孫樹臣,邵明安
1 聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,聊城 252059 2 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,楊凌 712100 3 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100190
地表能量平衡是地氣間能量交換的基礎(chǔ)與關(guān)鍵環(huán)節(jié),反映了地氣耦合過程中的能量紐帶作用[1- 2]。渦度相關(guān)法作為測(cè)定地氣間碳、水、熱通量的標(biāo)準(zhǔn)方法[3],為研究全球氣候變化提供了有效的觀測(cè)數(shù)據(jù)[2]。因此,渦度相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠與否成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)前,基于能量平衡原理評(píng)價(jià)渦度相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠性已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛接受[4- 7]。然而,大量研究表明在利用渦度相關(guān)通量觀測(cè)過程中,地表能量不閉合現(xiàn)象普遍存在,能量不閉合率介于0.1—0.3之間[8- 10],能量平衡方程中相關(guān)能量項(xiàng)的忽略是影響能量閉合度的重要原因[11- 14],考慮熱儲(chǔ)通量后能量閉合度顯著提高[9,15- 17]。Mayers等[18]通過研究美國(guó)中西部玉米和大豆地的能量平衡指出,大豆地?zé)醿?chǔ)通量占凈輻射的比例為7%,而玉米地則為15%。高紅貝等[17]對(duì)黑河中游春小麥熱儲(chǔ)通量的分析表明,熱儲(chǔ)通量占凈輻射的7.5%—12%,0—5 cm土壤熱儲(chǔ)通量在總熱儲(chǔ)通量中的貢獻(xiàn)超過95%;而大氣熱儲(chǔ)通量對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)不足1%,光合作用熱儲(chǔ)通量占凈輻射的比例介于0.17%—1.65%之間。Wilson等[10]的研究指出光合作用儲(chǔ)能約占可利用能量的1%—2%,且能量閉合度在下午某一時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)“過閉合”現(xiàn)象。Dou等[19]通過對(duì)熱帶雨林地表能量平衡的研究發(fā)現(xiàn),在低溫干燥季節(jié)12點(diǎn)前熱儲(chǔ)通量占凈輻射比例超過10%,最大可達(dá)38.8%;而在高溫干燥季節(jié)均超過20%,最大可達(dá)54.3%。在森林生態(tài)系統(tǒng)中加入熱儲(chǔ)通量后能量閉合度提高5%—10%[20- 22]。岳平等[23]通過對(duì)黃土高原半干旱區(qū)草地地表能量通量的研究表明,0—5 cm土壤熱儲(chǔ)通在草地生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)分別為11.3%和12.0%;考慮空氣、光合作用和土壤水分垂直輸送熱儲(chǔ)存后,黃土高原自然植被區(qū)地表能量閉合度提高1.5%[24]。因此,不同生態(tài)系統(tǒng)中熱儲(chǔ)通量對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)存在較大差異,在分析能量平衡過程中熱儲(chǔ)通量是不可忽視的。
