科尔沁草甸草地生长季能量平衡特征

温为（０ １ ４４ ℃ ， ２． 士 ． ） 平均 日降水量 为 ２４ｍ ． ｍ。代 表性 植 物群 落 主要 有 芦 苇 （ ｈａｍｉｓａｓａｉ）羊 Ｐ ｒｇ ｔ ｕｔ ｌ 、 ｅ ｒ ｓ 草 （ ｅｍｕ ｈｎ ｎｉ） 莎 草 （ ｙ ｅｕ ｏ ｐ ｅｓｓ 、 Ｌ ｙ ｓｃｉｅ ｓ 、 ｓ Ｃ ｐ ｒｓｃｍ ｒｓｕ ） 野 大豆 （ ｌｃ ｅｓ ａ 、 前 （ ｌｎａｏａｉｉ ） 小 Ｇｙｉ ｏ ） 车 ｎ ｊ Ｐａｔｇ ｓ ｔａ 和 ａｃ 叶毛茛 （ ａ ｕｃｌ ｉ ｏｈｌｓ ， Ｒ ｎｎｕ ｓ ｃ ｐｙ ｕ ） 草地平均植株高 ｕｍ ｒ ｌ 度为 ０ ２ ｎ 叶面积指 数 在生 长季 中期 约 为 ３７ 土 ．６Ｉ， ．，
收稿 日期 ：０ ２－ １— ９ 修 订 日期 ：０ ２— ２— ３ ２１ ０ ２； ２１ ０ ２ 。 基金项 目： 国家 自然科学基金 （０ ７ ０ ９ 和 国家科技支撑 项 目（ ０６ ＡＣ １ ２ ２０ Ｂ ０ Ａ ５ ２ 共 同资助 。 ４８５６ ） ２０ Ｂ ０ Ａ１ ，０ ６ ＡＤ ３ ０ ０ ） 作者简介 ： 徐亚琪 ， ，９ ８年生 ， 女 １８ 在读硕 士研 究生 ， 主要从事应用气候 学研 究 ， — ｉ： ｗＷ ｕ ＠１６ ｃｒ。 Ｅ ｍａ ｗ ｘ ｙ ｌ ２ ．ｏ ｎ 通信作者 ： 高西宁 ， — ｉ ８４ ７ ３ ＠１３ ｔｍ。 Ｅ ｍａ ：８ ８ １５ ６ ．ｏ ｌ
Ｔａ ｌ Ｄｅ ｃ ｉ ｔ ｎ ｏ ｄ ｙ ｃ ｖ ｒａ ｃ ｍｉ ｒ ｃｉ ｔ ｂｅ１ ｓ ｒｐ ｉ ｆｅ ｄ ｏ ａ ｎ ｅ， ｃ ｏ ｌ ｏ ｉ ｍａ ｅ ａ ｄ ｓ ｌ ｒ ｒ ｄ ａ ｏ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｏａ ａ ｉ ｔ ｎ ｉ ｔｕ ｎ ｓ ｉ ｎ
第２ ８卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ６月
气 象 与 环 境 学 报
Ｊ ＵＲＮＡＬ Ｏ ０Ｆ ＥＴＥＯＲ０ＬＯＧＹ ＮＤ Ｍ Ａ ＥＮ ＶＩ ＲＯＮＭ ＥＮＴ
Ｖ ０ ． ８ Ｎｏ． １２ ３
Ｊ ｅ２ ２ ｕｎ ０１
徐亚琪 ， 陈妮娜 ， 高西 宁 ， 科 尔沁草甸草地生长季能量平衡特征 ［ ］ 气象与环境学报 ，０２，８ ３ ：１ ３ ． 等． Ｊ． ２ １ ２ （ ）３ — ６ Ｘ ａｑ ，ＨＥ ｉ ａ Ｇ Ｏ ｉ ｉｇ ｅ ． ｈ ｒｃ ｒｔ ｓ ｆｅｅｇ ａａｃ ｎＨｏｑ ａ ｏ ｕｉｇｇｏ ｔ ｅｓｎ Ｊ ．ｏｒａ Ｕ Ｙ ．ｉＣ Ｎ Ｎ ． ， Ａ Ｘ — ｎ ，ｔ １Ｃ ａａｔ ｉ ｃ ｎｒｙｂｌ ｅｏ ｒｉ ｍｅｄ ｗ ｄｒ ｒｗ ｈｓａｏ ［ ］ Ｊｕｎ ｎ ｎ ａ ｅｓ ｏ ｉ ｎ ｎ ｎ ｌ
