淮河流域农田生态系统陆气相互作用的观测分析

淮河流域农田生态系统陆气相互作用的观测分析

大规模国际合作,共同开展陆面过程观测研究近年来，密切的陆地观测和陆地环境的研究越来越受到重视。在世界不同的气候区域，有代表性的气候区域进行了大规模的国际合作，并对其进行了陆地过程观测研究。例如，kalason在美国进行了牧场试验（fif，19871989）。1仪器、数据和方法1.1农田生态系统寿县通量观测塔地理位置为116°47′E,32°33′N,海拔高度26.8m,土壤主要是粘性沃土,地势平坦、开阔,周边无污染源、无高层建筑,观测场四周为农田,距村庄的距离大于500m。作物种植以水稻和冬小麦轮作为主。寿县通量观测系统于2007年7月初建成,之后经调试后进入了运行阶段,代表着淮河流域农田生态系统。寿县国家气候观象台通量观测系统的观测仪器有三维超声风温仪,红外H1.2观测数据分析本文研究资料是寿县国家气候观象台2007年7月至2008年6月的梯度和涡度观测资料。首先对通量观测系统一年的观测数据分仪器进行缺测率统计,统计结果表明,数据缺测率均在1%以内,满足分析需要。根据通量观测仪器的物理性质及观测原理,降水期间的数据不可用,故对数据质量控制时,剔除降水期间及前后、半小时的数据,并且剔除4倍的标准差数据,共剩下约14500个样本数据进行分析。用涡度相关法和空气动力学法计算潜热、感热和动量通量,目的在于研究寿县通量观测系统观测数据的可靠性。图1给出了两种方法的潜热通量、感热通量、动量通量计算结果及两种方法计算结果的回归方程及R1.3通量和潜热通量的计算涡度相关法是目前被公认最好的测定感热通量和潜热通量的方法之一其中ρ用温度、湿度、风廓线资料直接计算感热通量和潜热通量是微气象领域的主要方法之一,是半经验半理论性的方法。利用空气动力学方法计算动量通量(τ)、感热通量(H)和潜热通量(LE)的表达式为:τ=ρu其中VonKármán常数取k=0.4;Z对于农田或草地,零平面位移一般取植被高度的63%,对于森林,一般取群落高度的70%~80%2基本组成2.1辐射分量的季节变化寿县通量塔7~9月下垫面为水稻,10月至次年2月基本为裸地,3~5月为小麦。图2为2007年7月至2008年6月CO图3给出了通量塔4m高度处测得的4个辐射分量(向下短波、向上短波、向下长波、向上长波)的季节变化图,由图可以看出,4个辐射分量存在明显的季节变化,且变化趋势基本一致,夏季辐射值大,秋冬季逐渐减小直至最小值,到春季又逐渐增大(在向上短波辐射图上,有一段时间辐射值较为异常,这是由于1月11日至2月7日下垫面被积雪覆盖,导致向上短波辐射突然增大)。2.2日本变化图4给出了2007年7月至2008年6月CO2.3下垫面能量闭合率下垫面反照率、能量闭合率、动量输送系数等等是模式边界层重要参数,以下用寿县通量观测系统观测数据来计算淮河流域农田生态系统下垫面几个重要的特征参数。下垫面反照率计算公式为:向上短波辐射/向下短波辐射,由于夜间向下短波辐射为0,故计算反照率时,剔除夜间数据,2008年1月11日至2月7日,下垫面长时间被积雪覆盖,对反照率的结果影响较大,故剔除雪盖数据,以下分裸地、小麦、水稻3种不同的下垫面来分析淮河流域农田生态系统下垫面的反照率情况(表2),淮河流域平均地表反照率为0.18,不同的下垫面之间的反照率存在差别,下垫面为水稻和小麦时的反照率明显小于裸地,裸地的反照率最大。能量闭合率的计算公式为:(感热通量+潜热通量)/(净辐射-土壤热通量),因为水稻下垫面的土壤热通量数据不可用,而寿县地区7~9月的下垫面主要是水稻,于是分析能量闭合率所选取的时段为2007年10月年2008年6月,其中10月至次年2月的下垫面主要以裸地为主,3~5月的下垫面主要是小麦为主,所以在分析能量闭合率时,分裸地、小麦及总的能量闭合率,计算结果如表3。由表3可知,裸地的能量闭合率小于小麦下垫面的能量闭合率,且淮河流域农田生态系统下垫面平均能量闭合率为0.92。模式边界层参数动量输送系数(即拖曳系数)的计算公式为:(摩擦风速/平均水平风速)3资料的质量检验(1)通量观测系统分仪器缺测率均在1%以内,满足分析要求,用涡度相关法和空气动力学两种方法计算潜热通量、感热通量、动量通量的复相关系数均超过了0.6,通过信度检验,总体认为通量观测仪器测得的数据可靠,原始资料具有客观性和可用性。(2)CO(3)CO(4)下垫面为水稻和小麦时的反照率明显小于裸地,平均地表反照率为0.18。能量闭合率与下垫面状况有关,小麦的能量闭合率达0.94,裸地为0