黃土高原作為我國(guó)典型的氣候敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū),在該區(qū)域開展地表能量平衡特征分析,對(duì)于區(qū)域氣候和全球變化研究具有重要意義。本文以黃土高原北部水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶檸條林地渦度相關(guān)通量觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù),結(jié)合土壤水分及微氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)檸條林地(2014年8—10月和2015年4—6月,因5月底至6月初樣地植被大面積破壞,自6月后未再對(duì)樣地進(jìn)行觀測(cè))熱儲(chǔ)通量變化特征進(jìn)行分析,并探討熱儲(chǔ)通量對(duì)能量閉合度的影響。
研究區(qū)地處黃土高原北部神木縣六道溝小流域內(nèi)(110°21′—110°23′ E,38°46′—38°51′ N,海拔1081—1274 m),流域面積6.89 km2,北依長(zhǎng)城,地處毛烏素沙地的邊緣,是黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶的強(qiáng)烈侵蝕中心。該區(qū)屬中溫帶半干旱大陸性氣候,年均氣溫8.4℃,月平均最低溫-9.1℃(1月),冬季極端最低溫-28.1℃;月平均最高溫23.7℃(7月),夏季極端最高溫38.9℃?!?0°C積溫3232°C,無霜期169天。全年日照時(shí)數(shù)2836 h,年總太陽輻射5922 MJ/m2,年光合有效輻射2900 MJ/m2。多年平均降水量437 mm,其中6—9月降水占全年降水的77.4%;降水年際變化大,年最大降水量819 mm(1967年),年最小降水量109 mm(1965年)。秋末冬春盛行西北風(fēng),夏季盛行東南風(fēng)。該區(qū)植被類型為灌叢草原,天然植被已被破壞殆盡,代而起之的是以人工植被為主的退化草地和灌木林地。檸條、沙柳及沙蒿等灌木、半灌木植被在該區(qū)生態(tài)環(huán)境中占有重要地位[25]。
試驗(yàn)區(qū)以8—12 a生檸條為主,間或有沙柳、沙蒿等植被,土壤質(zhì)地為黃土,0—10 cm平均土壤容重為1.43 g/cm3。利用開路渦度相關(guān)系統(tǒng)測(cè)定檸條林地碳、水、熱通量,安裝高度為2.2 m,采樣頻率為10 Hz,采樣數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集器(CR3000,Campbell Scientific, Inc.)自動(dòng)儲(chǔ)存。利用土壤溫度(Model 109ss, Campbell Scientific, Inc.)和水分(TDR)探頭測(cè)定土壤溫濕度,探頭布設(shè)深度為5、10、20、40、60 cm;土壤熱通量由2塊相鄰的土壤熱通量版測(cè)定(HFP01-L, Campbell Scientific, Inc.),埋設(shè)深度為5 cm。氣象數(shù)據(jù)由微氣象站獲取,觀測(cè)內(nèi)容包括大氣溫濕度(HMP15A, Vaisala, Inc.)和太陽輻射(CNR4, Kipp & Zonen, Inc. 荷蘭),安裝高度1.5 m。上述數(shù)據(jù)由CR1000(Campbell Scientific, Inc.)數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)記錄。所有數(shù)據(jù)均為每30 min輸出一組。
對(duì)渦度相關(guān)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制[26]。
根據(jù)能量守恒定律,生態(tài)系統(tǒng)能量平衡可表示為[17,19,27]:
Rn=LE+H+G+S+Q
(1)
式中,Rn為凈輻射,LE為潛熱通量,H為感熱通量,G為土壤熱通量,可由渦度相關(guān)系統(tǒng)直接測(cè)定。S為總熱儲(chǔ)通量,Q為與誤差相關(guān)的通量的余項(xiàng)(通常忽略),單位均為W/m2。因Q常忽略不計(jì),式(1)可簡(jiǎn)化為:
Rn=G+H+LE+S
(2)
在能量平衡方程中,生態(tài)系統(tǒng)各組分熱儲(chǔ)能可表示為[17,27]:
