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涡度相关技术作为地表通量观测的标准方法被广泛应用于各类生态系统的通量观测中。但涡度相关观测存在能量不闭合问题,其对通量测定的影响还不甚清楚。为此,我们在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田进行了连续3年(2003年11月~2006年10月)的涡度相关和微气象梯度观测。以波文比法和蒸渗仪法为参照,探讨涡度相关观测的能量闭合状况对农田蒸散测定的影响。在导致涡度相关观测能量不闭合的诸多因素中,寻找对蒸散测定有影响的因素。这对于完善涡度相关技术具有重要意义。结果表明:
(1)农田涡度相关观测的能量平衡比率(EBR)日变化规律明显:以傍晚昼夜交替时波动最大,下午略高于上午,白天能量闭合状况明显优子夜间。将湍流能(LE+H)的相位提前半小时,其与有效能(Rn-G)的匹配度及能量闭合程度均得到提高。白天EBR季节变化明显:秋冬较高,夏季较低,春季居中。月均白天EBR在7~8月最小,在10月最大。三年的白天EBR年均值范围在0.82~0.97,平均0.89。下垫面状况对地表能量闭合程度影响显著,裸地阶段、小麦季和玉米季的年均白天EBR分别为1.11、0.94和0.74,麦季的能量闭合状况优于玉米季;EBR波动幅度依次为:裸地阶段>玉米季>小麦季。
(2)在冬小麦田和夏玉米田,涡度相关法和波文比法所测蒸散量(分别为ETec和ETb)日变化、季节变化趋势一致。ETec和ETb在日尺度和月尺度上均具有极显著的线性相关关系(P<0.01)。日尺度和月尺度上,ET与太阳总辐射(Rs)和气温(Ta)也均存在极显著的相关关系(P<0.01)。
(3)2004年11月至2005年10月在冬小麦/夏玉米轮作田,比较涡度相关法、波文比法和蒸渗仪法测定的白天日蒸散量(分别为ETec、ETb和ETL),发现三者两两之间显著相关(P<0.01),并有相似的季节变化。无论麦季或玉米季,均以ETec最小,ETb居中,ETL最大。平均ETec/ETb麦季约为0.81,玉米季约为0.87;平均ETec/ETL麦季约为0.60,玉米季约为0.50。日尺度上,在冬小麦和夏玉米全生长季,蒸散比(ETec/ETb、ETec/ETL)均与EBR显著相关(P<0.01)。麦田种植密度大,下垫面较均匀,蒸散比与EBR成正比(P<0.01),且不受叶面积指数(LAI)大小影响;反之,玉米田种植密度小,只有当LAI>1、下垫面变得较均匀后,蒸散比与EBR的关系才变得显著(P<0.01)。风速小时蒸散比与EBR显著相关,风速增加时二者相关性减弱。尤其在玉米田,当摩擦风速(u*)大于0.3m·s-1时,蒸散比与EBR的相关性己不再显著。以上结果表明:日尺度上,在冬小麦田,当风速较小时(u*<0.4m·s-1);在夏玉米田,当LAI>1且u*<0.3m·s-1时,可用EBR校正涡度相关法所测蒸散量。月尺度上,ETec/ETL与EBR成正比(P<0.01),但ETec/ETb与EBR相关性己不再显著。据此可直接用ETec/ETL与EBR的关系,以EBR=1作为标准对涡度相关法所测蒸散量进行校正。