0.6443,平均能量平衡比率分别为0.72和0.84。OLS斜率和EBR值随着摩擦风速、LAI和株高增加均呈上升趋势。EBR值随波文比增加无明显变化趋势,随气温以及饱和水汽压增加均呈上升趋势,随相对湿度增加出现下降的趋势。2、探索了冬小麦绿豆轮作农田水、热和CO2通量变化特征和能量分配规律。发现波文比值在夜间波动较大,出现异常极低和极高值的频率较高,作物不同生育期白天波文比值呈倒“U”型变化,且作物生育早期较高,生长旺盛期较低。蒸发比值变化较波文比值平稳,作物不同生育期蒸发比值日变化呈现统一特点,即夜间较低,且较平稳,早晨8点左右蒸发比值出现一次跳跃性增加,之后缓慢增加,至下午16:00左右开始迅速增加,至17点左右出现最高值,之后又立即恢复到夜间较低的水平。且夜间不同生育期蒸发比值无明显差异;小麦生长旺盛的4-5月和绿豆旺盛生长的8月份蒸发比值明显较其它生长时期高。3、建立了洛阳冬小麦-绿豆轮作农田基于日净辐辐射总量和日最高表面温度和气温之差的农田日蒸散量估算模式并进行了验证,结果表明模型模拟值与实测值吻合程度较好。4、建立了洛阳冬小麦-绿豆轮作农田基于净辐射合冠气温差瞬时观测数据的日蒸散量估算模式,并对作物不同生育时期不同天气条件（晴天,阴天或多云）下的基于净辐射和冠气温差瞬时观测数据的农田日蒸散量估算模式进行了讨论。基于瞬时观测数据的农田日蒸散量估算模式模拟精度晴天较阴天或多云条件高,农田郁闭后较郁闭前高。5、本论文的主要创新点:（1）利用净辐射和冠气温差瞬时观测数据计算冬小麦-绿豆轮作农田整个轮作周期瞬时蒸散量,并进行了验证。（2）以瞬时蒸散量和正弦关系为基础,建立了农田日蒸散量的估算模式。基于瞬时观测数据的农田日蒸散量估算模式以净辐射和表气温差为主要参数,利用瞬时观测数据推算农田蒸散量日值,而遥感信息可以提供估算蒸散量的重要参数净辐射和表面温度,因此该模式的建立为利用卫星遥感资料估算大面积农田日蒸散量提供了一种方法。本研究需要改进的主要是调整涡度相关系统观测高度。由于涡度相关系统需要根据作物冠层高度和风浪区的大小来确定观测高度,农田涡度相关系统观测高度应根据作物生长不断调节,适宜观测高度约在冠层上方0.5m-1.0m的范围内。本研究在固定高度进行观测,可能是导致能量闭合程度较低的主要原因。

论文目录

• 中国农业科学院博士学位论文评阅人、答辩委员会签名表
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外农田蒸散量测算方法研究进展
• 1.2.1 实际蒸散量观测方法
• 1.2.2 蒸散量估算模型研究进展
• 1.2.3 基于温度参数的经验模型研究进展
• 1.3 研究内容及研究思路
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究思路和技术路线
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验点基本情况
• 2.2 观测项目及方法
• 2.2.1 涡度相关系统观测项目及方法
• 2.2.2 表面温度及常规气象数据测定
• 2.2.3 农田作物生理生态指标观测
• 2.3 数据处理和计算方法
• 2.3.1 涡度相关法原理和数据处理方法
• 2.3.2 土壤贮热量计算方法
• 2.3.3 野点数据判定和数据处理方法
• 第三章 冬小麦-绿豆轮作农田能量平衡状况分析
• 3.1 冬小麦-绿豆轮作农田能量平衡闭合检验分析
• 3.1.1 农田能量平衡闭合程度评价方法
• 3.1.2 冬小麦-绿豆轮作农田能量闭合程度检验
• 3.2 冬小麦-绿豆轮作农田能量闭合程度影响因素分析
• 3.2.1 摩擦风速对冬小麦-绿豆轮作农田能量闭合程度的影响
• 3.2.2 能量平衡闭合程度与作物生长的关系
• 3.2.3 农田能量闭合程度与波文比及其它气象要素的关系
• 3.3 本章小结
• 2通量特征'>第四章 冬小麦-绿豆轮作农田水、热和 CO₂通量特征
• 4.1 冬小麦-绿豆轮作农田水、热通量变化规律
• 4.2 冬小麦-绿豆轮作农田能量分配特征
• 4.2.1 冬小麦-绿豆轮作农田能量分配日变化特征
• 4.2.2 冬小麦-绿豆轮作农田能量分配年际变化特征
• 2 通量特征'>4.3 冬小麦-绿豆轮作农田 CO₂通量特征
• 4.4 冬小麦绿豆农田水分利用效率变化规律
• 4.5 本章小结
• 第五章 冬小麦-绿豆轮作农田日蒸散量估算模式
• 5.1 农田蒸散量影响因素分析
• 5.2 蒸散量估算关键参数变化规律分析
• 5.2.1 农田净辐射通量变化规律分析
• 5.2.2 农田表面温度、气温和表气温差变化规律分析
• 5.3 冬小麦-绿豆农田日蒸散量估算模式的建立
• 5.3.1 冬小麦农田日蒸散量估算模式
• 5.3.2 绿豆农田日蒸散量估算模式
• 5.4 基于瞬时观测数据的蒸散量估算模式初探
• 5.4.1 洛阳冬小麦农田基于瞬时观测数据的农田日蒸散量估算模式
• 5.4.2 洛阳地区绿豆农田基于瞬时观测数据的农田日蒸散量估算模式
• 5.5 本章小结
• 第六章 主要结果与讨论
• 6.1 主要结果
• 6.2 讨论
• 6.2.1 冬小麦-绿豆轮作农田生态系统能量平衡不闭合状况分析
• 6.2.2 冬小麦-绿豆轮作农田日蒸散量估算方法及存在问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历