不同冠层阻力模型对冬小麦返青-成熟期蒸散量估算的影响

蒸散量是农田水循环的重要组成部分,其准确估算对精准灌溉及农业节水具有重要意义。PenmanMonteith(P-M)模型是常用的估算方法之一,但冠层阻力/表面阻力的准确表达一直是应用中的难点。选取常用的7种冠层阻力模型,根据北京市顺义区2a(2020年和2021年)的波文比实测结果,对不同模型模拟的小麦冠层阻力及P-M估算的小麦蒸散量进行比较,并进一步分析影响小麦冠层阻力的主要因子。结果表明,7种模型均低估了小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。总体而言,Todorovic模型(TD)模拟效果最好,其模拟的冠层阻力和蒸散量的R2均大于0.605,平均偏差(MBE)分别为-82.8s·m^(-1)和10.4W·m^(-2),相应的均方根误差(RMSE)分别为254.4s·m^(-1)和33.5W·m^(-2);其余6种模型表现均较差,所模拟的冠层阻力R2仅0.113~0.241,MBE和RMSE在-236.4~-61.3s·m^(-1)、277.2~373.8s·m^(-1);基于6种模型模拟阻力得到的小麦蒸散量与实测值的R2在0.046~0.184,MBE和RMSE分别在44.5~97.4W·m^(-2)、81.4~147.9W·m^(-2)。7种模型模拟效果排序为TD>FAO56-PM>Katerji-Perrier(KP)>Garc?á-Santos(GA)>idso(IS)>Jarvis(JA)>CO。相关分析表明,净辐射(Rn)对小麦冠层阻力的影响最大,气温(Ta)和冠层温度(Tc)对其影响最小,各因子影响力大小表现为Rn>叶面积指数(LAI)>相对湿度(RH)>饱和水汽压(VPD)>土壤水分(θ)>冠气温差(?T)>Tc>Ta。这一结果较好地解释了TD模型的良好普适性,既考虑了Rn、VPD、?T等影响冠层阻力的关键因子,且不含待校正参数,使用方便。

玉米粮堆的通风阻力特性研究

利用通风性能参数检测装置研究吸出式和压入式两种通风方式下玉米粮堆阻力特性相关参数的变化情况,试验结果表明:粮面表观风速与单位粮层阻力、穿网阻力呈正相关,且多项式二次函数拟合度较高。玉米粮堆的通风均匀度与粮层厚度呈正相关,粮层越厚,均匀度越高。

冬小麦不同生育期最小冠层阻力的估算

作物最小冠层阻力是研究农田蒸发和作物缺水的一个重要参数。使用作物的冠层红外温度信息 ,将作物在充分灌溉情况下冠层温度与空气温度之差与空气的饱和水汽压差的经验关系同其理论解释相结合 ,通过实验数据 ,估算了在华北平原气候条件下的冬小麦 ( Triticum aestivum L.)的平均最小冠层阻力 ,为基于这种阻力的应用提供基础。研究表明冬小麦最小冠层阻力随发育期而不同 ,并且抽穗前后差异明显 。

不同冠层阻力公式在玉米田蒸散模拟中的应用

在我国北方地区,水分供给一直是影响粮食产量的主要因素。玉米作为我国三大粮食作物之一,关乎其水分蒸散的观测和模拟一直是气象、水文、生态等相关学科的重要研究内容。研究玉米蒸散对于粮食安全、节水灌溉、提高作物水分利用效率具有重要意义。作为经典的双源模型,Shuttleworth-Wallace(SW)模型分别考虑土壤蒸发和植被蒸腾,非常适合于稀疏植被的蒸散估算。本文在SW模型中采用不同冠层阻力公式对玉米地蒸散进行模拟,并用涡度相关实测通量数据对模型的模拟效果进行验证。结果表明,采用Jarvis冠层阻力公式的SW1模型与采用Kelliher-Leuning冠层阻力公式的SW2模型模拟的蒸散量都与实测值吻合较好,相关系数均在0.85以上(P<0.01),一致性指数都达到0.92以上。敏感性分析表明,SW模型估算蒸散对冠层阻力最敏感。在计算冠层阻力的各个参数中,SW1模型估算蒸散对田间持水量最敏感,其次是最小气孔阻力和有效叶面积指数;SW2模型估算蒸散对最大气孔导度最敏感。传统SW模型中,冠层阻力计算采用Jarvis公式,计算复杂。改用Kelliher-Leuning公式后,在一定程度上简化了模型的计算,更方便模型应用。