S=Ss+Sa+Sq+Sp+Sv
(3)
式中,Ss為一定深度范圍內(nèi)土壤熱儲(chǔ)能,Sa為大氣感熱儲(chǔ)能,Sq為大氣潛熱儲(chǔ)能,Sp為植物光合熱儲(chǔ)能,Sv為植被冠層熱儲(chǔ)能,式中單位均為W/m2。各熱儲(chǔ)能的計(jì)算方法如下:
Ss表示地表到土壤熱通量板之間的土壤熱儲(chǔ)能[17,19,27],表示為:
(4)
式中,Cs為土壤比熱(J kg-1K-1),由公式(5)計(jì)算得到,ΔTs為相鄰兩次土壤溫度差(℃),Δt為相鄰兩次土壤溫度測(cè)定的時(shí)間差(s,取值1800 s),z為地表到土壤熱通量之間的土層厚度(m)。Cs隨土壤含水量的變化而變化,確定體積含水量的土體的比熱為:
Cs=ρbCd+θsρwCw
(5)
式中,ρb表示土壤容重,Cd表示干燥礦質(zhì)土壤比熱,取值840 J kg-1K-1[28],θw表示土壤體積含水量(cm3/cm3),ρw表示水的密度(kg/m3),Cw表示水的比熱(J kg-1K-1,取值4.19×103J kg-1K-1)。5 cm土壤溫度由溫度探頭實(shí)測(cè)得到,表層土壤溫度通過下式計(jì)算得出:
(6)
式中,Tsurf表示地表0 cm土壤溫度(℃),R↑lw表示向上的長(zhǎng)波輻射(W/m2),εg表示地表輻射率(取值0.96),σ表示Stefan-Boltzmann常數(shù),取值5.67×10-8W/m2,R↓lw表示向下的長(zhǎng)波輻射(W/m2)。
Sa是指由于空氣溫度變化而引起的大氣儲(chǔ)熱的變化,由下式計(jì)算[17,19,27]:
(7)
式中,Ta為近地大氣溫度(℃),?Ta/ ?t為近地層大氣溫度變化率,ΔTai為第i層大氣溫度平均值,he為渦度相關(guān)安裝高度,ρ為空氣密度(kg/m3),Cp為大氣比熱(1.012×103J kg-1K-1)。
Sq表示由空氣中水汽量的變化而引起的大氣熱儲(chǔ)能的變化,可表示為[17,19,27]:
(8)
式中,ρ為空氣密度(kg/m3),Cp為大氣比熱,γ為干濕表常數(shù)(Pa/K),e為水汽壓(Pa),Δt為相鄰2次觀測(cè)時(shí)差。Δhi表示相鄰2套渦度相關(guān)觀測(cè)設(shè)備的高度差。
Sp僅發(fā)生在有太陽輻射條件下,夜晚Sp為0,表示為[17,19,27]:
Sp=-FcC
(9)
式中,F(xiàn)c表示CO2通量(mg m-2s-1),由渦度相關(guān)系統(tǒng)直接測(cè)定,C表示光合作用能量轉(zhuǎn)化參數(shù),取值11.2 W mg-1s-1[19,27]。
Sv表示存儲(chǔ)于作物冠層葉片和莖稈的凈輻射能量,在低矮稀疏植被條件下可忽略[17]。本研究中因植被蓋度較小且缺乏相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù),未對(duì)Sv做計(jì)算。
由圖1可知,觀測(cè)期內(nèi)檸條林地日均大氣溫度(Ta)具有明顯的季節(jié)變化趨勢(shì),受太陽輻射的影響,Ta在4—6月呈逐漸增加的趨勢(shì),而在8—10月呈逐漸降低的趨勢(shì)。受Ta影響,5 cm土壤溫度(Ts)與Ta表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律,兩者可用線性關(guān)系表示(2014年:Ts=0.8456Ta+2.9307,R2=0.8558;2015年:Ts=0.9597Ta+3.6113,R2=0.8297)。兩個(gè)觀測(cè)期內(nèi),平均Ta和Ts分別為14.79℃、15.44℃(8—10月)和17.61℃、20.51℃(4—6月)。受降水影響,5 cm土壤含水量(SWC)呈現(xiàn)有規(guī)律的波動(dòng)變化,在8—10月份受雨季結(jié)束的影響,SWC在波動(dòng)中下降;4—6分,雨季尚未來臨,而太陽輻射逐漸增強(qiáng),SWC逐漸降低。
圖1 檸條林地日均大氣溫度(Ta)、5 cm土壤溫度(Ts)和土壤含水量(SWC)變化特征
