基于能量平衡的华北平原农田蒸散估算的研究.pdfVIP

2泐鼻全国生态与农生气象业务发展与技术交建套文集 基于能量平衡的华北平原农田蒸散估算研究 王纯枝1 宇振荣2毛留喜1 (1．国家气象中心，北京 100081；2．中国农业大学资源与环境学院，北京100094) 摘要：测定了冬小麦主要生育期农田冠层能量平衡各分量变化，少风晴天时冠层温度争气温日变 化及每周叶面积指数，分析了农田冠层能量平衡变化规律，各分量季节变化特征，并以波文比系统 田蒸散进行了估算和验证．结果表明：考虑夜间能量平衡各分量变化时，土壤热通量只占净辐射的 温度后估算的蒸散量较波文比系统实测值稍偏大，但忽略土壤热通量和考虑土壤热通量相比，二者 相对平均偏差分别为16％和10％左右，差别不大．说明拔节一灌浆期(LAI3)估算蒸散时可近似 忽略土壤热通量和夜间农田蒸散量，利用Monteith-Jackson公式估算区域蒸散可行，该方法适用于 华北平原农田蒸散计算，这为将Monteith-Jackson公式引入作物模型，基于热红外遥感冠层表面温 度计算区域蒸散和水分胁迫系数进行区域估产提供了地面试验依据． 关键词：冬小麦；冠层温度；Monteith-Jackson公式；蒸散 前言 植被的蒸散与冠层温度密切相关。而冠层温度在区域尺度上可通过热红外遥感获取，具有方便 的区域扩展能力和应用优势，遥感信息中冠层温度也是作物遥感估产的重要因子，并很早被认为是 指示可利用的土壤水分和作物水分状况的指标“棚。将遥感信息与作物生长模型结合来预测作物产 量，是目前的一个热点研究课题，尤其基于能量平衡原理，利用遥感冠层温度估算区域农田蒸散和 作物缺水指标，进而与作物模型耦合进行区域估产已受到国内外关注㈣1。要实现这一研究目标，就 需要思考以下科学问题：土壤热通量和夜间农田蒸散量是否可以忽略?考虑夜间能量平衡各分量时， 土壤热通量占净辐射的比例如何?基于冠层温度估算农田蒸散的可行性如何? 可提供更灵敏的手段测定生物圈和大气圈之间的物质交换速率，尤其涡度相关技术基于完善的理论 基础，直接测定地表和大气之间的水、热和C02通量，被认为是测定蒸散量的标准观测方法，在国外 已被广泛应用于生态领域物质和能量传输及交换的研究，在我国由于仪器价格昂贵只有少数高校和 科研单位应用于科研，且应用该技术进行研究并已发表的文献不多…’。而用波文比能量平衡方法测 定农田热量平衡是当前通用的方法之一，与其它方法相比具价格便宜和简便易行等优点，测定结果 可代表较大范围内农田的热量平衡特征，不受田间小尺度空间变异性的影响；并能反映能量平衡各 分量变化规律及各分量间的比例关系，便于进一步揭示变化的内在机制u2’懵1。本文以华北平原典型 农业区河北曲周县地面试验为基础，针对上述问题，根据波文比能量平衡自动采集系统的观测结果， 以冬小麦为例，分析农田能量平衡变化规律和各分量季节变化特征，并基于遥感冠层温度和能量平 衡原理估算农田蒸散，和波文比系统实测值进行比较分析，为区域上基于遥感冠层温度计算蒸散和 375 黝百年全国生态与农业气象业务发展与技术交傀会文集 水分胁迫系数进而与作物模型结合估产提供地面试验依据。 1材料与方法 1．1试验设计 试验于冬小麦主要生育期(2004年4月～5月底)在中国农业大学曲周实验站1公倾试验田内 进行。采用波文比能量平衡测定装置对冬小麦拔节一灌浆期农田生态系统能量平衡各分量进行观测， 并选择无风或少风典型晴天同步观测冠层温度和气温日变化，同时，每隔1周测定一次叶面积指数 等农学参数。冠层温度观测采用ER-2008SA型手持式红外测温仪，探棒与作物冠层表面成30。角， 以避免土壤在观测视角内出现，感应头距离冠层表面30厘米左右，每个观测点从东、西、南、北四 个方向观测并取平均值，为消除同一样方内不同位置测定时间差异，进行了循环观测，观测日期为 温度测定同步，记录空气温度、湿度、风速、气压等数据。 试验田临近农田作物均为冬小麦，具有足够的风浪区。干球和湿球温度、风速、辐射及土壤热 通量均采用可交换式波文比系统测定。测定项目包括净辐射通量、土壤热通量、2m高度处和冠层顶 以上0．5m处的干湿球温度、水汽压和2m高度风速等。农田冠层上方的净辐射通量由净辐射表测定， 并将2个CN-3型土壤热通量板分别置于作物行内、行间5cm土层位置，求取平均值作为农田土壤热 Scient