干燥机粮层通风阻力特性数值模拟与试验

粮层内部通风阻力特性是影响干燥均匀性和能量损耗的关键因素之一。针对传统的经验公式存在精度偏低、未考虑粮层多孔介质的复杂变化因素和非线性的不确定性问题，基于传统的Ergun模型进行了压力损失因素分析；在通风阻力试验平台测定试验数据，通过探索性分析方法对风速进行分段，引入误差影响因子A，导出了一种新的基于多孔介质Ergun的稻谷变层压力场模型；给出了优化阻力特性曲线，构建了变层阻力与层厚的数学关系。试验结果证实，风速小于0．2m／s时，A取值为1；风速在0．2～0．4m／s范围内时，A取值为0．89；风速在0．4～0．6m／s范围内时，λ取值为0．79。

横向与竖向通风玉米粮层阻力研究

利用180 t模拟试验仓测试了横向、下行吸出式、上行压入式竖向通风的玉米粮堆的粮层阻力。结果表明:在0.021~0.06 m^3/(s·m^2)的单位面积通风量之间,横向通风单位粮层阻力为9.74~28.95 Pa/m,两者关系模型为Y=528x1.032 2(R2=0.998 2),或,Y=-954.15x2+561.78x-1.648(R2=0.999 2)。在0.004 5~0.089 5 m3/(s·m^2)的单位面积通风量之间,下行吸出式竖向通风单位粮层阻力为4.0~85.0 Pa/m;上行压入式竖向通风单位粮层阻力为3.8~70 Pa/m,两者关系模型与横向相近,但系数远大于横向。比较发现:横向通风玉米单位粮层阻力最小,比竖向通风小一倍左右,表明由玉米粮粒组成的多孔介质堆具有各向异性的特点;下行吸出式竖向通风的粮层阻力稍大于上行压入式的粮层阻力;研究结果进一步完善了储粮通风理论,储粮通风系统工程设计和建设方面具有实际应用价值。

Penman-Monteith模型中水稻冠层阻力的模拟

针对Penman-Monteith模型冠层阻力的参数化问题,以南京地区2012-2013年水稻为研究对象,参照Jarvis的气孔阻力模型,建立了水稻的冠层阻力rc与气象、环境因子(太阳净辐射、饱和水汽压差、气温和土壤水分)的关系模型,并以蒸渗仪实测蒸散量资料为对照,对模型的精度进行检验。结果表明,所建水稻冠层阻力模型的拟合度2012年为0.911,2013年为0.810,将模型应用于Penman-Monteith公式计算稻田蒸散量,两年的拟合精度分别为0.967和0.953,能较精确地估算稻田耗水量。对模型的敏感性分析表明,饱和水汽压差的拟合参数a2对模型的影响最显著。模型在一定程度上解决了冠层阻力计算复杂,观测量大且易产生观测误差的问题,可作为稻田蒸散的计算方法之一。

粮层深度与粮层阻力关系的试验分析

粮层阻力是粮食干燥、储粮机械通风等工艺设计中的关键参数。本文主要分析了粮层深度与粮层阻力之间的非线性关系 ,对糙米、小麦和玉米通风实验实测数据进行多元回归 ,结果表明三种粮食的粮层深度h的指数均大于 1,这对新型高大房仓、浅圆仓和立筒仓的通风系统设计有实际意义。

