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SoilScope控制型蒸滲實驗系統(tǒng)應(yīng)用/潛在蒸散發(fā)模型構(gòu)建

更新時間:2022-10-25      點擊次數(shù):1680

??? 文獻(xiàn)信息

??? 文獻(xiàn)摘要

為深入探索氣候變化背景下更為精確的潛在蒸散發(fā)計算方法,在淮北平原五道溝實驗站開展了3組小型蒸滲儀試驗,通過結(jié)合平流運(yùn)動動力項并引入地表凈輻射修正參數(shù),基于能量平衡原理提出一種新的潛在蒸散發(fā)模型。結(jié)果表明:3組蒸滲儀實測數(shù)據(jù)中,2組不同加水方式下的草地覆被蒸散發(fā)相關(guān)性較好(R=0.95);②新的潛在蒸散發(fā)模型在有草地覆被的2組試驗中模擬結(jié)果的納什效率系數(shù)(0.85)和均方根誤差(0.83)均優(yōu)于現(xiàn)有Penman系列等經(jīng)驗方法;③模型更適用于有草地覆被條件下的蒸散發(fā)估算,在淮北平原地區(qū)具有較強(qiáng)的適用性與優(yōu)勢。該模型能夠提高區(qū)域潛在蒸散發(fā)模擬精度,為流域水循環(huán)過程模擬及水資源利用提供科學(xué)參考。

??? 實驗概述

五道溝水文水資源實驗站位于安徽省蚌埠市新馬橋鎮(zhèn)原種場內(nèi),是一所平原區(qū)大型綜合實驗站。站點所在地區(qū)位于淮河流域南北氣候分界線附近,屬北亞熱帶和暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候,四季分明;氣溫年際變化小,多年平均氣溫為14.6 ℃,1月平均氣溫低7月最高;太陽輻射充足,多年平均日照時數(shù)約2100 h,多年平均無霜期為212d,多年平均蒸發(fā)量為1181.3mm;因常處在冷暖氣團(tuán)交鋒過渡帶,降水量年際差別大,多年平均降水量為899.0mm,最大年降水量可達(dá)1212.2mm,但年內(nèi)分布相對集中,汛期通常為69月,其降水量可占全年2/3。

微信圖片_20221025184226.jpg

五道溝大型稱重式蒸滲儀是由北京澳作設(shè)計、安裝的SoilScope控制型蒸滲實驗系統(tǒng)

 

??? 實驗設(shè)施

為了研究土壤含水量和氣象要素對土壤蒸發(fā)及草地蒸散發(fā)能力的影響,本文采用五道溝實驗站氣象場內(nèi)的小型稱重式蒸滲儀群進(jìn)行蒸散發(fā)能力試驗,氣象場同期觀測要素還包括氣溫、相對濕度、E601水面蒸發(fā)、風(fēng)速、地溫、水溫等。圓柱筒形小型蒸滲儀內(nèi)徑20cm,深50cm,底部密封,以取自大田的原狀土填充。

試驗方案如表1所示,蒸滲儀布設(shè)如圖2所示。蒸滲儀按照16號依次編號,分成3組進(jìn)行平行試驗,取每組2個蒸滲儀的觀測平均值為該組條件下的蒸散發(fā)能力。根據(jù)是否有覆被,蒸滲儀分為裸土和覆被草皮(狗牙根,低矮植被)兩類,分別用于觀測裸土表面(3號、6號)和草地覆被條件下的蒸散發(fā)能力。覆被草皮的蒸滲儀有固定質(zhì)量和固定水位2種加水方式,其中,1號和4號蒸滲儀每次加水至固定質(zhì)量,此時土壤含水量約為50%,五道溝實驗站的田間持水量為28%~30%,滿足本次試驗所需要的按蒸散發(fā)能力蒸發(fā)的飽和狀態(tài)。2號和5號蒸滲儀每次加水至固定水位,水面高于土壤表面5mm

圖片2.png

試驗過程中,每天8:00向蒸滲儀加水至飽和,以保證充分供水狀態(tài)。蒸滲儀觀測時間為每天8:0020:00,觀測電子稱的精度為1.0g,約等于小型蒸滲儀中0.05371mm的蒸散發(fā)。蒸滲儀上覆滑動頂棚,用于雨天時遮擋,減少降水對蒸散發(fā)測量的影響以保證觀測結(jié)果準(zhǔn)確性,但出現(xiàn)暴雨天氣時,強(qiáng)降水會引起土柱淹沒,測量結(jié)果受降雨影響出現(xiàn)異常值,因此,實際計算時需要剔除受降雨影響的異常測量值。本次試驗觀測時間為201481日至2015831日,標(biāo)準(zhǔn)氣象場的氣象要素觀測與蒸滲儀觀測同步進(jìn)行。

??? 結(jié)果與分析

本文從能量平衡原理入手,結(jié)合波文比的概念,引入地表凈輻射的修正參數(shù),建立了一種新的潛在蒸散發(fā)計算模型(LY-ET模型),基于小型蒸滲儀觀測試驗的土壤蒸發(fā)和草地覆被蒸散發(fā)能力實測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了率定與驗證,并進(jìn)一步對比分析了該模型與6種現(xiàn)有常見計算公式的模擬精度,以評價模型的適用性,

主要結(jié)論如下:

12組草地覆被的蒸散發(fā)試驗中,不同加水方式的觀測結(jié)果變化趨勢基本一致,具有較高的相關(guān)系數(shù),但都與裸土蒸發(fā)組相關(guān)性較略差一些;E601水面蒸發(fā)與裸土蒸發(fā)組實測結(jié)果的相關(guān)性最高,與有草地覆被組相關(guān)性較差;3組蒸散發(fā)實測數(shù)據(jù)均在夏秋季線性關(guān)系最好,冬春季較差。

2)率定期有草地覆被的固定質(zhì)量組(E14)和固定水位組(E25)模擬值與實測值相關(guān)關(guān)系非常好,而裸土表面的E36組實測值與模擬值相關(guān)性較低。不同加水方式的差異主要體現(xiàn)在驗證期, E25組擬合效果優(yōu)于E14組,說明采用固定水位方式測量可以減少草皮生長導(dǎo)致的潛在蒸散發(fā)觀測誤差。

3)與6種現(xiàn)有常見計算公式相比,LY-ET模型的精度指標(biāo)在有草地覆被的E14ENS=0.75,ERMS=1.16)和E25 組(ENS=0.86,ERMS=0.87)中均為最佳,整體表現(xiàn)優(yōu);對于裸土表面的E36 組(ENS=0.47,ERMS=1.24)模擬效果劣于其他計算方法,表明LY-ET 模型更適用于有草地覆被條件下的蒸散發(fā)估算,在淮北地區(qū)具有一定的適用性與優(yōu)勢。


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