论文部分内容阅读
蒸散发(Evapotranspiration,ET),包括土壤蒸发(Evaporation,E)和植被蒸腾(Transpiration,T),是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程,也是气象和水文研究中最重要的分量之一。胡杨是具有较高的生态、经济和社会效益的树种,也是我国西北极端干旱区荒漠河岸林的主要建群种。荒漠河岸胡杨林的蒸散发研究,对于掌握胡杨林的蒸腾耗水特性及其有效保护具有重要意义。以往关于黑河下游荒漠河岸胡杨林蒸散发的研究,大多局限于单木尺度的试验观测及其向林分尺度的扩展,且蒸散发的测定往往受到时空因素的限制,而基于实测气象、水文等参数,通过数学模拟可以很好地解决这一问题,近年来得到广泛关注。 本文基于黑河下游额济纳绿洲七道桥胡杨林生态-水文长期固定观测场的实测数据,运用涡度相关技术对胡杨林实际蒸散发进行了观测,分析了各环境因子的变化规律、实际蒸散发的日、各物候期的变化规律及其与环境因子的关系,通过模型对蒸散发进行了模拟,并将实测数据与各模型模拟结果进行了比较,对比分析了各模型的模拟精度,并分析了模拟精度较高的模型的参数敏感性与最优双源模型中蒸散发的区分及其在生态系统水分利用效率(WUE)估算中的应用。得到的主要结论如下: (1)胡杨林蒸散发日变化大致呈先升高后降低的趋势,峰值出现时间为中午12:00左右。有些天内蒸散速率在下午17:00前后还会出现一个峰值,这是由于在这些天12:00-17:00时间段内气温过高致使胡杨叶片气孔关闭。总体而言,蒸散速率的峰值出现时间及变化趋势主要受环境因子的控制,因而蒸散速率在各天内的变化趋势也略有不同; (2)胡杨生长季内蒸散发整体上呈先升高后降低的趋势,2014和2015年生长季蒸散发总量分别为612和658 mm。果期(5月13日至7月27日)和种子散播期(7月28日至9月30日)累积蒸散发为生长季内蒸散发总量的主体部分,果期内平均蒸散发普遍高于其他生长阶段。展叶期(5月4日至5月12日)和叶变色期(10月1日至10月8日)内平均蒸散发最低,原因在于展叶期胡杨叶片尚未完全成形,而叶变色期叶片活性逐渐降低; (3)在2014和2015年胡杨生长季内,通过对各模拟精度评估指标的综合对比分析,结果表明:改进的双源(SSW)模型和单层Priestley-Taylor(PT)模型的模拟效果最好。单源Penman-Monteith(PM)模型严重高估了蒸散发值,而结构相对复杂的多源clumping(C)和双源Shuttleworth-Wallace(SW)模型其模拟精度并不一定高于结构简单的模型,原因在于结构复杂的模型包含参数较多,各参数的准确量化较为困难,而各参数的不确定性往往又导致模拟结果的差异; (4)在2014和2015年胡杨生长季内,胡杨林植被蒸腾量占SSW模型模拟蒸散发总量的百分比(T/ET)与叶面积指数(LAI变化趋势基本一致,均呈先升高后降低的趋势。随着LAI的增大,由于空气动力学阻力(rsa)和地表净辐射能量(Rns)对LAI呈非线性响应,所以LAI对土壤蒸发量占蒸散发总量的百分比(E/ET)的影响主要源于其对冠层气孔阻力的影响。而且,胡杨植物体内水分通过叶片上的气孔散失到大气中,因而随着LAI的增大,植被蒸腾量所占比重逐渐增大; (5) WUE日变化总体呈“单峰型”曲线,峰值多出现于下午或者傍晚,且出现时间各有不同。WUE在整个生长季内呈先降低后升高的趋势,最高值出现在5月份,而后不断降低,7月份达到最低值。8月份开始至生长季结束,WUE逐渐升高。土壤含水量和气温是影响WUE季节变化的主要因子。