苏南地区典型作物冠层阻力参数及潜热通量的模拟

准确测算和模拟农田潜热通量对农业生产有着重要意义。该研究基于波文比能量观测系统对苏南地区夏玉米和冬小麦生育期内潜热通量进行连续观测,采用Katerji-Perrier(KP)和Todorovic(TD)两种方法来确定Penman-Monteith(P-M)模型中冠层阻力参数,探究两种冠层阻力参数子模型的估算误差及成因。结果表明:冬小麦生育期内主要气象因子呈现相似变化趋势,净辐射日均值呈现出波动上升趋势。两种冠层阻力参数子模型对冬小麦潜热通量模拟均取得良好的模拟效果,模拟R2不小于0.84,纳什系数不小于0.86,但KP模型精度稍高于TD模型。KP模型对冬小麦和夏玉米潜热通量均有高估,而TD模型高估了夏玉米潜热通量,饱和水汽压差是影响KP和TD两种冠层阻力参数子模型误差的主要因素,且饱和水汽压差越大绝对误差越大。研究为当地农业用水管理提供科学依据。

非对称复合膜支撑层阻力对水蒸气渗透影响的研究

利用阻力模型 ,采用聚砜 /硅橡胶非对称复合膜体系比较了支撑层阻力对氮气、氢气和水蒸气渗透性能的影响 ,发现支撑层阻力的存在大大降低了水蒸气的渗透速率 ,某些情况下支撑层阻力占总阻力的 90 %以上 .同时 ,讨论了支撑层孔隙率、孔径、致密层厚度等膜结构参数对支撑层阻力及膜法脱湿过程的影响 .

粮食物性和粮层阻力实验研究

对三种有代表性的粮食(大米、稻谷和玉米)在不同堆载高度下的物理性质和阻力特性作了比较详尽的实验研究。结果表明:粮食的孔隙率、粮层阻力与粮食堆载高度之间存在明显的非线性关系。在粮食机械通风数值模拟和工程应用中必须加以重视。

循环流化床锅炉布风板阻力与料层阻力特性的冷态试验研究

在商业运行的循环流化床电站锅炉中,布风板阻力和料层阻力是炉内重要的测量参数,其中布风板阻力试验和料层阻力试验是流化床锅炉冷态试验的重要组成部分。对于布风板阻力与料层阻力的关系,已有文献仅仅阐明在鼓泡流化状态中,两者存在合理的相关值,但是在快速流化状态中,两者的关系尚未得到广泛研究。利用循环流化床锅炉冷态试验台,开展了在不同物料容量、物料直径等运行参数条件下,布风板阻力与料层阻力关系的试验研究,并取若干具有代表性实炉统计出压力比情况,相关结论对现场实炉生产运行具有很高的参考价值。

ET_0计算公式设定条件下冠层阻力的实验率定研究

本文通过对我国半干旱区参考作物(修剪苜蓿)ET0值的率定实验研究,揭示了在ET0计算公式设定条件下冠层阻力rc的变化规律,认为:随着作物生育期的延长,冠层阻力呈现递增趋势,且生育中期实验条件及结果比较接近ICID和FAO建议ET0值的设定条件,期间冠层阻力变化幅度在86.9 s/m和66.3 s/m之间;冠层阻力的日变化过程呈现"U"形,最低点出现在中午,低于50s/m,最高点出现在早晨8∶00、20∶00,普遍高于100s/m;在冠层阻力PM、Todorovic计算公式中,共同影响rc的主要参数有:ra、es-ea、Rn、ET0,采用PM公式对这几项参数与rc-PM值进行多元回归分析,表明ET0对rc-PM值的影响最显著,其次是ra、Rn值,而es-ea对rc-PM值的影响不显著,本研究有助于参考作物rc数值的动态揭示和影响因子分析。

医疗垃圾CFBC洁净燃烧炉内料层阻力特性试验

进行了医疗垃圾CFBC洁净燃烧炉内料层阻力特性试验 ,得出了料层阻力与一次风量的关系 ,研究料层厚度及粒径大小对料层阻力和临界流化风量的影响 ,确定了冷态临界流化风量 ;比较煤和医疗垃圾两种不同燃料的阻力特性 ,发现在料层厚度相同的情况下 ,物料为医疗垃圾的临界流化风量要小于物料为煤的临界流化风量 ,在一次风量相同的情况下 。

