旱作春小麦蒸散量测算方法的比较

采用波文比—能量平衡法和蒸渗计对农田蒸散量进行了为期3a的对比观测试验。结果表明，在半干旱雨养农业区，两者测算的农田蒸散量平均偏差为20％，波文比—能量平衡法计算值大于蒸渗计实测值，基本满足精度要求；无感热平流时两种方法所得蒸散量相关性较有感热平流时的好；在平流逆温状态下采用波文比—能量平衡法的计算误差大于非平流状态下的计算误差；由于蒸渗计隔断了与周围农田的水热交换，导致了蒸渗计测量的蒸散量较采用波文比—能量平衡法的计算值偏低，其偏差大小需要进一步试验确定。     

科尔沁沙地农田玉米耗水规律研究

首先采用波文比-能量平衡法分析了科尔沁沙地农田玉米(Zeamays L.)不同发育阶段晴天的能量分配特征,在此基础上估算了玉米的蒸散量,并对估算结果和蒸渗仪测定结果进行比较,最后运用作物蒸散量和参考作物蒸散量计算了玉米的作物系数。结果表明:①在玉米的整个生长过程中,能量交换以水分蒸散耗热为主;②根据试验年份的降雨分布情况,该地区的自然降水不能满足玉米对水分需求,玉米各生育阶段水分亏缺比较严重;③科尔沁地区玉米4个生长阶段(苗期、营养期、生殖期、成熟期)的作物系数分别为0.52、0.90、1.13和0.64;④波文比能量平衡法可以较准确的估算玉米农田晴天时的蒸散量。     

夏秋季绿洲荒漠过渡带芨芨草地蒸散及能量平衡特征研究

以实测气象资料为基础,运用波文比能量平衡法计算绿洲-荒漠过渡带芨芨草的蒸散量,并分析了其蒸散日变化规律及地表能量平衡特征。结果表明:①不同天气条件下的蒸散日变化曲线特征差异显著。晴天因辐射强、蒸散量大,蒸散曲线显示为“高耸”型;由于受云量和降水的影响,阴天曲线呈“平缓”型;雨天曲线则表现为“偏态”型,而平均蒸散曲线变化与晴天较为相似。②随着气候由夏季向秋季转变,早晨蒸散发生和夜间蒸散结束的时间点分别表现出1.73 min·d-1的滞后性和2.02 min·d-1的前移性;同时,蒸散峰值以0.0036 mm·d-1的速度递减。与一些相对叶宽的植被覆盖地相比,芨芨草地蒸散量日际波动幅度较小。③净辐射通量(Rn)、 潜热通量(LE)、感热通量 (H)及 土壤热通量(G)的平均值都表现出较为一致的日循环变化趋势。G/Rn、H/Rn、LE/Rn曲线白天平滑,夜间波动,日出和日落前后波动最为剧烈。潜热占净辐射的58.8%,远大于沙漠、戈壁,而低于绿洲。④晴天波文比（β）日内变化曲线呈明显的下降趋势,平均变化率接近-2%,但日间变化曲线略呈上升趋势,变化率为4.8‰。前者反映了晴天的潜热活动在日内随时间变化而愈来愈强,后者则表明感热活动在夏秋季中随日期的推移而逐渐增强。     

极端干旱区柽柳林地蒸散量及能量平衡分析

运用波文比-能量平衡法对极端干旱区柽柳林地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定和估算,并对柽柳林地蒸散特点和能量平衡进行了分析和探讨。结果表明:柽柳林地的日平均蒸散量为1.6 mm/d,整个生长季的蒸散量为248.2 mm,蒸散量的季节变化系数为47%±3%。柽柳林地蒸散量的季节变化与土壤水分条件密切相关。柽柳林地蒸散量受气象因子和下垫面条件的影响和制约。在极端干旱区,感热通量消耗了绝大多数的能量,潜热通量在整个生长季只占很小的一部分,夜间,土壤储存的能量是大气能量的主要来源,而白天土壤是能量的主要汇源。     

疏勒河上游高寒草甸蒸散对比研究

利用疏勒河上游草地综合观测点2011年草甸主要生长季节的观测资料,应用小型蒸渗仪法(ML)、涡动相关法(EC)、波文比能量平衡法(BREB)对高寒草甸的蒸散量进行估算和比较分析。结果发现:在观测期间涡度相关法与能量平衡法所测定结果存在能量不闭合现象,能量平衡闭合度0.84;波文比法估算的蒸散量为270.6 mm,比蒸渗仪法测定结果(238.9 mm)高13%,比涡度相关法结果(236.1 mm)高出15%。3种方法估算结果均有较好相关性。涡度相关法可能低估蒸散量,波文比能量平衡法对蒸散量有所高估。考虑到蒸散估算精度和连续性观测等方面,涡度相关法更具优势。     

