蔡 福，周廣勝 ，明惠青，李榮平

(1.中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所，沈陽(yáng) 110016;2.中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京 100081;3.遼寧省氣象服務(wù)中心，沈陽(yáng) 110016)

地表粗糙度(z0)是下墊面風(fēng)速為零的高度［1］。零平面位移(d)為下墊面開始吸收動(dòng)量的高度［2］，Tajchman［3］認(rèn)為它是空氣塊從平坦下墊面流向粗糙下墊面時(shí)向上移動(dòng)的距離。z0和d反映地表對(duì)風(fēng)速的減弱作用以及對(duì)風(fēng)沙活動(dòng)的影響［4-5］，是描述陸地表面動(dòng)量、能量和物質(zhì)交換與輸送的重要參數(shù)［6-8］。z0和d可采用根據(jù)相似理論將幾個(gè)高度的風(fēng)溫廓線擬合的最小二乘法擬合迭代和牛頓迭代法［9］、利用一層三維超聲風(fēng)速儀測(cè)定風(fēng)速脈動(dòng)方差的 TVM(Temperature-Variance-Method)法［10］、Martano 法［11-12］、質(zhì)量守恒法［13］、壓力中心法［14］和阻力法［15］等方法進(jìn)行求解。雖然這些方法都能得到z0，但是由于方法間差異及所適用大氣層結(jié)條件的不同，在同一地區(qū)得到的z0常常差異較大，如針對(duì)生長(zhǎng)季長(zhǎng)白山森林下墊面，利用質(zhì)量守恒法得到的z0為(1.60±0.25)m［16］，利用牛頓迭代法求得的 z0為 0.93 m［17］，利用各種大氣層結(jié)條件求得的 z0為2.00m［18］，可見選擇合理方法求解z0和d非常重要。

在陸面過程模型中，z0和d是用于計(jì)算動(dòng)量和能量輸送系數(shù)的重要參數(shù)，直接影響陸氣通量模擬，通常認(rèn)為與地表覆蓋類型相關(guān)，一般根據(jù)查表法或經(jīng)驗(yàn)值得到，忽略了隨時(shí)間的變化。如在BATS中，z0通過對(duì)給出的各種下墊面類型事先賦值來獲取;LPM(Land-Surface Process Model)模型中，z0=0.10h，d=0.70h，h為冠層高度［19］;在通用陸面模式(CLM3.0)［20］中，z0=hRz0m，d=hRd，Rz0m和 Rd分別為 z0和 d 與 h 的比值，通過查表獲取。植被-大氣相互作用模式AVIM［21］中，z0和d是與不同植被冠層內(nèi)的風(fēng)速剖面一起計(jì)算，要求經(jīng)驗(yàn)參數(shù)很多，形式復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，通過改善模型中z0的設(shè)置，感熱和地溫的模擬可得到明顯改善［22］，而不考慮z0動(dòng)態(tài)變化將導(dǎo)致通量計(jì)算誤差的增大［18，23］。因此，建立更為合理的z0和d的動(dòng)態(tài)參數(shù)化方案將對(duì)陸面過程模擬起到改進(jìn)作用［24］，而選擇最優(yōu)影響因子并明確它們之間相互關(guān)系則是必要的前提?，F(xiàn)有研究大多集中在下墊面性質(zhì)不變或變化很小的戈壁［5，25］、草地［8］和森林［16-17，26-27］，或者生長(zhǎng)季某一時(shí)段［28-30］，而針對(duì)農(nóng)田整個(gè)生長(zhǎng)季不同生育階段z0和d動(dòng)態(tài)變化的研究鮮有報(bào)道［11］。玉米農(nóng)田因冠層高度和LAI的季節(jié)變化而使z0和d不斷改變，其變化規(guī)律如何，在整個(gè)生長(zhǎng)季變化幅度多大都還未進(jìn)行系統(tǒng)性研究。