由圖2可知,檸條林地日均大氣感熱存儲(chǔ)通量(Sa)在-0.3—0.3 W/m2之間變化,正負(fù)值交替出現(xiàn)。對(duì)各月Sa日值取平均,結(jié)果見表1。在4和6兩個(gè)月Sa表現(xiàn)為正直,表明大氣吸收熱量;其余月份則表現(xiàn)為釋放熱量。0—5 cm日均土壤熱儲(chǔ)通量(Ss)與Sa表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律,日均Ss呈先降低后增加的趨勢(shì)變化。在檸條生長(zhǎng)季(8—10月)日均Ss為負(fù)值,表現(xiàn)為釋放熱量;而在生長(zhǎng)初期(4—5月)表現(xiàn)為吸收熱量,但5月日均Ss明顯低于4月。受植被覆蓋度下降的影響,6月日均Ss明顯大于5月。Sa和Ss均表現(xiàn)出在植被覆蓋度較高時(shí)波動(dòng)較小,而在植被覆蓋度較低時(shí)波動(dòng)幅度較大。原因在于不同植被覆蓋度對(duì)地-氣間溫差變化影響不同,加速或減緩冠層內(nèi)部大氣及土壤溫差變化,Sa和Ss亦隨之發(fā)生變化。
圖2 檸條林日均大氣感熱(Sa)和潛熱(Sq)儲(chǔ)能、土壤熱儲(chǔ)能(Ss)及光合作用熱儲(chǔ)能(Sp)變化特征
表1 檸條林各月日均(±SD)感熱儲(chǔ)量(Sa)、潛熱儲(chǔ)量(Sq)、土壤熱儲(chǔ)量(Ss)和光合作用熱儲(chǔ)量(Sp)
檸條林地日均大氣潛熱存儲(chǔ)通量(Sq)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化規(guī)律,隨著檸條生育期的推進(jìn)呈先增加后降低的趨勢(shì)變化。在檸條生長(zhǎng)季波動(dòng)較大(5、8—9月), 其值在-0.4—0.5 W/m2之間波動(dòng);而在檸條生長(zhǎng)初期(4月)和末期(10月)日變化波動(dòng)幅度較小(圖2;表1)。主要是由于隨檸條生育期的推進(jìn),凈輻射增加,土壤蒸發(fā)和植物蒸騰作用增強(qiáng)使大氣中水汽含量增加,且在檸條生育期降水較多進(jìn)一步促進(jìn)了大氣中水汽含量的增多,Sq隨之增加。而在檸條生育末期,檸條葉片衰老并干燥化,在凈輻射減少的情況下,植被蒸騰和土壤蒸發(fā)作用降低,導(dǎo)致大氣中水汽含量下降最終使Sq減少。在植被遭受大面積破壞后(6月)Sq變化幅度在前期較大,后期略有降低,但日均Sq仍高于5月份(表1)。主要是由于在植被破壞初期,土壤裸露導(dǎo)致土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈使大氣中水汽含量增加,而隨土壤水分的下降,土壤蒸發(fā)趨于穩(wěn)定。雖然植被覆蓋度的下降導(dǎo)致植物總蒸騰作用減弱,但在凈輻射和降水增加的共同作用下,相比5月份Sq升高。
由圖2可知,檸條林地日均光合作用熱儲(chǔ)通量(Sp)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化規(guī)律,隨檸條生育期的推移,Sp呈先增加后降低的趨勢(shì),日均Sp在0—1.4 W/m2之間波動(dòng)。6月因植被破壞導(dǎo)致總光合作用減弱,與5月相比日均Sp降低(表1)。
由圖3可知,檸條林地各月Sa、Sq、Ss和Sp均表現(xiàn)出明顯的日變化規(guī)律。Sa和Ss日變化均呈“單峰型”,隨著檸條生育期的推進(jìn),日變化幅度呈先降低后增加的趨勢(shì)變化,最大為4月,最小為8月。但Ss日變化范圍遠(yuǎn)大于Sa,Ss日變化幅度介于-91.96—120.04 W/m2之間,而Sa僅為-1.11—1.80 W/m2。白天,日出后隨太陽輻射的增強(qiáng),氣溫和地溫快速升高,Sa和Ss增加迅速,在8:00—10:00期間達(dá)到日最大值;隨后逐漸降低,在19:00前后達(dá)到日變化的最小值,而后逐漸升高。夜間,因無太陽輻射,大氣和土壤不斷釋放熱量,Sa和Ss表現(xiàn)為負(fù)值。6月份Sa和Ss日變化幅度略有增加,主要是由于植被遭受大面積破壞,植被覆蓋度降低,大氣和土壤接收到的太陽輻射能增強(qiáng),吸熱和放熱均較快。
