土壤热通量是地表能量平衡中的分量之一,对于农田和区域生态水文过程水分收支的准确估算有着重要影响。土壤热通量估算中,常用的半理论半经验公式在作物生育期内日尺度计算结果恒为正值,不符合田间实际观测结果。本文设计特定参数来量...土壤热通量是地表能量平衡中的分量之一,对于农田和区域生态水文过程水分收支的准确估算有着重要影响。土壤热通量估算中,常用的半理论半经验公式在作物生育期内日尺度计算结果恒为正值,不符合田间实际观测结果。本文设计特定参数来量化降雨和气温变化的影响,修正了考虑植被生长的土壤热通量估算模型。利用内蒙古河套灌区向日葵和北京大兴试验站冬小麦-夏玉米生育期实测数据,对修正模型关键参数进行率定和验证;结合遥感反演的植被覆盖度,利用全球通量网FLUXNET提供的美国玉米大豆轮作和韩国水稻站点实测日尺度土壤热通量数据对修正模型进行校核及应用。结果表明:(1)通过引入降雨及气温因子,修正模型考虑了田间气象变化对土壤热通量的影响,能有效估算作物生育期内日尺度土壤热通量为负值的情况;(2)模型估算各地区不同作物农田多年土壤热通量与实测值相一致,二者之间的决定系数、均方根误差、一致性系数及平均相对误差范围分别为0.54~0.63、3.30~11.70 W m 2、0.82~0.88和-13.4%~11.70%;(3)利用蒙特卡罗法得到修正模型中关键参数,α和z分别推荐为0.1和10~20;(4)指标敏感性分析表明,气温对修正模型的影响程度较大,其每变化1℃可使土壤热通量估算值变动10%~25%。研究结果为改善地表能量平衡不闭合现象提供了参考方法,并为大尺度精量遥感反演获取土壤热通量提供了技术支撑。展开更多
文摘作物生长模型可以预测不同尺度从站点到区域级别的作物生长和发育,需要逐日天气数据来驱动,随机天气发生器(stochastic weather simulator,SWG)可以满足这一数据需求。课题组根据中国气候特点构建了基于干湿期的随机天气发生器(weather generator based on dry and wet spells,WGDWS),并复现了应用广泛的WGEN(weather generator)类天气发生器(daily weather stochastic simulator,DWSS)。为了评估WGDWS和DWSS生成气象数据作为小麦生长模型输入的适用性,该研究利用中国北方冬麦区8个站点实测57 a逐日气象数据,通过WGDWS和DWSS分别生成300a逐日气象数据,分析两类发生器生成气象要素统计值的质量。结果表明:除山西太原站点外,两类发生器生成的月均最高温、最低温与实测值达到非常好的一致性,太阳总辐射月均值一致性较好,虽然与实测值有一定偏差,但两类发生器生成气象要素月均值与实测值之间均未达到显著性差异。采用作物模型小麦智能决策系统,分别以实测和两类发生器生成数据作为天气输入,评价两种生产管理方式对小麦生长模拟结果的影响。结果表明,WGDWS和DWSS生成数据对小麦产量和生物量均值模拟效果较好,与实测数据模拟值的决定系数分别达到0.94和0.99。总体而言两类发生器对生物量的模拟效果优于产量,模拟生物量的年际变化也小于产量。WGDWS和DWSS对积温、蒸散量和生物量积累的模拟变化趋势高度一致,与实测数据模拟值均未达到差异显著性。两类发生器相比较,除生物量以外,WGDWS模拟生理指标的平均相对误差(mean relative error,MRE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)均小于DWSS,WGDWS模拟产量、生物量5%误差以内占比分别比DWSS高6%和25%。进一步分析两种管理方式下WGDWS和DWSS对产量、生物量、物候期等指标的模拟结果,绝对误差和标准差WGDWS优于DWSS的组数分别为63租和57组(总组数均为88组)。两种管理方式下,有14个指标两类发生器之间有显著性差异,其中13个指标WGDWS显著优于DWSS,说明WGDWS比DWSS具有更好的模拟效果。因此WGDWS生成的气象数据完全可用于作物生长模型的天气输入,并且对产量、生物量等指标的模拟性能要优于DWSS。
文摘土壤热通量是地表能量平衡中的分量之一,对于农田和区域生态水文过程水分收支的准确估算有着重要影响。土壤热通量估算中,常用的半理论半经验公式在作物生育期内日尺度计算结果恒为正值,不符合田间实际观测结果。本文设计特定参数来量化降雨和气温变化的影响,修正了考虑植被生长的土壤热通量估算模型。利用内蒙古河套灌区向日葵和北京大兴试验站冬小麦-夏玉米生育期实测数据,对修正模型关键参数进行率定和验证;结合遥感反演的植被覆盖度,利用全球通量网FLUXNET提供的美国玉米大豆轮作和韩国水稻站点实测日尺度土壤热通量数据对修正模型进行校核及应用。结果表明:(1)通过引入降雨及气温因子,修正模型考虑了田间气象变化对土壤热通量的影响,能有效估算作物生育期内日尺度土壤热通量为负值的情况;(2)模型估算各地区不同作物农田多年土壤热通量与实测值相一致,二者之间的决定系数、均方根误差、一致性系数及平均相对误差范围分别为0.54~0.63、3.30~11.70 W m 2、0.82~0.88和-13.4%~11.70%;(3)利用蒙特卡罗法得到修正模型中关键参数,α和z分别推荐为0.1和10~20;(4)指标敏感性分析表明,气温对修正模型的影响程度较大,其每变化1℃可使土壤热通量估算值变动10%~25%。研究结果为改善地表能量平衡不闭合现象提供了参考方法,并为大尺度精量遥感反演获取土壤热通量提供了技术支撑。