基于此，本文利用錦州玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)野外觀測(cè)站梯度觀測(cè)資料采用最小二乘擬合迭代法對(duì)玉米生育期z0和d進(jìn)行計(jì)算，試圖揭示其變化規(guī)律及與相關(guān)影響因子關(guān)系，這既為同類研究提供重要的資料補(bǔ)充，也為改進(jìn)和完善陸面過程模型中z0和d參數(shù)化方案進(jìn)而提高陸面過程模擬準(zhǔn)確性提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

錦州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)野外觀測(cè)站位于東北玉米帶，地處遼寧省錦州市太和區(qū)英屯村玉米地(41°49'N，121°12'E，海拔17m)，屬典型溫帶季風(fēng)型氣候，玉米為主要作物。該站詳細(xì)介紹參見李祎君等［31］的研究。本研究風(fēng)溫資料來自2006—2008年16m高的梯度觀測(cè)系統(tǒng)，考慮資料的連續(xù)性，選定各年風(fēng)溫資料為:2006年5月25日—7月23日2.0、4.0、8.0、10.0m，9月10—25日4.0、8.0、10.0、16.0m;2007年5 月17日—8月19日2.0、4.0、10.0、16.0m;2008 年5 月8 日—6月19 日1.0、1.5、2.0、4.0m，7 月1 日—9月23 日2.0、4.0、10.0、16.0m。3a資料基本可覆蓋一個(gè)完整的生長(zhǎng)季。考慮不同風(fēng)向下墊面差異對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響(表1)，選用生長(zhǎng)季盛行的西南風(fēng)向上的資料進(jìn)行研究，為提高數(shù)據(jù)的有效性，還剔除風(fēng)速不隨高度增加和小于0.22 m/s的數(shù)據(jù)，以確保風(fēng)杯起轉(zhuǎn)［5］。表2給出各年玉米主要生育期出現(xiàn)日期及種植密度，其中2008年三葉至七葉間隔較長(zhǎng)，而到拔節(jié)期間隔較短，這一結(jié)果主要是由于5月中下旬至6月中旬持續(xù)低溫多雨導(dǎo)致玉米生育明顯延遲，隨著后期氣溫升高，在作物生理補(bǔ)償機(jī)制的作用下快速生長(zhǎng)所致。

表1 玉米生長(zhǎng)季(5—9月)不同風(fēng)向出現(xiàn)幾率Table1 Probability of different wind directions in maize growing season from May to September

表2 2006—2008年玉米種植密度及各生育期出現(xiàn)日期Table2 Dates of maize growth periods and its planting density from 2006 to 2008

LAI資料利用LI-3000C臺(tái)式葉面積儀分發(fā)育期(三葉、七葉、拔節(jié)、抽雄、乳熟、成熟)進(jìn)行測(cè)量后換算。3a動(dòng)態(tài)LAI和冠層高度(h)數(shù)據(jù)采用王玲等［32］所建立的相對(duì)積溫方法基于玉米各生育期和日平均氣溫資料求得［33］(圖 1)。

圖1 2006—2008年玉米h和LAI動(dòng)態(tài)Fig．1 Dynamics of maize plant height and leaf area index from 2006 to 2008

1.2 研究方法

周艷蓮等［34］對(duì)各種計(jì)算z0和d方法在不同情況下的適用性及差異的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，最小二乘擬合迭代法在不同大氣層結(jié)穩(wěn)定性條件下與其它方法相比計(jì)算結(jié)果更為合理，因此，本研究采用該方法計(jì)算玉米農(nóng)田z0和d。根據(jù)Monin-Obukhov相似理論，近地層風(fēng)速、溫度廓線可表示為:

式中，u為風(fēng)速，θ為位溫，θ*為摩擦溫度，u*為摩擦速度，zt為與z0相類似的熱力學(xué)粗糙度，k為卡曼常熟，取0．4，x1，x2，a1，a2，b1，b2分別表示為:

當(dāng)z/L＜0時(shí)，不穩(wěn)定層結(jié):

