基于波文比系统的巨菌草蒸散发过程及影响因素

基于波文比系统研究了巨菌草生育盛期的蒸散发(ET)动态及影响因素.结果表明,波文比趋于-1时的不同异常值判定范围显著影响潜热和显热通量,使用预测均值匹配和随机森林两种方法对异常值进行插补均可得到有效的完整序列.净辐射、潜热通量、显热通量和土壤热通量的平均值分别为111.35、81.55、32.28和-2.72 W·m^(-2).ET日均值为-0.12~5.31 mm,平均值为2.88 mm.ET小时动态均为单峰变化过程,晴天和阴天条件下的峰值分别为0.6和0.3 mm.利用逐步回归方法得到的巨菌草ET气象影响因素可以解释95%的变化.巨菌草生育盛期的作物系数为1.67,解释率为87%.

涡动相关法与波文比-能量平衡法测算森林蒸散的比较研究——以长白山阔叶红松林为例

分别采用涡动相关法与波文比-能量平衡法(BREB法)测算了长白山阔叶红松林2002年9、10月的森林蒸散量。结果表明,9月,涡动相关法与BREB法测算的森林蒸散量分别为83.1和87.9 mm,后者相对于前者的误差不到6%,且两者日蒸散量有较好的相关性(0.78),表明涡动相关法与BREB法在森林蒸散研究中有很好的一致性。10月,随着秋季落叶,林内水汽压梯度减小。涡动相关法测算的森林蒸散量为42.5 mm,BREB法测算的结果为49.1 mm,后者相对于前者的误差达到了16%,两者日蒸散量相关系数为0.53。在水汽压梯度较小时,BREB法会产生较大误差。9月中上旬,森林主要热量消耗是用于蒸散,约占辐射平衡量的71%;落叶后,森林主要热量消耗变为森林-大气间的感热交换,蒸散耗热只占辐射平衡量的40%。

波文比仪与蒸渗仪测定作物蒸发蒸腾量对比

为了更准确地估算作物蒸发蒸腾量,该文结合波文比仪和大型称重式蒸渗仪,对波文比-能量平衡法估算的冬小麦蒸发蒸腾量(ETb)和蒸渗仪实测的冬小麦蒸发蒸腾量(ETl)进行了分析研究。结果表明,波文比计算值(ETb)和蒸渗仪实测值(ETl)的变化趋势基本一致,相关性比较好。波文比计算值(ETb)和蒸渗仪实测值(ETl)的日变化曲线都呈单峰型,早晚小,中午大,夜间多为负值,波文比计算值的日变化比较稳定,蒸渗仪实测值的日变化比较敏感。风速较大时,蒸渗仪实测值日变化随风速的增大而减小的趋势比较明显,波文比计算值日变化受大的风速影响较小;风速较小时,波文比计算值和蒸渗仪实测值的日变化与风速呈很弱的负相关关系。波文比计算值日变化和太阳净辐射日变化的关系比较密切,蒸渗仪实测值日变化和太阳净辐射日变化的关系不是很明显。波文比计算值更能稳定地反映出冬小麦蒸发蒸腾量的日变化规律。

生态系统地表通量测量——多通道波文比观测仪介绍

地表通量是影响生态系统的非常重要的因子,然而,地表通量测量项目多,时间长,测量误差大是一个难以克服的问题。针对上述问题,介绍一种新近研制的测量地表通量的仪器———多通道波文比观测仪。该观测仪能够实现地表通量要素的同步多通道观测,减少测量过程由于人为因素造成的误差,而且可以应用于电源供应困难的偏僻地区。同时,还对多通道波文比仪的温度传感器测量结果进行分析,得出温度传感器电阻值和环境温度之间的线形多项式关系。

涡动相关法测量波文比的一个校准问题

涡动相关法是目前国内外研究碳循环的一种最可靠的微气象学方法;而波文比是反映生态系统能量状况的重要参量.应用涡动相关法实际测量波文比时,由于自然或人为原因,不同时间安装的传感器存在着测量偏差.如何确保测量数据的准确性关系到整个涡动相关-波文比系统的精度.本文基于内蒙古太仆寺旗实验站的实际情况,提出了一种通过回归关系用新传感器校准旧传感器的方法.结果表明,该方法能够有效地校准旧传感器所测数值.此外,本文还对校准过程中产生的统计检验、回归分析、仪器校准年限等问题作了进一步讨论.

