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。

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。

用微气象方法估算淮河流域能量平衡（HUBEX／IOPl998／99）的统计分析和比较研究

利用1998和1999年HUBEX强化观测期在安徽寿县用微气象方法(波文比-能量平衡法和涡度相关法)观测的资料，分析了该地区的能量平衡特征，同时与其他地区的结果进行了初步比较，结果表明：(1)用涡度相关方法测定的感热和潜热之和(H+E)ec与下垫面有效能量(Rn-G)的一致性比较好，但用波文比方法估算的潜热通量Ebr比用涡度相关法测定的潜热通量Eec略高(约10％)。(2)大部分净辐射能用于了地表蒸发，1998和1999年，净辐射通旦的平均日总量分别是13．89MJm^-2d-1和11．83MJ m^-2 d^-1；两年的平均波文比分别是0．14(杂草)和0．06(稻田)。(3)波文比在日出和日落时数值大且不稳定，白天比较小且比较稳定，另外，1999年在稻田上观测到明显的局地平流现象。(4)通过与我国其他地区的观测资料比较，淮河流域稻田的波文比最小(0．06)，在内蒙古草原观测的波文比值最大(0．57)。波文比值的大小主要与土壤水分有关。

山西太岳山地区辽东栎林夏季热量平衡的研究

采用波文比能量平衡法对暖温带具有代表性的群落辽东栎纯林夏季热量平衡进行研究 ,测定热量平衡各分量。同时用TDM(ThermalDissipationMethod)法通过测定树干液流流量通量 ,得到蒸腾耗热通量 ,进而把蒸腾和蒸发从蒸发散中分开 。

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。

轮作稻麦田水热通量及影响因素分析

轮作稻麦田水热通量及影响因素研究可为田间灌水管理和作物高效用水提供依据。该文利用波文比能量平衡监测系统测定的轮作稻麦田的水热通量数据及通径分析方法,分析了2种不同农田的水热通量变化规律及影响因素。结果表明轮作稻麦田的水热通量呈单峰曲线日变化。能量主要被潜热通量所消耗,全生育期小麦田潜热通量占可供能量的比例为71%,而2016和2017年水稻全生育期潜热通量占可供能量的比例分别为106%和122%,表明水稻冠层吸收了感热通量以进行水分消耗。净辐射对轮作稻麦田潜热通量的影响主要为直接作用,而1.5 m高气温、饱和水汽压差和风速主要通过净辐射路径对潜热通量产生间接影响。水稻田潜热通量受净辐射的直接作用小于小麦田,而受饱和水汽压差的直接作用大于小麦田。水稻田各影响因子对潜热通量影响的间接作用比小麦田更大。

不同下垫面湍流通量计算方法的比较研究

本文利用1990～1994年在中国内蒙古奈曼市半干旱地区沙丘和植被区下垫面观测的微气象数据,采用变分法、波文比能量平衡方法和空气动力学方法计算了7种下垫面(沙丘、草原、四种放牧强度的草地、玉米田)的湍流通量并进行了比较.结果表明:除沙丘和重度放牧草地外,三种方法计算的湍流通量在大多数时刻是比较一致的,相关性较高,能量闭合程度也较好.在用于计算植被相对茂盛下垫面的湍流通量时,变分法得到的结果更好一些.随着放牧强度的增大,地表生物量、覆盖率和植被高度相应减少,潜热和动量通量相应减小,而感热通量增大.草地等植被茂盛的下垫面能够增加垂直方向的动量输送,增加空气动力学粗糙度,减小风速,阻止地表沙粒的运动和沙丘的起伏,对防止沙漠化能起到较大作用.

