基于富平通量站的湍流和水热通量研究

发布时间：2019-09-16 19:15

【摘要】：农业关系着国家命脉,对农田生态系统中能量和物质运移现象和规律的研究关系着农田用水效率的提高与农业的可持续发展,进而影响着国家的稳定繁荣,因此,对农田生态系统能量和物质传输运移现象和规律的研究显得尤为必要。本文以富平县卤泊滩地区为研究区域,以富平生态系统监测站为基础,利用涡度相关技术对研究区内大气湍流现象,及由此引发的能量、物质交换现象进行研究分析。主要有以下几个方面:(1)根据大气的稳定度判定标准,将其分为稳定状态,中性状态,不稳定状态三类,并分别对不同状态下的气象观测要素和w'T'、w'q'进行统计分析。结果表明:随着大气层结从稳定状态向不稳定状态发展,其离散化程度加剧,湍涡数量增多,尺度增大,所含能量增强,各区域间能量、物质交换频率加快,大气运动复杂性和随机性增大。然而,在30min时间尺度下,无论大气层结处于何种状态下,温度与CO2浓度之间均存在显著的相关性,大气湍流中低频部分所含能量均高于高频部分所含能量。(2)观测试验中需要对数据进行质量控制、异常值的删除以及缺失数据的插补。在本文中,制定符合本测站的数据处理流程,建立符合本通量站的通量阀值标准。依据连续缺失数据的多少采用平均昼夜变化法(MDV)或查表法(LUT)对缺失或被删除的通量数据进行插补,并用能量闭合率(EBR)对通量数据插补前后的效果进行比较,结果表明:本文采用的数据质量控制标准合理,缺失数据的插补方法及效果符合预期,可为后续研究提供参考和依据。(3)对不同时间尺度的气象要素和通量进行分析,结果如下:日尺度中,大气、土壤等要素随太阳辐射变化而变化并有不同程度的滞后;白天时,下垫面的温度值大于大气的温度值,湍流运动比夜晚时更剧烈,表现在晴朗天气下各种能量交换现象比阴(雨)天更明显。长历时尺度中,气温,水汽压差,土壤温度、土水势、土壤电导率、能量通量、蒸散发等要素分别以天和年为周期变化,总体上随太阳辐射的变化而变化;在能量输出项中,潜热输出约占输入能量总量的50%,其次为显热输出,土壤热输出。全年的能量闭合率约为0.68;波文比约为0.56。
【图文】：

技术路线图,论文研究,技术路线

1）介绍基于涡度相关技术进行通量观测与计算的数学原理；并根据大大气进行分类，对不同稳定度下的湍流观测要素（风速、水汽、CO2、较；根据通量计算原理对不同大气稳定度下的w T 和w q 进行分析比较2）基于本研究区特点及通量计算软件特性，参考相关文献，制定适合数据质量控制标准、异常点删除标准和缺失值插补方法；并采用能量闭补前后效果进行比较。3）分析不同时间尺度下大气（温度、水汽压、风速、风向）、土壤（土土壤电导率）、通量（太阳净辐射，土壤热通量、潜热通量、显热通量及规律。研究的技术路线如下图所示：研究区概况及站点介绍观测数据统计分析数据处理，获得通量数据

地理位置,通量

卤泊滩在陕西富平县与蒲城县交界处，古称“卤阳湖”，海拔 375～400m，面积0hm2 [43][55,56]。唐朝时，就出产盐产品[43][57]；新中国成立后，仍然保持着芒硝的生4 年与 1979 年分别对该地区进行过一定程度的开发。1999 年，陕西省地产开发服对其进行改良与开发，增加耕地三千余亩[54]。现主要作物有苜蓿、小麦和玉米常见植被有芦苇和杨树等[43]。卤泊滩位于黄土高原与关中平原交界处，属于半干旱大陆性气候[43]：年均气温13期约 210 天；多年平均降水量 484mm，主要集中在 7~9 月份[43][56]；年潜在蒸发000mm；年日照时数约 2400h；0℃以上积温约 5000℃；年辐射总量约为 62kcal/cm2状总体上呈现的是一个封闭式的凹地，地势西北高东南低，地面比降为 0.002~0.0水和地下水皆汇聚于滩区东南部；渗透系数为 0.06~3.25m/d[43][58,59]；水质矿化度[58]根据世界土壤分类标准测定该区土壤为砂质壤土。于 2013 年修建的西安理工大学富平生态监测站（109°22′46.3″E，，34°48′00.4″N，m）位于卤泊滩地区富平县境内一块大小为 101m×105m 的农田内[43][56]，该块农麦——玉米轮作制度，周围农田以苜蓿为主，其位置如图 2-1 所示。该监测站中测仪器及观测项目如表 2-1 所示[43][55,56][58]，仪器的安装位置大致如图 2-2 所示[5
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S181

【参考文献】