５ ３． ・Ｉ 日照 时数 为 ２３－２ ９ ， 势 平 计 算 过程 中根 据 Ｗｅ ０ ５ １ＭＪＩ～， Ｔ ８７ ８２ｈ 地 ｂ提 出 的 ｗＰ Ｌ修 正理 论 ， 对 缓， 年平 均风速 为 ３５＿ ． ｎ ｓ 生 长 季 日平 均气 潜 热 通量作 了相 应 的修 正 。 由于 湍流 强 弱对 通 量 数 ．一４ ５ｉ・～，
准确地理解不 同地表类型与大气之间的能量交换特 征 ， 认识 区域 乃 至 全 球 的 水 循 环 与 气 候 变化 有 着 对 重要 的意 义 。 草地 生态 系统 具 有植 被 多 样 性 和较 大 的气 候 变 异性 ， 了解 草 地 的能 量 平 衡 特 征 既 对 认 识 草 地 的 生
壤类 型为草 甸土 。
１ ２ 研 究方 法 ．
据有 较大 的影 响 ， 因此 以摩 擦 风 速 （ ） Ｕ 为湍 流 强 弱 的度 量指标 ， 择大 于 一定 Ｕ 选 阈值 条 件下 的通 量 数 据可 以减 少 数 据 的不 确 定 性 。通 过 对 比 ， 择 Ｕ ＞ 选 ０ １１・ 时 的通 量 数 据 进 行 分 析 。其 中缺 失 的 ． ３Ｓ １ 数据 所 占比例 为 ３ ．％ 。对 于 缺 失 的 数 据 ， 行 如 ９２ 进 下插 补 ： 不足 ３ｈ的缺失 数据 进行线 性 内插 ， 过 ３ｈ 超 的 缺 失 数 据 运 用 ＭＤＶ （ ａ ｕｎ Ｖａｉｉｎ） Ｍｅｎ Ｄｉ ￣ ｒ ｒｔ ａｏ 法¨ 进 行插 补 。 反射 率是 由反 射 的光 合有 效 辐射 与 入 射 的光 合
中图分类号 ：８ ２ ２ ￥ １ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：６３—５ ３ 加１ ）３— ０ １— ６ １７ ０ Ｘ（ ２ ０ ０ ３ ０
引 言
地 。科 尔沁 草原 是 内蒙 古 自治 区重 要 的畜 牧 业 生产 基地 ， 区内广泛分布着沙质草甸草场¨ 生态条件脆 ，
能量 交换 是 生 态 系 统 最 重 要 的过 程 之 一 ， 影 弱 ， 它 由于 长 期 实 行 粗 放 的经 营 方 式 ， 地 退 化 、 碱 草 盐 响到气 温 、 水分 转移 和植 物 的生 长 以及 产量 ＿ ， ｌ 因此 化 和沙 漠 化 日趋 严 重 Ｊ 同 时该 区 属 于 大 陆性 Ｊ 卜 。
１２ １ 观测 内容及仪 器 ．． 科 尔 沁通量 观测塔 安装 于 ２０ ０ ７年 ８月 。测 量系
有效辐射的比计算得 出； 太阳辐射 Ｑ是 由入 射的光 统主要包括一套开路涡度相关系统和一套常规气象 合 有效 辐射计 算得 出 ， 式 ： 公 观测 系统 ， 外 包 括 对 太 阳辐 射 的测 量 。观 测 内容 另 ａ＝ Ａ ／ ０ ４ ２ Ｐ Ｒ （ ． ７× ） （） ３ 及 所 用 仪 器 见 表 １ 涡 度 相 关 数 据 和 常规 气 象 观 测 式 （ ） ， 。 ３ 中 系数 ０４ ．７为 Ｐ Ｒ 同 Ｑ 的 比率 ， Ａ 分母 ２是 表 １ 涡 度 相 关 和 常 规气 象及 太 阳辐 射 仪 器 将 ｔ ｌ１ＩＳ ｘ ・Ｉ２ 转换 为 Ｗ ・ｌ 的单位转 换 系数 ¨ ｍｏ Ｔ ｎ 。