绿洲荒漠交界处波文比能量平衡法适用性的气候学分析

对广泛使用的计算蒸散和显热通量的气候学方法———波文比能量平衡法在绿洲荒漠交界处的适用性从气候学角度进行分析。结果表明 ,波文化一能量平衡法在干旱区绿洲的平衡层内是适用的 ,在平衡层外及荒漠上空却失效。因而 ,应用波文比能量平衡法估算绿洲上的蒸发与显热时 ,测点的位置是至关重要的。

基于波文比-能量平衡法的滴灌控制器设计与研究

设计新型智能滴灌控制器利用波文比-能量平衡法计算出作物蒸散量,将传统的凭经验灌溉模式转变为精准滴灌控制策略;系统对灌溉量决策模型、控制系统硬件搭建和软件设计进行了研究;同时研究温室各个环境因子对蒸散量的变化的影响,通过环境的变化来定性判断滴灌量的大小,对实际生产起到指导作用;蒸散量对比试验证明,利用这种方法实现精确灌溉,不但操作简单,而且装置成本低廉,适合推广使用,具有实用价值。

波文比在石榴经济林地水热平衡研究中的应用

林地水分蒸散发生在土壤——植物——大气系统中，在四水（大气降雨、地表水、地下水、土壤水）相互转化中具有重要地位。利用波文比自动观测系统分析计算林地水分蒸散对弄清干旱、半干旱山区水量平衡与水循环的基本特征及合理开发利用当地的雨水资源具有一定的实际意义。太行山的主要特点是干旱贫瘠。因此，如何在林地水分研究的基础上找出太行山适宜的树种、合理的林分结构，是解决当前生态工程建设中稳定性与可持续性问题的关键。

绿洲荒漠过渡带风况对波文比和蒸散发的影响

波文比-能量平衡法是目前蒸散发研究常用的方法之一。在利用波文比-能量平衡法对荒漠地区,尤其对绿洲荒漠过渡带的蒸散发进行研究时,发现有波文比波动大、蒸散发结果准确性不高等问题。如何提高波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带的准确性成为荒漠干旱区精确研究水分收支急需解决的问题。在以前的研究基础上,发现绿洲荒漠过渡带的不同风况对波文比有不同影响,这可能是造成波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带精度不高的主要原因。为了证明这个假设,于2010—2012年在西北民勤绿洲荒漠过渡带进行了野外连续观测,观测了不同风况条件下波文比、不同高度的温度差、湿度差以及蒸散发的变化规律,分析了它们的特征及其影响因素。结果表明,研究区观测期内波文比值在-17.3—16.2范围内变化,波动较大,呈"U"型变化,生长季中期波文比值低于初期和末期;在无风天气,绿洲荒漠过渡带温度、湿度梯度不受水平气流的影响,波文比波动小,异常值少,波文比方法测算出的蒸散量较为准确,能够代表实际蒸散量,所测得民勤绿洲荒漠过渡带波文比日均值为0.07,日蒸散量为1.6mm/d;在绿洲风和荒漠风天气,绿洲荒漠过渡带空气温度、湿度结构发生明显改变,波文比波动大,不同风况使得大气处于逆温或逆湿的状态,波文比-能量平衡法所测得的蒸散量负值增多,适用性降低。因而在应用波文比-能量平衡法估算绿洲荒漠过渡带的蒸散发时应该选择合适的天气和观测点,避开风况对观测结果的影响。

基于波文比和降水的综合干旱指数的构建及应用

针对地表植被覆盖差异对遥感监测区域干旱精度的影响问题,通过GLDAS获取1978-2017年吉林省44个区县的降水、潜热通量和显热通量数据,以此构建了标准化波文比指数(SBI),在此基础上结合标准化降水指数(SPI),通过Copula函数构建出反映土壤水分和降水的综合干旱指数(MSBP),并用其分析吉林省的干旱时空特征,通过比较SBI、SPI和MSBP在历史干旱严重年份上的表现,以及分析3种指数与粮食产量之间的相关性,以此评估不同干旱监测指数的应用效果。结果表明:①MSBP在描述干旱特征和干旱对粮食产量影响上更加全面和准确。②MSBP能较为准确地刻画出干旱过程的持续时间以及不同时间下的干旱强度。③在历史干旱严重的年份上,MSBP所刻画的干旱特征和实际发生的干旱过程较为一致。④MSBP能较好地反映出干旱对粮食产量所引起的波动变化。以上研究结果为区域干旱监测提供参考。

基于波文比-能量平衡法的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量估算

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量,在测定气象数据的基础上,以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量(ET)为参考,分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律,分别采用单作物系数法(Kc)、双作物系数法(Kcb)估算半干旱半湿润地区葡萄ET。结果表明:全生育期内波文比-能量平衡法与水量平衡法之间的均方根误差(RMSE)与纳什系数(NSE)分别为0.54与0.64,决定系数为0.82,说明波文比-能量平衡法可以较好地应用于半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算,双作物系数法比单作物系数法估算结果更为精确,计算出的双作物系数0.85、1.07、0.71可以作为本地区值。