表层有效土壤水分参数化及冠层下土面蒸发模拟

通过观测田间微气象数据、土壤表层水分变化状况及荞麦作物冠层下土面蒸发等资料,引进一个表面体积含水率的函数,构建了基于表层有效土壤水分的土壤蒸发模型。该模型包含了土面蒸发的2个过程:水蒸气从土壤孔隙中扩散到地表面及水蒸气由地表面传输到大气中。模型中表层有效土壤水分参数不仅取决于表层土壤含水状况,而且受风速影响。采用波文比能量平衡法及微型蒸发器观测荞麦地实际蒸腾蒸发量及冠层下土面蒸发的变化规律,并验证模型精度。结果表明,所构建模型可以成功预测冠层下土面蒸发,其平均相对误差为13.5%。该研究对于实现土壤蒸发及作物蒸腾的分离估算,减少无效水分消耗具有重要意义。

基于变分方法的内蒙古典型草原水热通量估算

利用内蒙古典型草原生长季（2004年8月13—18日、2005年5月21～26日）和非生长季（2004年12月10～15日）共18d的涡动相关系统观测资料（10Hz输出1次）和小气候梯度系统在线输出资料（0．5h输出1次），分析了变分方法对草原陆气通量估算的准确性．结果表明，变分法估算的感热与潜热通量与涡动相关法观测结果的变化趋势较为一致，且能量闭合程度更高．变分法计算的感热通量在白天明显地较涡动相关法得到的通量值高，12：00前后两者通量都达到峰值，两者之差也达到峰值，而夜间则较为接近；变分法计算的潜热通量曲线的相位略微落后于涡动相关法的通量曲线，且夜间的涡动相关法测得的潜热通量负值极少，负值通量的绝对值也很小．这表明夜间大气稳定导致涡动相关法存在一定程度的通量低估现象．变分法与波文比能量平衡法对陆气通量的估算比较表明，变分法可避免能量平衡法计算不稳定导致的虚假峰值现象，计算结果较为稳定．

夏玉米日蒸发蒸腾量计算方法的试验研究

根据实测资料,对波文比计算的蒸发蒸腾量和蒸渗仪实测的蒸发蒸腾量日变化进行比较及分析。结果表明,波文比所测蒸发蒸腾量与太阳净辐射的相关性比较好,蒸渗仪所测值与太阳净辐射的相关性不明显。蒸发蒸腾量的日变化曲线呈单峰型,早晚小,中午大,夜间为负值。蒸渗仪受自身因素影响,变化比较敏感。两种方法计算平均值比较接近。波文比的计算值比蒸渗仪的测量值更能精确地反应短时段作物的蒸发蒸腾规律。

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1.73min.d-1的滞后性和2.02min.d-1的前移性;同时,蒸散峰值以0.0036mm.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。

干旱区制种玉米农田蒸散研究

在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的制种玉米农田蒸散研究观测点,以气象观测资料为基础,采用波文比能量平衡法(BREB)和参考作物蒸散量作物系数法(ET0Kc)对制种玉米的蒸散进行了计算。结果表明,在一个完整的生长期内,利用波文比能量平衡法得到的蒸散量为513.2 mm,日均3.2 mm/d,用参考作物蒸散量作物系数法得到的作物蒸散量为486.2 mm,日均3.1 mm/d,2种计算方法得到的蒸散量总值差别小。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明,试验地在不同生长阶段,ET变化剧烈,生长初期、发育期、中期、末期分别为2.3、2.9、4.1和3.0 mm/d,其蒸散量分别约占全年蒸散总量的13%、22%、50%和16%。ET月变化显示,4月和5月维持在一个较低水平,平均为2.1-2.3 mm/d;6月剧烈增加到3.6 mm/d;7月达到最大,平均为4.6mm/d;8月蒸散有所降低,为3.3 mm/d;9月,随着作物进入生长末期,蒸散急剧减小到2.8 mm/d。

盘锦芦苇湿地水热通量计算方法的比较研究

利用2005年7月盘锦芦苇湿地生长旺季的小气候梯度系统30 min观测资料和开放式涡动相关系统10Hz原始观测资料,比较并分析了廓线法、波文比能量平衡法与涡动相关法计算的芦苇湿地生态系统水热通量。结果表明:廓线法与波文比能量平衡法计算的芦苇湿地生态系统水热通量与涡动相关法得到的芦苇湿地生态系统水热通量具有较好的相关性,但是涡动相关法存在能量不平衡。分析盘锦芦苇湿地生态系统水热通量的日变化发现,能量平衡各分量基本上以正午为中心,呈倒“U”型分布。用波文比法计算得到的芦苇湿地生态系统日感热通量最大值为164.25 W.m-2,日潜热通量最大值为294.18 W.m-2。降雨之后,芦苇湿地生态系统水热通量都有所增加,尤其是潜热通量增加显著,且峰值出现时间提前。