玉米横向和竖向通风粮层阻力对比研究

为掌握粮堆在横向通风和竖向通风不同工况下的粮层阻力变化规律和计算方法,以180 t方仓为试验仓,以玉米为试验研究对象。在试验仓中先后设计安装了横向和竖向通风系统,测试并比较分析了不同通风方式玉米粮堆的粮层阻力。研究结果表明:横向通风玉米粮层阻力比竖向通风低1倍左右,揭示出玉米粮堆具有明显的各向异性;首次得到了横向通风粮堆的各项阻力试验公式,并得到了竖向通风粮堆的各项阻力试验公式,发现玉米粮堆的阻力特征完全符合多孔介质的力学规律,既可采用多孔介质的Hunter二项式公式准确计算粮层阻力,也可采用Shedd幂函数公式近似计算粮层阻力。

参考条件下苜蓿冠层阻力变化规律试验研究

冠层阻力是参考作物蒸发蒸腾量计算公式中的一个重要参数,对准确计算参考作物蒸发蒸腾量(ET0)及诊断作物缺水等都有非常重要的意义。本研究以FAO(1994)推荐的ET0公式(Penman-Monteith公式)假定条件为出发点,结合ET0值的实测资料,对经过修剪的苜蓿冠层阻力进行试验分析。结果表明:在参考条件下,冠层阻力随着作物生育期的延长,呈递增趋势。日变化过程呈现"U"型,最低点出现在中午(低于50 s/m),最高点出现在早晨8∶00和傍晚18∶00(高于100 s/m)。

不同粮种横向通风和地上笼上行通风粮层阻力模拟研究

机械通风是保证储粮品质的主要技术手段,平房仓储粮机械通风方式可分为地上通风笼通风与横向通风,其中不同粮种粮堆的通风阻力也不尽相同。对3种孔隙率不同的粮种(小麦、稻谷、玉米),采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,分别以横向通风和U型一机三道地上笼上行通风时粮层阻力进行数值模拟研究,得到不同粮种在不同通风方式下的通风阻力数据,并与实验数据进行了对比,分析了其粮层阻力变化规律,为机械通风系统的风机选型及通风系统的优化奠定基础。

冠层表面阻力与环境因子关系模型及其在蒸散估算中的应用

建立了一个华北平原冬小麦群体冠层表面阻力与环境因子关系的模型。根据该地区冬小麦生态系统的一组波文比－能量平衡观测资料，用非线性最优化方法模拟冠层表面阻力与太阳辐射、气温、空气饱和差和土壤含水量等环境因子的关系，得到模型四个参数的拟合值。用另外两组观测资料验证该模型的预测能力。结果表明，该模型能较好地模拟表面阻力，拟合度分别为０．９３和０．６７。将该模型应用到Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ蒸散公式，发现蒸散的模拟值与实测值的拟合度达０．９以上，相对偏差小于５％。通过比较发现，该模型对蒸散的预测精度高于空气动力学方法。

基于多孔介质理论的粮层阻力试验研究与数值模拟

来自农业部的资料显示,我国粮食产后损失率超过8%,而因为贮藏过程缺少有效通风造成损失占其中很大一部分。通风是利用粮层气流交换的方法将粮仓中的热湿空气带走,达到降低温湿度、减少消耗和浪费的目的。因此研究粮层通风特性中的进口风速、压降等参数有着十分重要的意义。本文利用32多通道压力测试系统对三种粮食不同粮层厚度下的压降损失测试,并利用计算流体力学方法将静止通风粮层看作多孔介质区域进行模拟,结果与试验数据对比吻合程度较好,验证模拟办法在粮层阻力计算中的准确性。

夏玉米叶片气孔阻力与冠层阻力估算模型的研究

根据田间试验观测结果，分析了夏玉米叶片气孔导度与环境因素之间的关系，应用多元非线性回归分析技术建立了气孔阻力的估算模型；对叶片正反两面不同部位和垂向不同层次上叶片气孔阻力的差异及其日变化过程和季节变化规律进行了分析，又用叶片气孔阻力估算模型导出了冠层阻力的计算模型。