波文比能量平衡法的应用及其误差分析

下垫面蒸发散的测定,始终是森林气象学家和微气象学家难于解决的问题。尽管现在已经有了多种估算模式和测定方法,但大多数方法都不能很好地解决精度和实用性这一矛盾。在现有的种种测算方法中,波文比能量平衡法(BREB)是一种精度高、实用性较强的方法。

科尔沁沙地沙丘生态系统水热通量特征及影响驱动因子

以科尔沁沙地的典型沙丘区为研究对象,利用涡动相关系统(EC)持续监测沙丘生态系统2013~2022年的表面能量通量数据,采用普通最小二乘线性回归法(OLS)和表面能量平衡比率(EBR)两个指标评估能量平衡闭合度,对沙丘生态系统生长季(4~10月)能量通量的日变化、季节变化以及年际变化进行分析,并计算波文比(β)和能量平衡比,探讨了影响潜热通量(LE)、感热通量(H)和土壤热通量(G)变化的环境因素.结果表明:多年平均年净辐射(R_(g))为1592.77MJ/m^(2),其中H、LE和G分别为614.60,636.22和117.76MJ/m^(2),科尔沁沙地沙丘生态系统年能量的主要组成部分为潜热通量,占总能量的40%.β日动态曲线呈单峰变化,波动相对较平缓.各年年均表面能量平衡比率(EBR)介于0.75~0.90之间,多年年均EBR为0.87,说明能量平衡闭合度的残差为13%.研究表明饱和水汽压差(VPD)是影响能量通量的主要因素,其次是空气温度(T_a)和土壤温度(T_s),均与能量通量呈显著正相关;而植被对能量通量的影响表现在LE与叶面积指数(LAI)呈正相关,而H相反.

基于FLUXNET站点数据的中纬度森林对地表通量的影响

利用最新FLUXNET数据集,采用森林站和非森林站(开阔地)的对比分析用以表征毁林的作用,探讨中纬度地区毁林对地表通量和波文比的季节和日内影响。结果表明,毁林使得地表通量和波文比降低,其中以感热通量的减少为主。通过对比不同森林类型毁林发现,在日尺度上,地表通量变化在正午达到最强值,混合林地表通量变化相比于常绿针叶林较强,而弱于落叶阔叶林。在季节尺度上,感热通量在常绿针叶林和混合林中减少,潜热通量则在常绿针叶林和落叶阔叶林中减少。通过对不同气候区下地表通量变化发现,毁林使得常湿冷温气候地表通量以潜热通量减少为主,而常湿温暖气候以感热通量减少为主。夏干温暖气候下冬季感热通量减少,潜热通量增加,夏季则感热通量增加,潜热通量减少。整体而言,不同森林类型毁林影响地表通量变化的符号存在差异,而背景气候也决定了地表通量变化是以感热还是潜热通量变化为主。研究揭示了中纬度毁林对地表通量的影响,可以为中纬度地区植被恢复/造林政策的制定和实施提供观测依据,也可以为模式检验提供一定参考价值。

华北平原秸秆覆盖下农田水热通量动态变化及其对气象因子的响应

揭示秸秆覆盖下农田生态系统水热通量的动态变化,可为农艺覆盖下作物高效用水的定量调控提供理论依据。试验设置秸秆覆盖(S)和不覆盖(N)两种处理,利用波文比能量平衡法和实测数据,对华北平原秸秆覆盖下农田能量通量要素净辐射通量(R_(n))、潜热通量(λET)、显热通量(H)和土壤热通量(G)的动态变化规律及其对气象因子的响应进行研究。结果表明:各生育期R_(n)、λET和H日内变化均呈现明显单峰型规律,无论小麦生长季还是玉米生长季,与N处理相比,秸秆覆盖(S)主要降低了各生育期R_(n)、λET和H的日峰值,但从日均值来看,S处理提高了小麦生长季λET占R_(n)的比例,其总生育期λET占R_(n)的比例(68.8%)比N处理(68.4%)略高;秸秆覆盖(S)降低了玉米生长季λET占R_(n)的比例,其总生育期λET占R_(n)的比例(65.0%)比N处理(65.9%)降低。小麦生长季和玉米生长季对瞬时λET影响最大的气象因子为R_(n),其余因子影响较小。各气象因子通过直接和间接作用共同对瞬时λET产生影响。R_(n)对瞬时λET的影响主要体现在直接作用上,其余因子均主要体现为间接影响。

