新型蒸渗仪及其对陆面实际蒸散发过程的观测研究

水量平衡和蒸散发过程研究是水文循环研究的重要方面。正确的观测和计算地表实际蒸散发量对认识气候变化条件下的水循环特征、实现区域水资源的可持续开发利用具有非常重要的意义。传统蒸渗仪功能单一,不仅安装费用较高,日常维护和观测需要大量的人力物力,观测精度也常常受到仪器系统误差或人为因素的影响。围绕着陆面蒸散发观测和解决"蒸发悖论"的科学问题,设计了用于研究气候变化对水循环、陆面蒸散发影响的野外自动观测实验的新系统,站址选择在江西省南昌县生态实验站。该新型蒸渗仪(Lysimeter)系统采用先进的高分辨率称重系统(陆面蒸散发观测精度:0.01 mm)、高精度土壤水分水势传感器(pf:0-7,国际专利号:102004010518.9)和动态IP解析技术的GPRS数据采集器(24 bit,512 k),通过地表气象站、土壤水分水势、蒸渗仪和地下水位等独立的观测实验对比,确定陆地表面实际蒸散发量以及蒸散发过程的有关参数。该系统无论在测量的精度及频次上都比传统观测方法有极大的提高。另外,除了应用于陆面实际蒸散发量的观测外,该系统装置了2004年获得国际专利的新型土壤水分、温度和水势传感器,观测精度较高,观测频次可调节幅度较大,且适应多种环境条件,能够根据不同的科学目标进行新的组合和设计。

基于实测资料对日蒸散发估算模型的比较

利用设置于江西省南昌县的新型高精度自动蒸渗仪,于2007年9月1日至2008年8月31日的实测陆面实际蒸散发过程,检验了面蒸散发互补关系模型CRAE(Complementary Relationship Areal Evapotranspiration)、GG模型(Granger-Gray)、平流—干旱模型AA(Advection-Arid ity)3个逐日路面实际蒸散发模型在不同时间尺度上的计算精度,并对计算误差的影响因素进行了讨论。结果表明:该地区实测年蒸散发量为746.1 mm,采用各模型的推荐经验参数对该地区蒸散发的估算结果误差较大,普遍干旱条件下蒸散发的计算值比观测值偏小,而湿润条件下的计算值偏大。通过对各模型的经验参数进行调整,各模型对年蒸散发量的计算精度大为提高,但逐日蒸散发过程的计算精度改进效果有限,在7日的时间尺度上,计算结果显著优于逐日的计算结果,在此时间尺度下,AA模型仍存在一定的系统误差,CRAE模型的估算精度相对较差,GG模型的总体计算效果相对最好。根据与蒸渗仪观测结果的对比分析,根据区域特征进行参数调整后的模型,需要在7日及更长时间尺度上,蒸散发模型的估算结果较为可靠。上述研究对全面认识陆面实际蒸散发特征、理解各蒸散发模型在不同时间尺度上的模拟能力、正确认识气候变化条件下的水循环特征具有重要意义。