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题名	黑河中游人工绿洲灌溉农田SVAT系统水热传输过程研究
作者	吉喜斌
学位类别	博士
答辩日期	2007-05-29
授予单位	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
授予地点	寒区旱区环境与工程研究所
导师	康尔泗
关键词	黑河中游 人工绿洲 灌溉农田 农田绿洲 土壤－植被－大气传输系统 水热传输 观测与模拟
其他题名	Water and Heat Transfer in SVAT System in Irrigated farmland of Artificial Oases in the Middle Reaches of Heihe River Basin
学位专业	自然地理学
中文摘要	论文以黑河中游人工绿洲灌溉农田春小麦试验田为研究对象，依托国家生态网络临泽内陆河流域综合研究站，基于2003~2005年野外自动环境观测系统和大量的田间实验，开展了黑河中游人工绿洲灌溉农田SVAT系统水热传输过程研究，包括灌溉农田作物蒸腾与土壤蒸发过程、作物种植条件下土壤水分运移动态过程、土壤－植被－大气系统水热传输过程耦合等研究，试图为黑河中游人工绿洲灌溉农田水循环与农业节水实践等重要科学与关键问题提供基础性依据，初步结论如下： 1. 基于Penman-Monteith方程，对稀疏植被条件下Shuttleworth-Wallace双源蒸散模型进行合理参数化，并将该模型用于区分2003年黑河中游人工绿洲春小麦农田作物蒸腾与土壤蒸发通量对田间蒸散通量的贡献率研究，结果表明： ① 春小麦生长季，土－植系统热量平衡主要由净辐射、潜热、感热和地热通量等分量构成，其中潜热、感热和土壤热通量分别占净辐射通量的72.8%、23.3%和3.9%，说明人工绿洲灌溉春小麦农田的地表热量平衡中，主要以蒸散耗热为主； ② 春小麦生长季，作物蒸腾与土壤蒸发分别为240.9mm和120.5mm；作物生长季不同时期作物蒸腾与土壤蒸发对田间蒸散通量的贡献率取决于净辐射、叶面积指数、土壤含水量的变化； ③ 净辐射、叶面积指数、土壤含水量控制了农田水汽通量和能量传输在土壤和作物冠层之间的分配比例；冠层-大气与土壤－大气两个界面的能量和水汽传输过程存在显著的交互影响。 2. 基于土壤水动力学原理的Richards方程，引入根系吸水项，根据灌溉农田土壤水分运移存在的多种边界条件，构建作物种植条件下的土壤水分运移模型，并应用该模型对2004年黑河中游人工绿洲灌溉农田的土壤水分运移规律、作物根系吸水规律、田间水量平衡、优化灌溉模式等进行了计算，得出： ① 作物种植条件下的土壤水分变化过程主要受农田灌水的影响，其次是降雨量，每次灌水都能引起土壤水分观测剖面的剧烈变化，且各层反映相当灵敏；土壤水分动态变化过程对土壤饱和导水率、土表排水系数、净辐射、风速、水汽压、作物叶面指数等变化极为敏感； ② 一次灌水后，在高导水率和高蒸发力条件下，土壤水分迅速向下和向上运移，底层渗漏通量增加，随着土表水分迅速变干，土壤蒸发阻力增大，灌水后很长一段时间土壤蒸发通量始终保持一低水平；作物生长发育过程、大气状况、土壤水分储存量等对土壤水分向下向上运移速率产生中还要影响； ③ 作物根系吸水速率剖面分布受控于作物的生长发育、根系层土壤含水量剖面分布变化、大气条件等，且对土壤水分运移过程产生重要影响； ④ 春小麦整个生育期，降水为量仅为20.5mm，灌水量840mm，而农田蒸散发量为505.2mm，通过底层下渗补给地下水的量为364.9mm。田间灌溉水量主要消耗于田间蒸散发和深层渗漏补给地下水，降水对地下水的补给很小； ⑤ 人工绿洲灌溉农田生态系统不同灌溉处理条的田间土壤水分运移规律的模拟结果表明，减少每次灌溉定额和增加灌溉次数能够提高田间水分利用效率，例如，当每次灌溉定额减少40%，灌溉次数增加37.5%时，田间蒸散水分利用效率为71%，较目前的59%提高了12%左右；每次灌溉定额为63mm，春小麦生长季总灌溉水量为693mm，较目前的840mm减少了13%左右；仅有25%左右被深层渗漏所消耗，较目前的43%减少了18%左右； 3. 基于SVAT系统水热传输过程SiSPAT模型，利用2005年春小麦生长季田间综合环境观测系统观测资料，对人工绿洲灌溉农田SVAT系统水热传输过程进行了模拟，结果显示： ① SiSPAT模型较高地捕捉到人工绿洲灌溉农田土壤含水量和土壤温度动态变化趋势，模型模拟结果评价总体上较好，说明该模型能够较为准确地模拟作物种植条件下SVAT系统水热传输耦合过程； ② 模拟期间，潜热、感热和地表以下传导热分别占净辐射的62.5%、28.7%和8.8%；白天感热通量提前于潜热通量达到最大值，且下午感热通量所占比例略有增加；夜间仍具有一定数量的潜热向上输送，尤其是一次灌溉或降雨事件后，则更为明显； ③ 模拟期间，降水决大部分被土壤蒸发和作物蒸腾所消耗，分别占降水量的70.7%和26.9%，其余部分被冠层蒸发和深层渗漏所消耗；灌水分别被作物蒸腾、深层渗漏和土壤蒸发所消耗，分别占灌水总量的57.4%、28.7%、13.9%； ④ 人工绿洲灌溉农田SVAT系统不同界面以及单层水热传输各分量之间存在消长过程，土壤层－作物冠层－大气层之间的相互作用及其对水热传输的交互影响明显，且受田间灌水、降雨过程、作物生长发育过程、大气状况等要素的显著影响； 4. 为使模型具有切实可行的数值求解方案，本文描述SVAT系统水热传输物理过程的数学描述都是在一定的假设前提下或对物理过程进行了简化处理的条件下建立的，如：视植物群体为在动量源或汇处的一张“大叶”；植物生理参数仅根据经验估算；将土壤水热等物理参数在水平方向上视为均一化；根系吸水函数中没有考虑盐分、盐分对根系吸水的影响； 5. 充分考虑SVAT系统水热传输过程中的生物和物理控制作用，深入开展包括非稳态条件下水分输送过程、非均质土壤和非均一植被条件下水热传输过程、非均一植被层的植物气孔控制蒸腾的生物学和物理学过程是今后工作的重点。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	179
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/21540]
专题	寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	吉喜斌. 黑河中游人工绿洲灌溉农田SVAT系统水热传输过程研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007.

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