民勤绿洲-荒漠生态系统梭梭人工林能量分配和蒸散特征

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylwang8866
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本文利用涡度相关系统(Eddy covariance system,EC system),观测民勤绿洲—荒漠生态系统梭梭人工林植被区和裸地区两种不同下垫面能量和蒸散(Evapotranspiration,ET)变化特征。利用2017年12月至2019年12月数据,探究了不同大气湍流运动条件下的能量平衡特征,不同土壤水分条件下能量分配随环境因素的变化特征,以及生长季和非生长季的ET变化特征。利用增强回归决策树方法(Boosted regression tree method,BRT)得出影响能量分配和ET的主要环境控制因素。主要结果和结论如下:(1)、两区域EC系统的能量闭合度(Energy closure ratio,EBR)与其观测数据质量的诊断值(Quality control,QC)受近地表大气湍流运动的影响显著。全年植被区和裸地区EBR的日均值分别为0.70和0.62,生长季植被区和裸地区EBR日均值相差较小(植被区和裸地区分别为0.56和0.60),非生长季植被区EBR日均值高于裸地区(植被区和裸地区EBR分别为0.82和0.62);EBR与QC均随大气稳定度(Atmosphere stability,ζ)变化规律一致,从大气不稳定(ζ<-0.04)向稳定(ζ≥-0.04)条件变化中,EBR降低(ζ<-0.04时EBR>0.7,ζ≥-0.04时EBR<0.4),同时QC较大(ζ<-0.04时QC<5,ζ≥-0.04时QC>5),数据质量降低;摩擦风速(Friction speed,*)>0.3 m·s-1或湍流热力条件(Thermal conditions,w’T’)>0.07℃·m·s-1时,植被区和裸地区的EBR和观测数据质量较高(EBR>0.7,QC<5)。(2)、感热通量(Sensible heat flux,H)是植被区和裸地区能量的主要分配项。植被区的土壤表层体积含水量(Soil volumetric water content,SWC)低于裸地区,植被区的净辐射(Net radiation,Rn)低于裸地区,而植被区H的能量占比高于裸地区,植被区潜热通量(Latent heat flux,LE)的能量占比和蒸发比(Evaporative fraction,EF)低于裸地区;生长季植被区和裸地区的土壤热通量(Soil heat flux,G)能量占比较小,分别为8.77%和0.63%,能量传输方向从地表向地下传输,非生长季两区域的G为负值,能量传输方向改变为地下向地表传输;由BRT结果分析得出,SWC是植被区和裸地区EF主要影响因素,另外裸地区VPD对EF影响高于植被区;两区域SWC促进EF增加,EF随Rn和饱和水汽压差(Vapor pressure deficit,VPD)增加而降低;土壤干燥条件下VPD对EF的影响作用不明显,而EF随Rn增加而降低较明显,土壤湿润条件下LE增加,VPD对EF影响作用较大,而Rn对EF影响作用降低。(3)、植被区和裸地区ET日均值分别为0.38 mm·day-1和0.44 mm·day-1,植被区和裸地区ET和降水比值分别为1.14和1.31;植被区ET的主要控制因素是SWC,裸地区ET的主要控制因素是Rn;湍流的运动条件对植被区和裸地区的ET影响也较明显,其中生长季w’T’对ET影响较大,非生长季*对ET影响较大;两区域ET差异主要与SWC差异有关,植被区存在较厚的干沙层使得SWC较低,ET降低,一定程度上有利于深层土壤水分维持,供给于梭梭等植物。以上研究结果和结论加深了绿洲—荒漠生态系统稀疏植被区域能量分配和ET特征及环境影响机制的认识,可为生态脆弱区应对气候变化相关政策的制定提供理论依据。
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