天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

河西绿洲区春小麦蒸腾蒸散的变化研究

在甘肃张掖绿洲区利用浮力称重式蒸散仪对春小麦蒸散量进行了测定,对蒸散量的日变化和季节变化特征进行了论述。研究结果表明:小麦田的日蒸散量在白天12:00~16:00达到最大,夜间20:00~08:00最小甚至呈负值。灌溉前后蒸腾强度出现峰值的时间有所变化。但灌溉以后,蒸腾与蒸散量均呈增大趋势。日蒸散量随着净辐射的增加而加大。在小麦不同的生育阶段,蒸散量有所不同,小麦拔节以前较小,拔节以后开始增大,灌浆期达到最大,接近成熟时逐渐降低。     

利用大型蒸渗仪分析潜水蒸发对农田蒸散量的影响

新型称重式大型蒸渗仪为我国首创，国际先进，能够直接测定蒸散量和潜水蒸发量。本文利用此蒸渗仪和相关配套仪器测定的资料，在初步分析蒸渗仪对周围农田水，热及蒸散规律代表性的基础上，估算了潜水农田蒸散的贡献份额，并建立了一定水位变幅内潜水蒸发与蒸散量的比值和地下水位的经验关系式。     

灌溉在现代绿洲维持与发展中的重要作用

灌溉是荒漠绿洲农业发展的根本,没有灌溉就没有干旱区农业。本文运用美国NCAR的非静力平衡中尺度模式MM5V3,模拟了1991年8月1日到11日张掖绿洲地表感热、潜热通量和波文比,模拟结果表明此模式可以较好地反映张掖绿洲地表能量及水汽交换状况。同时模拟了当水源被截断后,地表感热、潜热通量及波文比随时间的变化:潜热迅速下降,感热迅速上升,波文比绝对值也迅速增大。如不及时补充水,绿洲将最终退化为沙漠。模拟结果证明了:①在我国西北干旱区有水才有绿洲,无水便成沙漠,水是绿洲的生命线,灌溉是现代绿洲维持与发展的基础;②绿洲一旦因缺水而退化为沙漠,就很难恢复。     

石河子垦区沙漠和绿洲下垫面生态条件下能量交换特征

 在古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的滴灌棉田为绿洲下垫面的生态条件下,分析研究了能量输送的不同模式和日变化进程。在沙漠生态条件下, 大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;与沙漠相比,在滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为: 农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,另一个与沙漠不同的特征是绿洲存在地表能量平衡差额。     

Variation of fluxes of water vapor, sensible heat and carbon dioxide above winter wheat and maize canopies

Surface energy fluxes were measured using Bowen-Ratio Energy Balance technique (BREB) and eddy correlation system at Luancheng of Hebei Province, on the North China Plain from 1999 to 2001. Average diurnal variation of surface energy fluxes and CO2 flux for maize showed the inverse "U" type. The average peak fluxes did not appear at noon, but after noon. The average peak CO2 flux was about 1.65 mg m-2 s-1. Crop water use efficiency (WUE) increased quickly in the morning, stabilized after 10:00 and decreased quickly after 15:00 with no evident peak value. The ratio of latent heat flux (λE) to net solar radiation (Rn) was always higher than 70% during winter wheat and maize seasons. The seasonal average ratio of sensible heat flux (H) divided by Rn stayed at about 15% above the field surface; the seasonal average ratio of conductive heat flux (G) divided by Rn varied between 5% and 13%, and the average G/Rn from the wheat canopy was evidently higher than that from the maize canopy. The evaporative fraction (EF) is correlated to the Bowen ratio in a reverse function. EF for winter wheat increased quickly during that revival stage, after the stage, it gradually stabilized to 1.0, and fluctuated around 1.0. EF for maize also fluctuated around 1.0 before the later grain filling stage, and decreased after that stage.     

古尔班通古特沙漠与石河子绿洲膜下滴灌棉田能量输送特征的研究

不同生态环境下垫面条件下的能量输送特征有着很大差异,是陆地-大气间相互作用过程研究的重要组成部分。为了探寻近地面层湍流运动规律,定量分析沙漠和绿洲膜下滴灌棉田下垫面物质与能量输送,利用常规气象梯度法观测的数据,根据Monin-Obukhov相似性理论,运用空气动力学方法和能量平衡法,对古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的石河子绿洲膜下滴灌棉田的能量输送模式及其日变化进程进行了分析研究。结果表明:在沙漠生态条件下,大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;在膜下滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为:农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,同时存在一定的地表能量平衡差额。这些结论为合理配置自然资源、分析和评估绿洲生产潜力提供科学依据。     

