稻田逐时蒸散量的测定及其模拟方法的比较

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０３６９－０５＊稻田逐时蒸散量的测定及其模拟方法的比较刘斌１，２，胡继超１，２，张雪松２，张富存２（１．南京信息工程大学生态气象环境研究中心，南京２１００４４；２．江苏省农业气象重点实验室，南京２１００４４）摘要：水稻生长季内，采用蒸渗计、涡度相关仪（ＥＣ）测定稻田逐时蒸散量，应用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型（ＰＭ模型）、Ｓｈｕｔｔｌｅｗｏｒｔｈ－Ｗａｌｌａｃｅ双源模型（ＳＷ模型）进行模拟，并对比模拟值

2、与观测值，验证了蒸散模型可靠性。结果表明：①涡度相关仪测定的稻田蒸散显著低于蒸渗计，蒸渗计测定的稻田蒸散较涡度相关法更为可靠。②ＳＷ模型模拟效果优于ＰＭ模型，模拟值与蒸渗计实测值更加接近，尤其在生育前期和后期水稻冠层稀疏时段。③稻田土壤蒸发占总蒸散比例较小且水层作用使阻力基数值降低，土壤阻力敏感性较旱地低。关键词：逐时蒸散；蒸渗计；Ｓｈｕｔｔｌｅｗｏｒｔｈ－Ｗａｌｌａｃｅ双源模型；稻田中图分类号：Ｐ４９；Ｓ５１１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０７９刘斌，胡继超，张雪松，等．稻田逐时蒸散量的测定及其模拟方法的

3、比较［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：３６９－３７３．准确定量稻田蒸散是模拟农田土壤水分变化，合理规划农业用水，评估稻田生态系统对区域变化适应与响应的基础。目前，多用水文、微气象、作物生理法直接测定蒸散量，或采用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型（ＰＭ模［１］型）、土壤水分平衡、波文比能量平衡法等方法模拟。采用涡度相关仪（ＥＣ）具有高精度及可移动性，应用广泛，但要求下垫面均有，且能量不闭合问题一定程度影响其可靠性，众多矫正手段仍旧无法避免能量不闭［２］合的现状；采用蒸渗计测量并不存在此类问题，数据可靠，但建造成本大，仪器建设好以后不能再移动。基［３

4、］于“大叶模型”的ＰＭ模型对稀疏植被蒸散模拟明显偏低。为此，采用蒸渗计和涡度相关直接测定稻田逐时蒸散量，并采用ＰＭ模型和ＳＷ双源模型进行模拟，探讨涡度相关仪测量及ＳＷ模型对各时期稻田蒸散模拟的有效性，并试图通过模型阻力分析探索模型改进方向。１材料与方法１．１试验设计与方法稻田蒸散观测试验在南京信息工程大学农业气象试验站（３２°１２′Ｎ，１１２°４２′Ｅ）进行，稻田东西长１１０ｍ，南北宽６０ｍ。水稻品种为南粳４４，于２０１３年５月２０日播种，６月２２日移栽，１０月２０日收获。水稻移栽后浅水活棵，分蘖盛期落干烤田，幼穗分化开始后进行间歇灌溉直到成熟。其余的施肥、除草

5、等田间管理同当地大田生产。将６ｍ高的微气象观测塔安置于稻田中心偏西约１０ｍ处，三维超声风速仪（ＣＳＡＴ３，Ｃａｍｐｅｌｌ，ＵＳＡ）和红外气体分析仪（Ｌｉ－７５００，Ｌｉｃｏｒ，ＵＳＡ）安装高度为３ｍ，于水平方向与主导风向垂直测定脉动风速、水汽和ＣＯ２体积分数。同时，在２、３、５ｍ三个梯度安装温度、湿度、风速传感器（ｈｍｐ４５，ＶａｉｓａｌａＦｉｎｌａｎｄ；０１０Ｃ，Ｍｅｔｏｎｅ，ＵＳＡ）测定空气温度、湿度、风速；采用土壤温度传感器（１０７，Ｃａｍｐｂｅｌｌ，ＵＳＡ）、湿度传感器（ＣＳ６１６，Ｃａｍｐｂｅｌｌ，ＵＳＡ）和热通量板（ＨＦＰ０１，ｈｕｋｓｅｆｌｕｘ，Ｔ

6、ｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）测定地表和地下１０ｃｍ处温度、湿度和土壤热通量。在系统正南方３ｍ高度安装净辐射仪（ＣＮＲ４，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ），以测定稻田间净辐射。采用＊收稿日期：２０１４－０３－０８基金项目：公益性行业（气象）科研专项（ＧＹＨＹ２０１１０６０２９－７）；江苏省气象灾害国家重点实验室项目（ＫＬＭＥ１００７）作者简介：刘斌（１９９０－），男，江苏江阴人。硕士研究生，主要从事应用气象的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｍａｒｔ．ａｂｅｌｌ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ通讯作者：胡继超。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｃｈｕ＠１２６．ｃｏｍ３６９ＣＲ５０００采集器采集数据，采样频率

7、１０Ｈｚ，每３０ｍｉｎ记录数据。在观测塔附近稻田中，埋设０．７０ｍ深、直径为０．１５ｃｍ的ＰＶＣ管，安置水位计（ＨｏｂｏＵ２０，Ｏｎｓｅｔ，ＵＳＡ），每１０ｍｉｎ自动监测１次稻田水层深度。圆形蒸渗计（ＬＧ－Ⅱ兰州干旱气象研究所兰州）距离气象观测塔正北５ｍ，面积４ｍ２，土体深度２．６ｍ，测量最大分辨率为０．０１ｍｍ，同期栽种水稻植株。每１ｈ自动采集和记录１次圆桶内的水分散失量。１．２模拟方法１）基于辐射平衡和空气动力学的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型（ＰＭ模型）形式为：Δ（Ｒｎ－Ｇ）＋ρ·Ｃｐ·（ｅｓ－ｅ）／ｒａλＥ＝（１）Δ＋γ（１＋ｒｓ／ｒａ）式中：ρ为空

8、气密度；Ｃｐ为空气比热；