圖3 檸條林各月感熱(Sa)、潛熱(Sq)、土壤熱(Ss)和光合作用(Sp)熱儲(chǔ)量日變化特征
Sq日變化曲線波動(dòng)劇烈,但仍表現(xiàn)出較為明顯的“雙峰型”日變化規(guī)律(圖3)。第一個(gè)峰值出現(xiàn)在7:00—8:00,之后隨著太陽輻射的不斷增強(qiáng),大氣溫度增加導(dǎo)致大氣中水汽含量降低,在11:00—13:00之間降至日變化的最小值,隨后Sq又逐漸上升,在17:00—19:00之間達(dá)到日變化的第二個(gè)峰值。Sq日變化幅度隨著檸條生育期的推進(jìn)表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)變化,8月份達(dá)到最大,其值介于-0.69—0.84之間;4月份最小。與5月份相比,6月份Sq日變化幅度略有降低,主要是由于植被遭受大面積破壞,植被覆蓋度明顯降低所致。表明,植被覆蓋度的大小對(duì)Sq日變化特征有較大影響。
受太陽輻射及檸條生長(zhǎng)狀況的影響,檸條林地夜間Sp為0(圖3)。日出后隨太陽輻射的不斷增強(qiáng),Sp逐漸增加,在11:00—13:00之間達(dá)到日變化的最大值;之后隨太陽輻射減弱,Sp隨之下降。隨檸條生育期的推移Sp日變化幅度呈先增加后降低的趨勢(shì)變化,與檸條生長(zhǎng)季表現(xiàn)出很好的一致性。由于植被遭受大面積破壞導(dǎo)致6月份Sp略低于5月份,但仍高于4月份,說明植被狀況對(duì)Sp變化具有重要影響。
圖4反映了未考慮熱儲(chǔ)通量的檸條林地地表能量平衡特征。由圖可知,兩個(gè)觀測(cè)期內(nèi)能量閉合的散點(diǎn)圖絕大多數(shù)位于1∶1線的下方,且4—6月份偏離1∶1線的程度大于8—10月份。結(jié)合線性擬合關(guān)系表明,8—10月份能量閉合度高于4—6月份??赡苁怯捎?—10月份檸條林地植被覆蓋度較大,而在4—6月份檸條處于生長(zhǎng)初期植被覆蓋度較低,且在5月底6月初檸條林地遭受大面積破壞,植被覆蓋度進(jìn)一步降低,從而造成能量閉合度的差異。此外,觀測(cè)期內(nèi)Ta和Ts的較大差異也是造成能量閉合度存在差別的重要原因??紤]熱儲(chǔ)通量(S)后,檸條林地能量閉合的散點(diǎn)圖向1∶1線集中,然而散落在1∶1線下方的比例仍較高,且4—6月份的偏離程度仍然大于8—10月份。同時(shí),考慮S后,檸條林地地表能量閉合度顯著提高,提高幅度分別為14.37%(8—10月)和9.45%(4—6月),平均提高幅度為11.91%。結(jié)果表明,地表覆蓋條件、Ta和Ts等的變化對(duì)熱儲(chǔ)通量在能量閉合度中所占比重有重要影響(圖4)。
由表2可知,在各熱儲(chǔ)通量中Ss對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)最大,其值介于9.04%—13.73%之間;其次為Sp,但與Ss相比較小,其貢獻(xiàn)不足0.5%;Sa略小于Sp,其值在0.21%—0.24%之間變化。然而,Sq則在一定程度上降低了能量閉合度,其降低幅度分別為0.05%和0.06%。因此,在分析地表能量平衡過程中,熱儲(chǔ)通量項(xiàng)不可忽略。
圖4 檸條林地地表能量平衡特征
表2 檸條林地各熱儲(chǔ)通量項(xiàng)對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)
以上分析表明,雖然在加入熱儲(chǔ)通量項(xiàng)后檸條林地能量閉合度得到了顯著提高,但是仍有約11%—20%的能量不閉合;且熱儲(chǔ)通量對(duì)能量閉合度的提高幅度受植被生長(zhǎng)狀況及植被覆蓋度的影響。
本研究通過對(duì)黃土高原北部水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶檸條林地?zé)醿?chǔ)通量變化特征及其對(duì)地表能量平衡特征的影響進(jìn)行分析,結(jié)果表明:
