黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗的环境响应及模拟

摘要: 蒸散发(ET)是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节, 精确估算蒸散发, 对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义, 而冠层阻抗则是准确估算蒸散发的一个重要变量。为了确定冠层阻抗模型区域适用性、解决其参数化问题, 本研究基于黑河重大研究计划已有的通量观测数据, 以Irmak 模型为基础,考虑微气象因子与冠层阻抗之间的关系, 增加了大气CO2 浓度对冠层阻抗的影响, 构建了未考虑CO2 和考虑CO2 影响的两种Irmak 模型, 并将其与Penman-Monteith(P-M)模型耦合, 利用已有涡度相关数据, 分析和检验了两种冠层阻抗模型对环境变量和大气CO2 浓度响应的模拟结果, 并对模型参数进行敏感性分析。结果表明:将考虑大气CO2 浓度影响的Irmak 模型与Penman-Monteith 模型耦合, 能够更好地模拟玉米冠层阻抗和蒸散量对外部环境变量的响应过程。在参数率定期该模型所模拟的冠层阻抗和蒸散量与实测值之间的R2 分别达0.76和0.95, RMSE 分别达33.1 s·m1 和34.5 W·m2; 模型验证期冠层阻抗和蒸散量模拟值与实测值之间的R2 分别达0.68 和0.90, RMSE 分别达63.2 s·m1 和49.0 W·m2。两个独立验证点结果表明考虑了大气CO2 浓度影响的Irmak 模型具有较好的空间可移植性和适应性, 模型能够较为准确地模拟玉米在整个生长季半小时时间尺度上的农田耗水过程。敏感性分析表明玉米冠层阻抗及其蒸散量对净辐射和相对湿度变化最为敏感, 其次是气温、叶面积指数和大气CO2 浓度。本文所构建的考虑大气CO2 浓度对于玉米冠层阻抗影响的Irmak 模型能够较为准确地估算作物蒸散量, 并可为种植结构调整、土地利用方式改变以及大气CO2 浓度变化环境下的农田耗水研究提供一定的研究依据。