SoilScope控制型蒸渗实验系统应用/潜在蒸散发模型构建

��� 文献信息

��� 文献摘要

为深入探索气候变化背景下更为精确的潜在蒸散发计算方法，在淮北平原五道沟实验站开展了3组小型蒸渗仪试验，通过结合平流运动动力项并引入地表净辐射修正参数，基于能量平衡原理提出一种新的潜在蒸散发模型。结果表明：①3组蒸渗仪实测数据中，2组不同加水方式下的草地覆被蒸散发相关性较好（R=0.95）；②新的潜在蒸散发模型在有草地覆被的2组试验中模拟结果的纳什效率系数（0.85）和均方根误差（0.83）均优于现有Penman系列等经验方法；③模型更适用于有草地覆被条件下的蒸散发估算，在淮北平原地区具有较强的适用性与优势。该模型能够提高区域潜在蒸散发模拟精度，为流域水循环过程模拟及水资源利用提供科学参考。

��� 实验概述

五道沟水文水资源实验站位于安徽省蚌埠市新马桥镇原种场内，是一所平原区大型综合实验站。站点所在地区位于淮河流域南北气候分界线附近，属北亚热带和暖温带半湿润季风气候，四季分明；气温年际变化小，多年平均气温为14.6 ℃，1月平均气温低，7月最高；太阳辐射充足，多年平均日照时数约2100 h，多年平均无霜期为212d，多年平均蒸发量为1181.3mm；因常处在冷暖气团交锋过渡带，降水量年际差别大，多年平均降水量为899.0mm，最大年降水量可达1212.2mm，但年内分布相对集中，汛期通常为6—9月，其降水量可占全年2/3。

五道沟大型称重式蒸渗仪是由北京澳作设计、安装的SoilScope控制型蒸渗实验系统

��� 实验设施

为了研究土壤含水量和气象要素对土壤蒸发及草地蒸散发能力的影响，本文采用五道沟实验站气象场内的小型称重式蒸渗仪群进行蒸散发能力试验，气象场同期观测要素还包括气温、相对湿度、E601水面蒸发、风速、地温、水温等。圆柱筒形小型蒸渗仪内径20cm，深50cm，底部密封，以取自大田的原状土填充。

试验方案如表1所示，蒸渗仪布设如图2所示。蒸渗仪按照1—6号依次编号，分成3组进行平行试验，取每组2个蒸渗仪的观测平均值为该组条件下的蒸散发能力。根据是否有覆被，蒸渗仪分为裸土和覆被草皮（狗牙根，低矮植被）两类，分别用于观测裸土表面（3号、6号）和草地覆被条件下的蒸散发能力。覆被草皮的蒸渗仪有固定质量和固定水位2种加水方式，其中，1号和4号蒸渗仪每次加水至固定质量，此时土壤含水量约为50%，五道沟实验站的田间持水量为28%~30%，满足本次试验所需要的按蒸散发能力蒸发的饱和状态。2号和5号蒸渗仪每次加水至固定水位，水面高于土壤表面5mm。

试验过程中，每天8:00向蒸渗仪加水至饱和，以保证充分供水状态。蒸渗仪观测时间为每天8:00和20:00，观测电子称的精度为1.0g，约等于小型蒸渗仪中0.05371mm的蒸散发。蒸渗仪上覆滑动顶棚，用于雨天时遮挡，减少降水对蒸散发测量的影响以保证观测结果准确性，但出现暴雨天气时，强降水会引起土柱淹没，测量结果受降雨影响出现异常值，因此，实际计算时需要剔除受降雨影响的异常测量值。本次试验观测时间为2014年8月1日至2015年8月31日，标准气象场的气象要素观测与蒸渗仪观测同步进行。

��� 结果与分析

本文从能量平衡原理入手，结合波文比的概念，引入地表净辐射的修正参数，建立了一种新的潜在蒸散发计算模型（LY-ET模型），基于小型蒸渗仪观测试验的土壤蒸发和草地覆被蒸散发能力实测数据对模型进行了率定与验证，并进一步对比分析了该模型与6种现有常见计算公式的模拟精度，以评价模型的适用性，

主要结论如下：

（1）2组草地覆被的蒸散发试验中，不同加水方式的观测结果变化趋势基本一致，具有较高的相关系数，但都与裸土蒸发组相关性较略差一些；E601水面蒸发与裸土蒸发组实测结果的相关性最高，与有草地覆被组相关性较差；3组蒸散发实测数据均在夏秋季线性关系最好，冬春季较差。

（2）率定期有草地覆被的固定质量组（E14）和固定水位组（E25）模拟值与实测值相关关系非常好，而裸土表面的E36组实测值与模拟值相关性较低。不同加水方式的差异主要体现在验证期， E25组拟合效果优于E14组，说明采用固定水位方式测量可以减少草皮生长导致的潜在蒸散发观测误差。

（3）与6种现有常见计算公式相比，LY-ET模型的精度指标在有草地覆被的E14（ENS=0.75，ERMS=1.16）和E25 组（ENS=0.86，ERMS=0.87）中均为最佳，整体表现优；对于裸土表面的E36 组（ENS=0.47，ERMS=1.24）模拟效果劣于其他计算方法，表明LY-ET 模型更适用于有草地覆被条件下的蒸散发估算，在淮北地区具有一定的适用性与优势。