(1)檸條林地各熱儲(chǔ)通量均表現(xiàn)出明顯的季節(jié)和日變化特征。受太陽輻射及檸條生長(zhǎng)狀況影響,Sa和Ss在檸條生長(zhǎng)中期較低,在檸條生長(zhǎng)初期和末期較高;而Sq和Sp則表現(xiàn)出與Sa和Ss相反的趨勢(shì)。Sa、Ss和Sp在檸條不同生長(zhǎng)階段日變化均表現(xiàn)出明顯的“單峰型”,日變化峰值出現(xiàn)時(shí)間在檸條不同生長(zhǎng)階段無明顯差異;而Sq日變化則表現(xiàn)為“雙峰型”,且受檸條生長(zhǎng)狀況及太陽輻射強(qiáng)度的影響,其峰值出現(xiàn)時(shí)間略有差異。黃土高原氣候條件與植被狀況是影響各熱儲(chǔ)通量項(xiàng)季節(jié)和日變化的主要因素。
(2)在能量平衡方程中加入熱儲(chǔ)通量項(xiàng)后能夠顯著提高檸條林地地表能量閉合度,平均提高幅度為11.91%,但仍然約有11%—20%的能量不閉合。這一結(jié)果與其他研究報(bào)道一致,生態(tài)系統(tǒng)能量不閉合率在各生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在,且考慮熱儲(chǔ)通量后能量不閉合率在10%—30%之間變化[14,17- 19]。對(duì)于這部分能量損耗,影響因素包括渦度相關(guān)系統(tǒng)的采樣誤差、湍流的水平和垂直平流輸送損失、能量滯后等[10,12,29]。雖然本研究中發(fā)現(xiàn)Ss對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)較大,分別為9.04%(2014年)和13.73%(2015年)。然而,由于土壤熱通量的測(cè)定與能量平衡方程中其他各項(xiàng)的測(cè)定不在同一平面上且隨著土壤深度的增加而延遲,在將土壤熱通量換算到地表時(shí)所引起的滯后也將導(dǎo)致能量閉合度的下降[29- 31]。Sa和Sp對(duì)能量閉合度的貢獻(xiàn)不足1%,且Sp占凈輻射的比例小于0.5%,低于Wilson等[10]研究指出的Sp占凈輻射的1%—2%,表明黃土高原檸條林地比已有的陸面過程研究的光合作用熱存儲(chǔ)能力弱。此外,本研究發(fā)現(xiàn)Sq在一定程度上降低了能量閉合度,平均降低幅度約為0.06%,這與高紅貝等[17]在黑河綠洲農(nóng)田的研究結(jié)果Sq可提高能量閉合度的0.06%—0.18%不盡相同。產(chǎn)生以上結(jié)果的原因可能與黃土高原特殊的氣候條件和稀疏的植被狀況及較低的土壤含水量有關(guān),其原因有待于進(jìn)一步深入研究。
(3)植被生長(zhǎng)狀況及植被覆蓋度是影響檸條林地?zé)醿?chǔ)通量季節(jié)和日變化的重要因素,并對(duì)能量閉合度產(chǎn)生影響。植被覆蓋度的變化將導(dǎo)致地表反照率、粗糙度等地表屬性發(fā)生變化,引起地表凈輻射重新分配[32]。一方面,在植被覆蓋度較大時(shí),表層土壤接收到的太陽輻射少,地-氣間溫差亦較小,Sa和Ss處在較低水平;同時(shí),植被蒸騰作用強(qiáng)烈,導(dǎo)致大氣中水分含量增加,Sq隨之增加,Sp亦較大。另一方面,在植被覆蓋度較低時(shí)導(dǎo)致表層土壤水分略增而根層以下土壤水分減少[33],使土壤表面阻抗和灌層葉片阻抗增加[32],植物蒸騰釋放到大氣中的水分含量降低,從而降低Sq,Sp亦較??;此外,植被覆蓋度降低使表層土壤接收到的太陽輻射能增多,地-氣間溫差加大,Ss和Sa隨之增加。植被生長(zhǎng)狀況主要是通過對(duì)地表凈輻射的再分配影響各熱儲(chǔ)通量項(xiàng)的大小,從而對(duì)地表能量閉合度產(chǎn)生影響。
本文雖然證實(shí)了大氣感熱和潛熱存儲(chǔ)通量、光合作用熱儲(chǔ)通量及土壤熱儲(chǔ)通量對(duì)能量平衡具有一定的貢獻(xiàn),但仍然存在較大的能量不閉合現(xiàn)象。因此,如何提高不同下墊面條件下渦度相關(guān)站點(diǎn)的能量閉合度,進(jìn)而提高渦度相關(guān)系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量與可靠性仍是需要深入研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。