Brief Analysis on Low-temperature Corrosion Solution About Air Preheater of Coal-fired Units TAN Canshen,WU Afeng(56)

當(dāng)z/L=0時(shí)，中性層結(jié)，ψm=ψh=0。

將d以一定步長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)變化，分別擬合風(fēng)速和溫度廓線，計(jì)算得到一系列z0和擬合相關(guān)系數(shù)(R)，R最高時(shí)的d所對(duì)應(yīng)的z0即為最終結(jié)果。由于采用最小二乘法對(duì)4層高度資料進(jìn)行回歸擬合，計(jì)算結(jié)果將出現(xiàn)一些異常值，因此需要對(duì)其進(jìn)行有效性篩選，采用原則如下:剔出d值大于最低層觀測(cè)高度和小于0的數(shù)據(jù);剔出相關(guān)系數(shù)小于0.90的計(jì)算結(jié)果。

2 結(jié)果分析

蔡福等［33］研究認(rèn)為，玉米拔節(jié)前d值表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，與實(shí)際情況不符，可能是由該階段玉米株高和冠層覆蓋度都很小，動(dòng)量可以直接下傳到地表所致，因此在風(fēng)速廓線方程中可能無須考慮d。為證明此判斷，在拔節(jié)前分別考慮d存在或不存在進(jìn)行最小二乘回歸擬合，對(duì)所求得的u*分別與實(shí)測(cè)值建立相關(guān)關(guān)系(圖2)。2006年和2007年拔節(jié)前，當(dāng)不考慮d時(shí)，求得的u*與實(shí)測(cè)值更為接近，證明了上述判斷的正確性。

圖2 2006和2007年考慮d(a)和不考慮d(b)時(shí)求得u*與實(shí)測(cè)值的相關(guān)關(guān)系比較Fig．2 Comparison of relationships between simulated and observed u*with d(a)and without d(b)in 2006 and 2007

2.1 z0和d的日動(dòng)態(tài)

由于一天中大氣層結(jié)狀態(tài)變化較大，z0和d的日變化波動(dòng)較劇烈，單個(gè)時(shí)刻計(jì)算結(jié)果只能反映瞬時(shí)狀態(tài)，因此利用一天中各時(shí)刻平均值來反映z0和d的日平均狀態(tài)。對(duì)求得的日均值分析發(fā)現(xiàn)，2006年和2007年d值在拔節(jié)日期(6月24日和6月20日)以后的10d左右仍出現(xiàn)異常值，可能由于拔節(jié)期需持續(xù)一段時(shí)間，玉米群體未完全完成拔節(jié)使冠層不足以達(dá)到d值出現(xiàn)密度，因此把不考慮d存在的初始日期分別向后延至7月3日和6月28日。經(jīng)重新計(jì)算，分別得到2006—2008年生長(zhǎng)季z0和d日均值動(dòng)態(tài)變化曲線(圖3)。

圖3 2006—2008年玉米生長(zhǎng)季z0和d的日動(dòng)態(tài)Fig．3 Diurnal variations of z0 and d during maize growing season from 2006 to 2008

2006年玉米生長(zhǎng)季z0值在0.02—0.46m范圍隨玉米發(fā)育進(jìn)度而逐漸增大，其中在七葉期(6月8日)以前，z0值在0.10m以下波動(dòng)，從七葉至拔節(jié)z0值在0.10—0.20m范圍變化，拔節(jié)至抽雄z0處于0.20—0.30m，抽雄后逐漸增大至0.46m。從整個(gè)時(shí)段看，z0在各個(gè)時(shí)期都有較大波動(dòng)，其中6月15日出現(xiàn)一個(gè)極高值，7月7—10日出現(xiàn)低值，相對(duì)應(yīng)的日平均風(fēng)速很小，與之具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，從d值出現(xiàn)開始二者相關(guān)性減弱，而在抽雄期前后，這種關(guān)系變得不明顯。同時(shí)，隨著d值的出現(xiàn)z0有一個(gè)明顯的減小過程，然后逐漸增大，這主要是當(dāng)d值出現(xiàn)后，z0不再?gòu)牡乇矶菑膁高度算起的原因。d值的變化總體上是隨玉米增高而增大，變化范圍從0.50m至1.00m，與風(fēng)速具有較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖4 2006年玉米生長(zhǎng)季z0和d與風(fēng)速關(guān)系Fig．4 Relationships between wind speed and z0，d，respectively，during maize growing season in 2006