极端干旱区成龄葡萄园蒸散研究

利用波文比能量平衡法对新疆吐哈盆地葡萄园的蒸散变化规律进行了研究。结果表明,葡萄园水热平衡各分量的日变化呈典型的单峰曲线,潜热、感热和土壤热通量都随净辐射的增减而增减,但峰值出现的时间和大小各异,潜热通量占净辐射能量支出的大部分,其变化规律与净辐射的日变化规律一致性最好,土壤热通量变化很平缓,趋势与净辐射基本相同,但滞后净辐射2～3h。在晴朗无云的条件下,葡萄蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨8:00以后出现,迅速增加,到中午13:00-15:00达到峰值,随后蒸散速率迅速下降;葡萄生长期内耗水强度呈现先增大后减小的趋势,果粒膨大期耗水强度最大为8.78mm/d,葡萄整个生长期内的日均蒸发蒸腾量为5.58mm,蒸发蒸腾总量为1 228.45mm。

三江平原寒地稻田蒸散量估算研究

基于非称重式蒸渗仪测定的寒地稻田实际蒸散量,探讨波文比能量平衡法和Penman-Monteith参考作物蒸散-作物系数法(PM-Kc模型)在寒地稻田蒸散量计算中的适用性。结果表明,波文比能量平衡法估算的蒸散量较实测蒸散量偏低9.1%,但总体有较好的相关性(R2=0.87);校正后的PM-Kc模型低估了水稻生长中期和后期的累积ET,但其相对误差均小于10%,而生长初期,PM-Kc模型得到的累积ET比实测的累积ET_a高19.34%,以生长初期为例进一步分析PM-Kc模型与实际蒸散ET_a的关系,展现了随着间隔日数的增加,RMSE、MAE有降低的趋势,一致性系数d有提高的趋势,PM-Kc模型得到的7日平均模拟实际蒸散与实测蒸散数据最为接近。

干旱区膜下滴灌向日葵农田蒸散发特征

膜下滴灌是中国西北干旱区农业的新兴节水灌溉模式,定量分析膜下滴灌农田蒸散发特征并对比分析其与普通灌溉农田蒸散发的差异,对认识和优化干旱区节水滴灌技术有重要意义。本文以新疆天山北坡三工河流域绿洲向日葵农田为研究对象,基于2016年作物生育期观测数据,利用波文比-能量平衡法、地理探测器及通径分析方法对作物不同生育期农田蒸散发特征进行了定量分析,并与普通灌溉农田进行了比较。结果表明:1)膜下滴灌农田日均蒸散量在作物开花期最高,成熟期次之,苗期最小;随着作物的生长发育,净辐射通量与日蒸散发的相关性逐渐降低;日均蒸散量在各阶段的变化特征与普通灌溉相同,但每个阶段的日均蒸散量均小于普通灌溉农田。2)膜下滴灌农田日内净辐射通量在开花期最高,成熟期次之,苗期最小;日内湍流通量方面,苗期潜热通量与显热通量相当,开花期潜热通量明显高于显热通量,而成熟期潜热通量小于显热通量;而普通灌溉农田在3个时期的潜热通量均高于显热通量。3)温度、湿度与风速是影响膜下滴灌向日葵农田蒸散发的主导因子,湿度的下限决定了蒸散发下限,风速与气温的上限决定了蒸散发的上限;风向对蒸散发的作用不明显。膜下滴灌向日葵农田具有独特蒸散发特征,与普通灌溉农田相比,全生育期节水量超过300mm。

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。

柽柳灌丛热量收支特性与蒸散研究

Bowen能量平衡法是广泛用于测定各种低矮植物蒸散的常用方法。本文将改进的波文比—能量观测系统用于测定灌木—柽柳群落的测定,通过6～9月对感热通量、潜热通量、土壤热通量等的测定,计算出额济纳地区柽柳灌丛(6～9月)的蒸散量为335.31mm;在8月潜热通量占能量支出量的62.85%,感热通量占32.85%,土壤热通量占4.44%。在日变化中,潜热在上午大于感热,下午感热交换大于潜热。

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 (ZeamaysL .)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 5 2、0 90、1 13和 0 6 4;