出后开始增加 ， 中午达到 最大值 ， 后开始减 小， 之 峰值 及其 出现的 时间稍有不 同。两种典型天 气下 ， 各分量 占净辐射 比例次序 与 生长季平均情 况相 同。晴天时各分量与净辐射相 同， 呈单峰 型 ， 而阴天时变化规律 均不明显。 关键词 ： 甸草地 ； 草 生长季 ； 涡度相 关； 能量平衡 ； 闭合 度
混合 的草本植物 ， 分别从观测 点处 向南 和 向西延伸 ０ ９ｋ 和 ０ ８ｋ 向 北 及 向 东 延 伸 ０６ ｋ 和 ． ｍ ． ｍ， ． ｍ ２ ２ｋ 观 测地 南侧 散布 着 村庄 和 农 田 ， ． ｍ。 西部 有 农 田 和退 化 的草地 ， 向北 为 斑 块退 化 草 地 ， 西北 方 向距 观
区能量 平衡 的分 布 特 征 ， 增 进 对 科 尔 沁 草 原 地 表 以 态 效应 有 重 要 意 义 ， 有 助 于 增 强 人 们 对 地 表 过 程 大 气 间能量 交 换 的理 解 ， 为 深 入 研 究 草 地 生 态 系 还 可 与气候 变 化相 互 作 用 的认 识 ， 而 为 评 估 以及 如何 统的水分变化状况和能量循环提供科学依据。 进 应 对气 候 变 化对 生 态 环 境 的影 响提 供 帮 助 。 目前 ， 国 内外对 不 同类 型草 地 生态 系 统 的能 量平 衡 特 征 已 有 大量 研究
摘
要： 草地生 态系统具有植被 多样性 和较 大的气候变异性 ， 究草地的能量平衡 特征对认识草地的生 态效应具有重要 意 研
义 。利 用开路 涡度相 关 系统和常规气 象观测 系统 的观测 结果 ， 用最小二乘 法、 运 线性 回归等方 法对 ２ １ ００年科 尔沁草 甸草地 生 长季 能量平衡特征进 行分析。结果表 明： 尔沁草 甸草地生长季能量 闭合 比率 为 ８ ． ％ ， 明该地 存在 不闭合现 象， 闭合度 科 ０４ 说 且 居 于同类观 测的 中上水平 ， 涡度相 关观 测数 据较为可靠。反射率 日变化呈先 降后升趋 势， 中午达到最低值 ， 生长季（ ＿ ９月） ５＿ 在
１ ５ ｍ ．
式（） ４ 的右 端 为标 准 湍 流 热 通 量 ， 端 为 有 效 能 量 ， 左
季风气候 ， 也是气候变化的敏感区 ， 对全球变化十分 敏感¨ 。目前针对该草地类型能量平衡特征 的研究 还不是很多 ， 本研究依 据对 内蒙古科尔沁草甸草地 ２ １ 生 长季 （ ＿９月 ） ００年 ５＿ 的涡度 相 关观 测 ， 析 该地 分
１ 资料 与方 法