2007年玉米七葉(6月1日)以前z0在0.00—0.05m間波動(dòng)增大，從七葉至拔節(jié)后10d左右d值出現(xiàn)前這一階段，z0由0.05m增大至0.24m，d出現(xiàn)后，z0表現(xiàn)為先減小后增大，從d值出現(xiàn)至抽雄(7月16日)z0平穩(wěn)波動(dòng)，增大趨勢(shì)不明顯，而此時(shí)d值隨著植株高度的增加而明顯增大，隨著玉米群體抽雄的逐漸完成，z0不斷增大，從抽雄至8月3日，由0.20m增大至0.43m，然后經(jīng)乳熟(8月15日)波動(dòng)減小。z0值達(dá)到0.30m左右的高值階段以后，d值隨風(fēng)速的波動(dòng)而劇烈變化，但總體上沒有表現(xiàn)出增高或減低趨勢(shì)，這一情況可能由于抽雄后冠層高度基本不變，LAI隨著葉片的枯萎凋落而減小，d值以受風(fēng)速影響為主而引起，而z0的減小則因LAI在乳熟前幾天開始減小所致。

2008年7月6日之前d值有一個(gè)較明顯的隨h增大而減小的過程，而且與風(fēng)速?zèng)]有負(fù)相關(guān)關(guān)系，這一時(shí)段也是拔節(jié)后的10d左右，與前兩年情況類似，說明這一階段也不需要考慮d值的存在。從7月7日至抽雄，z0和d都呈波動(dòng)增大趨勢(shì)，抽雄至乳熟，z0仍持續(xù)增大，而d值隨風(fēng)速平穩(wěn)波動(dòng)，無明顯變化，乳熟后，z0波動(dòng)變化，d值在8月末開始波動(dòng)減小，可能因LAI減小或風(fēng)速變化所引起。

2.2 z0和d日均值與相關(guān)影響因子的關(guān)系

2.2.1 z0和d日均值與風(fēng)速的關(guān)系

為了區(qū)分d值出現(xiàn)前后z0、d及z0+d與風(fēng)速關(guān)系，以d值出現(xiàn)日期為界，分別討論。

由圖4可見，d值出現(xiàn)前，z0與2m高度風(fēng)速(u2)呈顯著的負(fù)指數(shù)關(guān)系(樣本數(shù)n=36，R2=0.6618，P＜0.01)，但d值出現(xiàn)后關(guān)系明顯減弱(樣本數(shù)n=22，R2=0.2105，P＜0.05)，說明受d影響很大。d與風(fēng)速呈較顯著的負(fù)指數(shù)關(guān)系(R2=0.5512，P＜0.05)，而z0+d與風(fēng)速負(fù)指數(shù)關(guān)系有所增強(qiáng)(R2=0.5539，P＜0.05)，表明風(fēng)速對(duì)z0和d各自單獨(dú)影響要小于對(duì)二者之和的影響，蔡福等［33］利用半小時(shí)資料得到z0+d與風(fēng)速呈負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系，與本研究產(chǎn)生差異的原因一方面是時(shí)間尺度的不同，同時(shí)求算z0方法及考慮層結(jié)狀態(tài)也有所不同，但表現(xiàn)的顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系是一致的。有研究表明［17］，z0和d之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，而本研究結(jié)果顯示二者相關(guān)關(guān)系不明顯，說明它們之間的關(guān)系并不固定，受冠層高度、LAI和風(fēng)速影響而變化。由圖4還可以發(fā)現(xiàn)，因后者LAI大于前者，z0隨風(fēng)速增大而減小的速率要小于前者，表明隨著LAI的增大，z0受風(fēng)速影響有所下降。

