Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| DOI | 10.27204/d.cnki.glzhu.2021.001004 |
| 夏季风影响过渡区典型生态系统陆面水热交换特征及其影响因子研究 | |
| 任雪塬 | |
| 出版年 | 2021 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 夏季风影响过渡区是典型的生态系统过渡区和生态环境脆弱带,有关该区域地表水热传输过程以及环境生态因子对能量分配的影响研究是该特殊区域亟待解决的科学问题。本文选取夏季风影响过渡区中六种植被类型——高寒草甸、荒漠草地、玉米农田、半干旱草地、马铃薯农田及小麦农田,深入了解了夏季不同类型下垫面能量平衡和分配过程,分析了该区域Bowen比的日、季节以及年际变化,并从气候环境和生理生态两个方面探究了影响因子对不同生态系统水热传输过程的调控作用,在此基础上,使用长时间序列的农田生态系统观测资料,揭示了同一生态系统不同干湿条件下上述因子对陆面水热交换规律的响应。该研究对揭示夏季风影响过渡区生态系统陆面特征及改进陆面过程参数化关系具有重要参考意义。本文主要得到以下几点结论:(1)各生态系统地表能量均不平衡,相比于可利用能量,湍流通量被低估了。在夏季风过渡区不同类型下垫面中,半干旱草地的地表能量闭合程度接近理想状况,达91%;其次为小麦农田生态系统(74%)。荒漠草地(69%)与高寒草甸(71%)能量闭合度相差不大,马铃薯农田(61%)的地表闭合程度仅次于玉米农田(62%)。长期观测结果表明,半干旱农田生态系统地能量闭合度(89%)与半湿润农田生态系统相近(81%)。(2)在过渡区典型下垫面中,净辐射、潜热通量、感热通量、土壤热通量均值的最大值分别出现在玉米农田(130.33 W?m ~2)、高寒草甸(81.45 W?m~2)、半干旱草地(42.56 W?m ~2)、荒漠草地(4.32 W?m~2)中。对于观测时间较长的农田生态系统而言,半干旱区与半湿润区净辐射、感热通量日峰值非常接近,但潜热通量相差悬殊,半湿润区农田潜热通量日峰值几乎是半干旱区的2倍;土壤热通量日峰值半湿润区约为半干旱区的2/3。(3)过渡区中,玉米农田、高寒草甸、马铃薯农田及小麦农田的潜热通量在能量分配中占主导地位,荒漠草地、半干旱草地通过感热通量加热大气。相比不同类型下垫面夏季的能量分配而言,半干旱区农田生态系统生长季受季风降水波动大的影响,出现了感热通量和潜热通量在能量分配中呈现交替占优的现象,半湿润区可利用能量则主要由潜热通量消耗。此外,半湿润区生长季潜热通量是感热通量的2.4倍,但同期半干旱区二者几乎相当。(4)荒漠草地和半干旱草地夏季感热通量为可利用能量的主要消耗项,其余下垫面则以潜热通量为主要消耗项。相比于生长季的观测结果,半干旱区农田生态系统年内感热通量是可利用能量的主要消耗项,即使在降水较为集中的季风期,其Bowen比依旧在1附近波动。对于半湿润区农田生态系统而言,夏季潜热通量在能量分配中占主导地位(Bowen比平均值为0.71),其余三季感热在能量分配中起支配作用(Bowen比在1.15-5.85)。(5)从影响陆面水热交换的气象因子来看,过渡区不同下垫面Bowen比的主要影响因子饱和水汽压差(VPD)、地-气温差。影响不同干湿条件下农田生态系统Bowen比的主要环境因子为平均温度(Ta)、VPD、浅层土壤含水量(SWC)和降水量。该区域Bowen比与Ta呈负相关关系符合理论分析,且这一规律在半湿润区比半干旱区表现更好。在干旱条件下,VPD与半湿润区Bowen比的相关性更显著。该区域农田生态系统的Bowen比随SWC的增大而减小,在半干旱地区减小的幅度更大,因为半干旱地区陆面水热交换过程对SWC的变化更敏感。(6)从影响生长季Bowen比的生态因子来看,过渡区典型下垫面归一化植被指数(NDVI)均与湍流通量有较好的相关关系,其中潜热通量随NDVI增加,感热通量与NDVI呈负相关关系。各典型下垫面Bowen比和NDVI的回归方程系数与NDVI均值也呈指数减小关系。二者的这种关系实际上是生态因子对蒸散量的影响,即NDVI通过影响冠层导度(Gs)来调节生态系统的蒸腾过程,进而对生态系统Bowen比产生重要的调节作用。在水热交换的季节和年际变化中,Priestley-Taylor系数()与Bowen比之间满足幂函数规律,半湿润区和半干旱区~2分别为0.62和0.72。另外,该区域生态系统Bowen比随NDVI的增大而减小,半湿润区二者关系更显著(~2=0.40),但半干旱区Bowen比对NDVI变化的响应更迅速。Gs与Bowen比之间呈负指数关系,半干旱区Bowen比随Gs的增大而减小的趋势比半湿润区更明显。 |
| 中文关键词 | 夏季风影响过渡区 ; 能量平衡 ; Bowen比 ; 生态生理因子 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | X171.1;P425.42 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373392 |
| 作者单位 | 兰州大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任雪塬. 夏季风影响过渡区典型生态系统陆面水热交换特征及其影响因子研究[D]. 兰州大学,2021. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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