大兴安岭多年冻土区典型湿地地表能量交换和蒸散研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianming_zhang
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多年冻土湿地与大气之间不断进行感热、潜热和蒸散等能量和物质交换,形成了独特的湿地生态系统和特有的气候环境,其能量交换变化情况对多年冻土湿地生态环境的发展和区域气候变化有重要的影响,因此深入研究以多年冻土湿地为下垫面的能量通量和水汽交换是十分必要的,但是我国还没有对此生态系统陆面水热通量观测研究。本研究基于涡动相关法,在大兴安岭多年冻土区一块典型湿地开展两年生长季能量通量和蒸散观测,以揭示多年冻土湿地生态系统的能量通量和蒸散的变化规律及影响因素,为深入研究多年冻土湿地能量和水分循环提供较可靠的实际观测数据,可用于大兴安岭地区陆面模式参数化方案的优化和遥感反演资料的校验。主要研究结果如下:(1)大兴安岭多年冻土区湿地生长季内能量交换通量各分量(感热通量、潜热通量、净辐射通量和土壤热通量)日变化均为“单峰”型,正午左右达到峰值,具有明显的季节变化特征。2018年生长季内平均值分别为40.1±30.2 W m-2、47.8±27.5 W m-2、143.3±58.7 W m-2和8.8±5.6 W m-2,2019年生长季内平均值分别为34.7±18.4 W m-2、53.5±23.9 W m-2、116.4±5.2 W m-2和7.5±5.0 W m-2。(2)在季节尺度上,感热通量主要受辐射通量影响,潜热通量主要受辐射通量和温度的影响;在日尺度上,感热通量除受辐射通量影响外,还受空气温度影响较强烈,潜热通量除辐射通量和温度影响之外,风速也是影响其变化的主要环境因子。利用温度、辐射通量、空气饱和水汽压差实际观测数据,通过最小二乘法计算后得到的多元线性拟合方程可以较好的模拟湿地的感热通量和潜热通量季节尺度变化情况。(3)能量分配比率为在生长季内潜热通量占主导地位,占净辐射的33%~45%。2018年和2019年生长季能量闭合率分别为0.83和0.78,均在生长季中期能量闭合率较好,生长季初期和末期能量闭合率较差,整个生长季能量闭合率结果与全球FLUXNET站点报道的能量闭合率的平均值(0.79)较接近。(4)大兴安岭多年冻土区影响蒸散的主要驱动因素为辐射、温度和空气饱和水汽压差,同时由于湿地植被根系对水分毛细传输作用,大大削弱了地下水位变化对蒸散的影响。在春夏季节,如果发生湿地空气温度高,降水少的天气状况,会显著增加全年蒸散量,改变湿地的相关水文过程。(5)植被系数季节变化明显,且日间波动较大,生长初期和末期小于生长季中期,同时在降水量较高的时期会导致实际蒸散高于潜在蒸散的情况发生,即植被系数大于1。利用3种不同的潜在蒸散模型(Penman-Monteith法、Priestley-Taylor法和Makkink法)结合植被系数对实际蒸散进行估算,得到估算结果误差较大,RMSE和MAE在0.82~1.07 mm d-1,这是由于常规植被系数只考虑季节波动,并未考虑日间波动所导致的。通过相关分析发现植被系数与温度之间存在较好的相关性,所以本文利用温度来修正植被系数,并且利用2018年数据进行植被系数修正,2019年数据进行模拟结果验证,模拟误差缩小,RMSE和MAE在0.57~0.79 mm d-1,得到适用于多年冻土湿地蒸散模拟的潜在蒸散模型模拟效果优先级为:Penman-Monteith法>Priestley-Taylor法>Makkink法。
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