圖5 2007年玉米生長(zhǎng)季z0和d與風(fēng)速關(guān)系Fig．5 Relationships between wind speed and z0，d，respectively，during maize growing season in 2007

圖6 2008年玉米生長(zhǎng)季z0和d與風(fēng)速關(guān)系Fig．6 Relationships between wind speed and z0，d，respectively，during maize growing season in 2008

由圖5可見，d值出現(xiàn)前，z0與風(fēng)速呈負(fù)指數(shù)關(guān)系(樣本數(shù)n=42，R2=0.3890，P＜0.01)，d值出現(xiàn)后二者相關(guān)系數(shù)有所減小(樣本數(shù)n=54，R2=0.2204，P＜0.01)，d與風(fēng)速關(guān)系呈極顯著負(fù)指數(shù)關(guān)系(R2=0.4133，P＜0.01)，而z0+d與風(fēng)速的R2為0.5255，明顯大于前者，表明風(fēng)速對(duì)z0和d的綜合作用大于對(duì)各自的影響。通過圖5也可以發(fā)現(xiàn)，隨著LAI的增大，z0隨風(fēng)速增大而減小的速率減小。由圖6可見，2008年z0與風(fēng)速以及d與風(fēng)速的關(guān)系都為負(fù)指數(shù)關(guān)系(樣本數(shù)n=76，R2=0.3868和R2=0.1273，P＜0.01)，而z0+d與風(fēng)速的負(fù)指數(shù)關(guān)系更為顯著(R2=0.4697，P＜0.01)，進(jìn)一步表明風(fēng)速對(duì)z0和d的綜合作用大于對(duì)各自的影響。

總的來看，當(dāng)d值不存在時(shí)，z0與風(fēng)速負(fù)指數(shù)關(guān)系更為顯著，而當(dāng)d值出現(xiàn)后風(fēng)速與z0+d關(guān)系明顯大于與它們各自的關(guān)系。

圖7 2006年玉米生長(zhǎng)季z0和d與LAI和h關(guān)系Fig．7 Relationships between LAI，h and z0，d，respectively，during maize growing season in 2006

2.2.2 z0和d與h及LAI的關(guān)系

圖7分別為2006年玉米不同生長(zhǎng)階段z0和d與LAI和h的關(guān)系，其中d出現(xiàn)前z0分別與LAI(n=36，R2=0.4353，P＜0.01)和h(R2=0.4891，P＜0.01)呈顯著的對(duì)數(shù)關(guān)系。當(dāng)d值出現(xiàn)以后，z0與LAI和 h都呈極顯著的指數(shù)關(guān)系(n=22，R2=0.6115和R2=0.6911，P＜0.01)，這與蔡福等［33］在中性層結(jié)條件下所計(jì)算得到z0與LAI和h的關(guān)系一致，表明這一結(jié)果在z0不同計(jì)算方法間具有普適性;d與LAI和h呈顯著的線性和指數(shù)關(guān)系(R2=0.1783和R2=0.2254，P＜0.05)，指數(shù)關(guān)系略顯著;z0+d與LAI和h呈極顯著的線性和指數(shù)關(guān)系(R2=0.4082和R2=0.4946，P＜0.01)，相關(guān)性明顯小于z0與LAI和h。通過對(duì)上述關(guān)系比較發(fā)現(xiàn)，LAI和h對(duì)z0的影響要大于d和z0+d，h對(duì)z0和d影響的貢獻(xiàn)大于LAI。z0和d與h之比即d/h和z0/h的平均值分別為0.40和0.10。

圖8 2007年玉米生長(zhǎng)季z0和d與LAI和h關(guān)系Fig．8 Relationships between LAI，h and z0，d，respectively，during maize growing season in 2007

