基于Priestley-Taylor模型的油蒿灌木生态系统蒸散发研究

发布时间：2020-03-31 04:00

【摘要】：蒸散发是全球水文循环和能量收支的重要组成部分,它对气候变化的响应在区域降水和干湿变化中起着重要的作用。Priestley-Taylor(简称P-T)模型因其所需参数较少,在估算蒸散发中得到广泛应用。基于半经验半理论的P-T模型估算蒸散发时,其核心方法是确定模型中的α参数,通过准确计算该参数在这一区域中的最适值来估算蒸散发。本研究以中国西北半干旱地区毛乌素沙地南缘油蒿灌木生态系统为研究对象,应用2014-2016年生长季油蒿灌木生态系统水、热通量观测数据和微气象数据,分析P-T模型系数α的变化特征(日变化、季节变化)及其相关影响因子,并利用P-T模型对该研究区内油蒿灌木生态系统生长季内的蒸散发进行模拟和分析,确定其本地化估算参数值。主要结论如下:(1)在季节变化过程中,实际P-T模型系数α在2014-2016年各物候期内整体变化较明显。展叶期内α系数呈单峰型变化趋势且日均最大值均发生在展叶期内;完全展叶期内的α系数较稳定,呈一定的上升趋势;叶变色期内的α系数呈现一定的下降趋势。(2)饱和水汽压差(VPD)、30 cm土壤含水量(SWC30)、冠层导度(gs)、叶面积指数(LAI)均对α系数有一定的调控作用。观测期内,冠层导度(gs)和饱和水汽压差(VPD)对α系数的控制均存在明显的阈值效应,当gs小于阈值(3.5±0.5 mm/s)时,α系数随着gs的增大而增大,当大于该阈值时,α系数的变化趋势不明显;当VPD小于阈值(2±0.5)kPα时,α系数随VPD的增加而增加,当VPD大于该阈值时,α系数几乎不变。土壤含水量(30 cm)以及叶面积指数与α系数均呈现出一定的正相关关系。(3)在季节变化过程中,P-T模型常规系数α=1.26确定的蒸散量(ET1.26)估算值以及根据逐日温度和2 m高度处风速资料计算的P-T模型系数α=0.50确定的蒸散量(ET0.so)估算值均显著大于实测蒸散发。改进的P-T模型系数的本地化推荐适宜值为0.23,并且通过修正后的P-T模型估算ET与实测值之间存在较好的一致性。因此,本研究修正的P-T模型显著提高干旱半干旱区植被蒸散发估算精度,这不仅为区域植被水文过程模型提供支持,而且为该地区生态系统的科学管理提供可靠的科学依据。
【图文】：

监测地点位于中国宁夏回族自治区盐池县沙泉湾。监测地为毛素沙地生态系逡逑统国家定位观测研宄站周围的典型油蒿灌木生态系统地（３７°邋４２＇邋３１＂邋Ｎ，１０７°逡逑１３＇邋３７＂邋Ｅ，海拔１５３０ｍ，图２－１），属于黄土高原向鄂尔多斯高原、半干旱区向逡逑干旱区的重要过渡地带。研究区所处地理位置在宁夏回族自治区盐池县。研宄选逡逑址位于宁夏省盐池县的毛乌素沙地生态系统国家定位观测研宄站。逡逑＿邋高：１９４８逦／逡逑低：１２５２逦｜逦１逦Ｌ＿＾、＿逡逑图２－１研宄区地理位置图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｓｉｔｅ逡逑２．２气候特征逡逑该研宄区位于地势较平坦的乌毛素沙地南缘，属于典型中温带大陆性季风气逡逑候。年平均气温为８．１°Ｃ邋（１９５４－２００４年），最氋气温出现在７月（２９．３°Ｃ），最逡逑７逡逑

，？；１４６？２３５邋ｄ左右；叶变色期从２３６邋ｄ左右开始。在２０１６年，展叶期约在１０５？１４９邋ｄ左逡逑右；完全展叶期是在１５０？２３４邋ｄ左右；叶变色期从２３５邋ｄ左右开始。逡逑３．２．４能量平衡闭合逡逑能量平衡闭合现象是生态系统的净福射、土壤热通量和冠层热储量等的和同逡逑使用涡度相关仪器直接观测的潜热通量和显热通量的和两者之间的平衡。根据根逡逑据热力学第一定律，生态系统能量平衡方程为：逡逑ＬＥ＋Ｈ＝Ｒｎ－Ｇ－Ｓ逦（３－１）逡逑式中，ＬＥ是指潜热通量（Ｗｍ－２），Ｈ是指显热通量（Ｗｍ＿２）。Ｒｎ是指地表逡逑净福射通量（Ｗ邋ｎｒ２），若地表吸收能量时，Ｒｎ数值为正；若地表释放能量时，逡逑Ｒｎ数值为负。Ｇ是指土壤热通量，，它表示下垫面土壤内部的热交换（Ｗｍ－２）。Ｓ逡逑表示生物所存储的热通量（Ｗｎｖ２）。Ｑ是指剩余其它能量的总和。逡逑在一些矮小的灌木生态系统中，能量平衡方程中通常会把Ｓ和Ｑ忽略，简化后逡逑的方程为（Ｊｉａｅ／ａ／．，２０１４）：逡逑ＬＥ＋Ｈ＝Ｒｎ－Ｇ逦（３－２）逡逑８００逦＂７１逦￣７逡逑
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S718.5

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本文编号：2608529