， 析 了北美 大 草原 能量 通量 的季 节 １ １ 研 究 区概 况 分 ． 分 布 。Ｂ ｌｏｃｉ 揭 示稀 树 干 草原 水 汽 和 能 量 通量 ａ ｃｈ ｄ 研究地点位于内蒙古 自治区通辽市东南部科尔 的限制 因子及其 影 响 方式 。阳伏 林 和 周 广 胜 针对 沁左 翼后 旗 努古斯 台苏 木 西 哈 伦 嘎查 （３ １ ７Ｎ， ４ 。７３ ”
０ ０ ０ ＿ ．２ ．４ － ｏ １０之 间波动 ， 整体也呈先 降后升趋 势， 均值为 ０ ０ １ 平 ．６ 。净辐 射与 太 阳辐 射 的比值 为 ０ ３ ６ 二 者呈线性 正相 关 关 ．８ ， 系。潜热通量是科 尔沁草 甸草地最主要 的能量 支出项 ， 其次是感热通 量。各分量 日变化与净 辐射基本相 同， 单峰 型 变化 ， 呈 日
３ ２
气 象 与 环 境 学 报
第２ ８卷
季风 气候 ， 温 充 足 ， 积 年平 均 气 温 为 （ ． ６２±１５ ℃ ， ．）
（・ Ｊ
）ｗ 为垂直 风 速 脉动 （ｎ ｓ ； 气 温 脉 ； ｉ・一） Ｔ为
四季分明， 雨热同期 ， 降水集 中在 ６＿ ＿９月 ， 年平均 降 动 （ ； Ｋ）口为空 气 的 比湿脉 动 。 水 量 为 （ ７ ． ± １０）ｍｍ＿ ３８８ ５ ｌ 年 平 均 总 辐 射 。 为了消除水热传输产 生的水汽密度脉动效应 ，
内蒙古草原是世界上现存 的最大的草地生态 系 测仪器 ２ ０ｍ处有一个水泡子 ， ０ 北部 １ １ ｍ 处和南 ． ｋ 统之一 ， 也是 中国草原 的重要组成部分 ， 在其 面积为 部 ３ ９ｋ ． ｍ处分别分布着 ３ｍ高的沙丘 。 ７ ８ ×１ ｋ 的天然草 地植 被 中， １ 为草 甸草 ．８ ０ ｍ １％ 该 区地处 中温 带 半 干 旱边 缘 区 ， 温 带 大 陆 性 属
温带荒漠草原的能量平衡特征及其驱动因子进行 了 研究 。刘帅等 对不同降水梯度下的蒙古 中部针茅 草原和 中国内蒙古 羊草草原、 海北 高寒灌丛草甸及 当雄 高 寒 草 甸 草 原 等 地 表 能 量 交 换 进 行 了对 比研
究。
１２１ ２Ｅ， 拔 高度为 ２ ３ｍ） ２ 。６４ ” 海 ０ 。该 区覆 盖 着均 匀
１３ 能量 平衡计 算 ． 地表 能量平 衡方程 可 以表示 为 ： Ｒ 一Ｇ—Ｓ＝ ＋ Ｅ Ｈ Ｌ （） ４
仪器型号
ＨＭ Ｐ ５ ４Ｃ
生产厂家
Ｖａ ｓ ｌ Ｈｅｓｎ ｉ Ｆ ｎ ａ ｄ ｉａａ． ｌｉｋ ． ｉ ｌｎ
高度
１ ５ ３ ０ ｍ ． ＿ ． １ ０ ｍ ． １ ５ ｍ ．
ｏ ｔ ｒｌｇ ｄＥ ｖｒｎ ｎ，０ ２ ２ （ ）３ 源自文库 ． ｆ ｅ ｏｏｙａ ｎ ｉ ｍｅｔ２ １ ，８ ３ ：１— ６ Ｍｅ ｏ ｎ ｏ
科 尔 沁 草 甸 草 地 生 长季 能 量 平衡 特 征
徐 亚 琪 陈妮 娜 高 西 宁 关德 新
（ ．沈阳农业大学农学 院， １ 辽宁 沈阳 １０ ６ ； ．中国科 学院沈 阳应用生态研究所 ， 宁 沈阳 １０ １ ） １ ８６ ２ 辽 １０ ６