圖8 分別為2007年玉米不同生長(zhǎng)階段z0和d與LAI和h的關(guān)系，其中在d值出現(xiàn)之前，z0與LAI和h都呈極顯著線性正相關(guān)關(guān)系(n=42，R2=0.8712和R2=0.8856，P＜0.01)。d值出現(xiàn)后，z0與LAI和h都呈極顯著指數(shù)正相關(guān)關(guān)系(n=54，R2=0.5220和R2=0.6542，P＜0.01);d與LAI和h都呈極顯著指數(shù)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.2415和R2=0.4116，P＜0.01);z0+d與LAI和h也表現(xiàn)出極顯著指數(shù)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.5049和R2=0.7542，P＜0.01)。d/h和z0/h的平均值分別為0.50和0.12。通過對(duì)上述關(guān)系的比較發(fā)現(xiàn)，d值出現(xiàn)后，LAI和h對(duì)z0的影響要大于d，LAI對(duì)z0影響略大于z0+d，h對(duì)z0影響明顯小于z0+d;h對(duì)z0和d影響的貢獻(xiàn)大于LAI。

圖9 2008年玉米生長(zhǎng)季z0和d與LAI和h關(guān)系Fig．9 Relationships between LAI，h and z0，d，respectively，during maize growing season in 2008

由于2008年資料時(shí)間序列較長(zhǎng)，且主要為d值出現(xiàn)以后，為了進(jìn)一步細(xì)化不同生育期h和LAI對(duì)z0和d的影響，選擇h和LAI達(dá)到最大時(shí)為分界點(diǎn)，分別研究h逐漸增大對(duì)z0和d的影響以及h達(dá)到最大后處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)對(duì)z0和d的影響。有研究表明［32］，玉米吐絲期LAI達(dá)到最大，在吐絲至乳熟期相對(duì)穩(wěn)定，錦州地區(qū)多年觀測(cè)結(jié)果顯示，一般玉米抽雄后7—10d進(jìn)入吐絲期。因此，本研究中2008年玉米吐絲期為7月29日。圖9分別給出吐絲期前后LAI和h與z0和d的相關(guān)關(guān)系。

在玉米LAI達(dá)到最大前，z0隨LAI和h的增大呈指數(shù)增大(n=29，R2=0.8021和R2=0.8294，P＜0.01)，與2007年d值出現(xiàn)后的整個(gè)時(shí)段(包括吐絲后一段時(shí)間)的R2相比明顯偏大，說明z0與LAI和h的指數(shù)關(guān)系在吐絲前最為明顯;d值隨LAI和h的增大而線性增大(R2=0.1410和R2=0.2005，P＜0.05);z0+d與LAI和h呈極顯著指數(shù)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.5707和R2=0.6966，P＜0.01)，其R2明顯小于z0與LAI和h的R2，表明z0是LAI和h的主要影響因子。在吐絲后，h處于穩(wěn)定，z0與LAI無明顯關(guān)系，其變化可能受LAI和風(fēng)速共同作用。d值與LAI呈線性正相關(guān)關(guān)系(n=56，R2=0.0931，P＜0.05)，而z0+d與LAI線性正相關(guān)關(guān)系更為顯著(R2=0.1311，P＜0.01)。總之，當(dāng)h達(dá)到穩(wěn)定以后，z0和d與LAI相關(guān)性有所減弱，風(fēng)速對(duì)它們的貢獻(xiàn)作用增大。d/h和z0/h的平均值分別為0.54和0.14。