塔克拉玛干沙漠近地层湍流热通量计算方法比较研究

利用2007年8月3日至10月31日在塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站取得的大气边界层观测资料,比较了涡动相关法、波文比法和空气动力学法计算得到的湍流热通量,分析了塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量的日变化特征。结果表明：波文比法、空气动力学和涡动相关法计算得到的塔克拉玛干沙漠腹地湍流热通量日变化特征是一致的,整个观测期间,空气动力学方法和波文比法计算得出的湍流通量大于涡动相关法。它们的顺序分别为,波文比法计算得出的湍流热通量最大,空气动力学方法次之,涡动相关法最小;塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量基本上以12:00时为中心,呈对称分布。净辐射、土壤热通量、感热通量具有非常明显的日变化特征。净辐射日最高值324 W·m-2出现在当地时间11:30,最小值-85 W·m-2出现在当地时间18:30;土壤热通量在12:00左右达到日最高值143 W·m-2,而20:00时出现最小值-69 W·m-2;感热通量在13:30时左右达到最高值178 W·m-2,19:00时左右出现最小值-7 W·m-2;相对于上述3个能量平衡分量,潜热通量的日变化特征不太明显。每日12:30左右出现潜热通量的最大值43 W·m-2,06:00时出现日最低值－1 W·m-2。     

内蒙古奈曼麦田生长期的微气象变化

采用波文比热量平衡法分析了内蒙古奈曼麦田生长不同阶段的微气象变化。结果表明：（１）麦田反射率随小麦生长趋于旺盛而减小；（２）随着小麦的生长，净辐射及其与太阳总辐射的比值增大；（３）白天净辐射主要用于潜热交换；夜里净辐射主要由潜热交换与土壤热交换补给；（４）波文比白天小，早晨和夜里大。     

极端干旱条件下柽柳种群蒸散量的日变化研究

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳种群蒸散进行测定。结果表明,在晴朗无云的条件下,蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨630以后出现,上午蒸散率上升过程缓慢,到中午达到峰值,随后蒸散速率迅速下降,到1600蒸散速率降到最小,夜间无蒸散,常出现负值,呈大气凝结过程。净辐射对蒸散起决定作用,蒸散速率的变化趋势与净辐射变化基本一致,其日变化具有相同的峰型。柽柳种群蒸散量随风速的增加而增加。土壤温度对柽柳种群蒸散速率的影响不大,但土壤温度的增加值的变化与蒸散速率的变化基本一致。土壤含水量的变化对蒸散速率产生影响,土壤含水量降低,蒸散速率减弱,土壤含水量增加,蒸散速率加快。相关分析表明,环境因子对蒸散速率影响的贡献依次为土壤温度的升高值 > 净辐射 > 风速 > 土壤含水量 > 空气温湿度。     

灌溉方式对现代绿洲影响的数值模拟

灌溉是农业发展的根本,没有灌溉就没有荒漠区农业。利用美国NCAR中尺度模式MM5V3模拟了喷灌与不同水量地灌以及没有灌溉对绿洲土壤湿度、地下径流以及感热、潜热通量的不同影响。结果表明:①地灌后地表蒸发与植被层的蒸腾更旺盛,散失的水分更多;而喷灌可以抑制地表蒸发与植被层的蒸腾,对土壤水的保持更有利。②喷灌试验要在土壤湿度达饱和以后才会形成地下径流量,而地灌试验则是土壤湿度与地下径流量同时增长。总之,喷灌方式是一种高效节水的灌溉方式,它比其它灌溉方法更有利于绿洲农业生态系统的温度整体降低,不论土壤湿度还是大气湿度都会相应增大,抑制地表土壤水分的蒸发,有利于绿洲农业维持。     

Variation of fluxes of water vapor, sensible heat and carbon dioxide above winter wheat and maize canopies

Surface energy fluxes were measured using Bowen-Ratio Energy Balance technique (BREB) and eddy correlation system at Luancheng of Hebei Province, on the North China Plain from 1999 to 2001. Average diurnal variation of surface energy fluxes and CO₂ flux for maize showed the inverse “U” type. The average peak fluxes did not appear at noon, but after noon. The average peak CO₂ flux was about 1.65 mg m^-2 s^-1. Crop water use efficiency (WUE) increased quickly in the morning, stabilized after 10:00 and decreased quickly after 15:00 with no evident peak value. The ratio of latent heat flux (λE) to net solar radiation (R_n) was always higher than 70% during winter wheat and maize seasons. The seasonal average ratio of sensible heat flux (H) divided byR _n stayed at about 15% above the field surface; the seasonal average ratio of conductive heat flux (G) divided by R_n varied between 5% and 13%, and the averageG/R> _n from the wheat canopy was evidently higher than that from the maize canopy. The evaporative fraction (EF) is correlated to the Bowen ratio in a reverse function.EF for winter wheat increased quickly during that revival stage, after the stage, it gradually stabilized to 1.0, and fluctuated around 1.0. EF for maize also fluctuated around 1.0 before the later grain filling stage, and decreased after that stage.