基于渦度相關(guān)與冠層溫度遙感信息的實(shí)時(shí)農(nóng)田墑情監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、華北平原是中國(guó)最主要的糧食產(chǎn)區(qū)之一.然而,水資源短缺日益成為這些地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力發(fā)揮的限制因素和作物正常生長(zhǎng)的主要障礙因素,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)勢(shì)在必行,進(jìn)行實(shí)時(shí)農(nóng)田墑情監(jiān)測(cè)以準(zhǔn)確確定灌溉時(shí)間和補(bǔ)灌水額是減少水資源浪費(fèi)、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、合理管理水資源的根本途徑之一.從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,利用遙感信息技術(shù)監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍農(nóng)田墑情具有廣闊的應(yīng)用背景.該研究試驗(yàn)點(diǎn)位于太行山山前平原的中國(guó)科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站,首次采用渦度相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)測(cè)定農(nóng)田實(shí)際蒸散量,結(jié)合

2、冠層表面溫度觀測(cè),分析了影響冠層表面溫度因素及農(nóng)田水、熱和CO<,2>通量傳輸日變化和季節(jié)變化過程,建立了基于冠氣溫差資料估算華北地區(qū)農(nóng)田日蒸散量的簡(jiǎn)化模式,探討基于地面測(cè)定冠層表面溫度來監(jiān)測(cè)農(nóng)田尺度土壤墑情的潛力.初步得出如下幾點(diǎn)結(jié)論:1.冬小麥田能量平衡分量日變化過程中,由于土壤水分狀況和作物長(zhǎng)勢(shì)的不同,導(dǎo)致蒸發(fā)比值EF日變化曲線形狀的差異,主要有“米氏”型、“U”型和倒“S”型.晴天且土壤水分非充足狀況下,農(nóng)田潛熱通量日變化正午前

3、后存在明顯的蒸散高地(evapotranspiration plateau),表現(xiàn)為蒸散量日變化曲線斜率的突然變化,表明發(fā)生暫時(shí)水分脅迫.在冬小麥蒸散通量日變化過程中,白天蒸散通量與可供能量之間呈正相關(guān)關(guān)系,夜間則相反,水汽通量與可供能量之間呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系.在非水分脅迫情況下,CO<,2>通量日變化為U型,CO<,2>通量與凈輻射和潛熱通量高度相關(guān),白天與冠層溫度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系,在18～24℃范圍內(nèi)隨著冠層溫度的升高,CO<,2>負(fù)

4、向通量逐步增加,夜間CO<,2>通量與冠層溫度之間為正相關(guān)關(guān)系,隨著冠層溫度的升高,CO<,2>負(fù)向通量逐步增加,冬小麥灌漿期瞬態(tài)水分利用率大約為0.012～0.014g/g.2.農(nóng)田表面溫度是由作物長(zhǎng)勢(shì)和外界的輻射、土壤水分狀況等因素共同作用確定的.農(nóng)田表面溫度和氣溫的日變化過程中,由于葉面積指數(shù)的不同導(dǎo)致二者關(guān)系的差異,生長(zhǎng)初期農(nóng)田表面溫度與氣溫高度相關(guān),生長(zhǎng)盛期農(nóng)田表面溫度與氣溫之間的關(guān)系較復(fù)雜,離散程度很大;影響冠層溫度高低的主

5、要能量因子為凈輻射通量;風(fēng)速變化對(duì)冠氣溫差的影響極為顯著,二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.農(nóng)田表面溫度季節(jié)變化過程中,冬小麥田部分植被覆蓋情況下,下午13:40時(shí)刻內(nèi)的表面溫度可以監(jiān)測(cè)表層5cm土壤水分狀況,返青后下午13:30～14:00時(shí)段內(nèi)的冠氣溫差能更好地反映土壤水分狀況,與0-100cm土層土壤含水量相關(guān)程度最高,但出現(xiàn)小于3mm的降雨量時(shí)足以使降雨后第一天的表氣溫差資料失真.3.冬小麥越冬前非陰雨天天氣狀況下,表氣溫差和相對(duì)蒸散量與0-5

6、cm耕層土壤含水量高度相關(guān),并與凈輻射通量、顯熱通量和空氣飽和差呈正相關(guān)關(guān)系,冬小麥出苗和苗期生長(zhǎng)的適宜表氣溫差值為0℃以下;冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育盛期(LAI≥3),冠氣溫差和相對(duì)蒸散量與0-100cm土層土壤含水量相關(guān)程度最高,達(dá)到0.01信度水平,適宜的冠氣溫差值在-1.6～-2.5℃范圍內(nèi).日蒸散量和日凈輻射通量的差(ETa-Rn)與基于下午13:30～14:00時(shí)刻的冠氣溫差(Tc-Tmax)呈極顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系,該關(guān)系可進(jìn)一步研