LAI和h在玉米不同生育期關(guān)系不同，為進(jìn)一步明確z0和d與它們的關(guān)系，用h達(dá)到最大值之前的d/h和z0/h與LAI的關(guān)系來闡明。從圖10可以看出，隨LAI的增大d/h逐漸減小，說明d隨LAI增大速度慢于h，與趙曉松［17］等針對(duì)森林的研究結(jié)果正相反，分析原因認(rèn)為，森林冠層高度是不變的，d/h與LAI的關(guān)系實(shí)際上就是d與LAI的關(guān)系，而對(duì)玉米農(nóng)田而言，冠層高度隨LAI的增大而不斷增大，d/h與LAI的關(guān)系較前者更為復(fù)雜，這也反映出多年生的森林植被冠層與一年生玉米農(nóng)田植被冠層下墊面性質(zhì)的差異性。z0/h隨LAI的增大而增大，表明z0隨LAI增大速度快于h，LAI對(duì)z0影響大于h，這一結(jié)果與周艷蓮等［18］針對(duì)冬小麥和紅松闊葉林LAI小于4.0時(shí)的結(jié)論一致，說明z0/h與LAI的關(guān)系在不同下墊面具有一致性。

圖10 2006—2008年當(dāng)h達(dá)到最大值以前z0/h和d/h與LAI的關(guān)系Fig．10 Relationships between z0/h，d/h and LAI before h reaches its maximum from 2006 to 2008

3 結(jié)論

(1)d值在玉米拔節(jié)后10d左右，株高約為1.40m時(shí)開始出現(xiàn);z0值在抽雄前小于0.20m，在乳熟前后達(dá)到最大，約為0.40m，d值開始出現(xiàn)后z0有所減小。d值在抽雄前為0.80—1.00m，抽雄后為1.00—1.40m。

(2)在d值出現(xiàn)之前，z0與風(fēng)速負(fù)指數(shù)關(guān)系顯著，與LAI和h呈極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，而當(dāng)d值出現(xiàn)后，風(fēng)速與z0+d關(guān)系明顯大于與它們各自的關(guān)系。d與LAI和h呈顯著的指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，LAI和h對(duì)z0的影響大于d和z0+d，h對(duì)z0、d和z0+d影響的貢獻(xiàn)大于LAI。d值出現(xiàn)后至h達(dá)到最大，上述各種關(guān)系最為顯著，之后各種關(guān)系變得不明顯。

(3)d/h 和 z0/h 分別為0.40—0.54 和 0.10—0.14，其中前者略小于已有研究的0.70［35］和 0.68［36］，分析原因認(rèn)為，已有研究采用風(fēng)洞試驗(yàn)，粗糙元采用剛性材質(zhì)，不會(huì)因風(fēng)的作用而彎曲，而本研究中玉米植株具有一定韌性，尤其是頂端比較纖細(xì)使得韌性更強(qiáng)，植株彎曲幅度隨風(fēng)速增大而增大，這導(dǎo)致一定風(fēng)速條件下冠層的基礎(chǔ)高度要低于實(shí)際植株高度。而本研究中的z0/h在數(shù)值上與0.10［37］和0.08［38］比較相近。當(dāng)玉米吐絲期后，h不再變化，這一階段z0/h約為0.12，這與CLM3.0［20］模型相一致。

利用本研究中z0、d與相關(guān)影響因子的動(dòng)態(tài)關(guān)系可建立基于風(fēng)速、h及LAI的玉米農(nóng)田動(dòng)態(tài)參數(shù)化模型，將有效改善現(xiàn)有陸面模型動(dòng)力參數(shù)化方案，這種參數(shù)化方案的改進(jìn)可對(duì)陸面過程模型中哪些變量的模擬產(chǎn)生影響、模擬精度改善情況如何等均需深入探討。本研究由于資料的不連續(xù)以及在模擬LAI和h時(shí)產(chǎn)生的誤差都將給各類關(guān)系的確定造成影響，因此，加強(qiáng)資料的收集，確保實(shí)測(cè)資料的連續(xù)性和準(zhǔn)確性尤為重要。由于空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)與植被高度和密度關(guān)系密切［4，15］，而同一類型植被LAI和h相關(guān)性極為顯著，在建立參數(shù)化模型時(shí)無法被同時(shí)考慮，因此，為實(shí)現(xiàn)二者真正意義上的相互獨(dú)立，開展多種植被類型冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)的觀測(cè)十分必要。

致謝:周艷蓮博士提供計(jì)算程序并在研究方法上給予幫助，特此致謝。

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