会同杉木林蒸散特征及不同估算方法不确定性研究

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杉木(Cunninghamia lanceolata)林是我国人工种植面积最大且具有较高经济效益的亚热带用材林。因此,杉木林蒸散的准确观测对其水资源和林地的科学利用与规划起到关键作用。但是,对于如何评估杉木林蒸散耗水仍缺乏准确的估算方法。本文利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站2016~2019年的水汽通量与气象梯度观测数据,采用涡度相关法(EC)研究了该地杉木林蒸散量(ET)的时间变化特征及其对气象因子的响应,同时在不同时间尺度上对比EC与彭曼联合法(PM)、水量平衡法(WBM)、波文比法(BREB)所得ET,探讨不同估算法在杉木林ET研究的可行性并甄别了最佳估算法,主要结果如下:(1)杉木林ET在四季均呈午后高夜间低的单波形平均日变化特征,最大值均出现在13:00,值分别为0.259、0.396、0.250、0.128 mm.h-1,最小值出现在夜间,时间不确定,值接近于0;ET呈夏高冬低的单波形年变化特征,最大值集中出现在 7、8 月,值依次为 105.11、103.54、107.02、113.86mm·mon-1;最小值集中出现在冬季,值依次为 30.00、30.62、31.41、29.06 mm·mon-1。(2)杉木林ET主要气象影响因子为净辐射(Rn)、气温(Ta)及饱和差(VPD)。在小时、日及月尺度上,ET和气象因子的关系基本保持一致。ET与Rn之间呈极显著线性函数关系(P<0.001),与Ta之间呈极显著指数函数关系(P<0.001),与VPD之间呈极显著的二次多项式函数关系(P<0.001),与土壤水分含量(SWC)之间呈极显著线性函数关系(P<0.001)。(3)在小时、日及月尺度上,PM和EC所得ET在春季及秋季具有较好的一致性,夏季次之,冬季最差。PM与EC所得ET日变化趋势在春、夏、秋季比较一致,但在冬季则明显存在位相漂移,差异明显;PM和EC所得ET年变化趋势基本一致,存在夏季的明显高估和冬季的明显低估,从而使年总量差异很小;PM和EC所得ET的差值与Rn、Ta及VPD之间均呈极显著线性正相关(P<0.001),与SWC则为极显著线性负相关(P<0.001)。(4)月尺度上,WBM和EC所得ET在4季的一致性不好,尤其在春季WBM所得月ET显著高于EC所得。WBM和EC所得ET年变化趋势较相似,但在春季、夏初及年总量上存在显著差异;WBM和EC所得ET的差值与Rn、Ta及VPD之间不具备显著相关(P>0.05),与SWC则为极显著线性正相关(P<0.01)。(5)在小时、日及月尺度上,BREB和EC所得ET在4季的一致性均差。BREB和EC所得ET日变化趋势虽在4季上相似,但大部分时间差异显著;BREB和EC所得ET年变化趋势基本一致,但各月份BREB所得的ET均大于EC所得,从而使年总量差异较大;BREB和EC所得ET的差值与Rn、Ta及VPD之间呈极显著线性正相关(P<0.001),与SWC则为极显著线性负相关(P<0.001)。综上所述,杉木林ET呈午后高夜间低的单波形日变化及夏高冬低的单波形年变化,其ET主要气象影响因子为Rn、Ta及VPD;PM在杉木林ET研究中具有较好的适用性,WBM及BREB的适用性则较差,且不同的估算方法所得ET均高于EC值。
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