中国典型陆地生态系统波文比特征及影响因素

波文比(β)是陆面过程中的重要参数,影响着地表和大气间的能量交换,明确β的空间变异规律和影响因素有助于对地表能量平衡和气候间反馈关系的预测。该研究收集了在中国不同生态系统类型开展的用涡度相关法(EC)测量地表能量平衡的公开发表文献,构建了β和气象环境因子数据库,分析了β在生态系统之间的差异、空间变异特征及影响因素。主要结果:(1)所有生态系统β平均值为0.95±0.64,变异系数67%,偏度1.58,峰度3.07,整体服从对数正态分布,β平均值最高为灌木生态系统(1.26),最低为湿地生态系统(0.49)。(2)β在生态系统类型间差异显著:森林和湿地生态系统β无显著差异,灌木生态系统β>草地生态系统β>森林和湿地生态系统β,农田生态系统β介于草地生态系统与森林和湿地生态系统之间。(3)β随着纬度的增加而增加,不随经度和海拔变化。纬度每增加1°,β增加0.038。(4)β随着年降水量(MAP)、年平均气温(MAT)、净辐射(R_(n))、当年降水量(PPT)、当年平均气温(T_(a))和叶面积指数(LAI)的增加而降低。(5)不同生态系统中β对生物和非生物因素的响应存在显著差异:草地、森林和灌木生态系统的β对生物和非生物因素变化较为敏感,而农田和湿地生态系统的β与所有生物和非生物因素均无显著相关关系。(6)MAP和R_(n)是β变化的直接影响因素,LAI通过影响R_(n)间接影响β。结果表明了植被类型与气候因素之间具有交互作用,能量分配最主要的影响因素是降水,叶面积对能量分配的调节作用并不显著。

巨菌草地表能量交换特征及其影响因素

基于波文比—能量平衡法,研究了巨菌草生长过程入射太阳辐射(Rd)、反射太阳辐射(Ru)、净辐射(Rn)、潜热(LH)、显热(SH)、土壤热通量(G)和波文比(β)等的变化动态;通过耦合系数(Ω)评价地表能量通量的影响因素,提出一种地表通量异常值插值方法的判断标准,确定β异常值为-2.00~-0.50.结果表明:采用随机森林插值方法可获得质量良好的通量数据.生育期Rd、Ru、Rn、LH、SH、G、β和Ω的平均值分别为185.99 W·m^(-2)、72.56 W·m^(-2)、111.35 W·m^(-2)、82.94 W·m^(-2)、31.26 W·m^(-2)、-2.72 W·m^(-2)、0.38和0.6,Rd是季节尺度上其他参数变化的主要影响因子,LH和SH同时受到冠层导度(gc)和饱和水汽压差(VPD)等因素的影响.晴天Rn、LH和SH较高,阴天Rn、LH和SH较低.晴天和阴天的β由gc和Rn决定,生育早期具有低gc和高Rn的特征,晴天的β大于阴天;生育盛期具有高gc和低Rn的特征,晴天的β低于阴天.

位山灌区冬小麦农田能量分配的季节变化规律研究

为把握位山灌区冬小麦农田生态系统能量分配的季节变化规律及其控制因素,在冬小麦的主要生长期内开展能量通量观测试验,采用涡度相关系统观测潜热和显热通量,采用微型蒸渗仪观测地表蒸发量,同时辅以净辐射通量和土壤热通量的观测。结果表明:在冬小麦主要生育期内潜热通量占净辐射的比例为83%;波文比在生长期内呈逐渐下降趋势,季节平均波文比为0.19;地表土壤蒸发占总蒸散发的比例在生长期内亦呈逐渐下降趋势,季节平均值为0.17,表明蒸腾是该地区水分耗散的主要形式。波文比与叶面积指数有较好的负相关关系,土壤蒸发占总蒸散发的比例受土壤水分状态控制。生长期内平均冠层导度为0.011 m/s,冠层与大气间的解耦系数平均为0.55。冠层导度和解耦系数均与叶面积指数有较好的正相关关系。

2017-2019年宁夏兰山骄子葡萄园日蒸散发观测数据集

葡萄是重要经济作物,准确掌握葡萄逐日蒸散发变化特征,对研究葡萄各生育期耗水规律尤为重要,是提高农业用水效率和农业节水的关键。但国内葡萄蒸散发日数据相对匮乏。本数据集基于波文比能量平衡法与高频温度法,在宁夏银川市郊的兰山骄子葡萄园开展定位观测实验,获得同一观测点的两套日蒸散发数据,覆盖2017–2019年。本数据集在研制过程中剔除了波文比异常值影响,对逐日蒸散发数据进行了质量评估,可望为研究葡萄园等高异质地表的蒸散发提供精准数据支持,为区域农业水资源管理与高效利用提供依据。

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。