人工荒漠绿洲蒸散过程多尺度观测与模拟

由农田和网格状防护林体系镶嵌而成的人工荒漠绿洲是一个典型的复杂非均匀下垫面，其蒸散发通量的观测与模拟是研究荒漠绿洲生态水文与水量转换过程的重点与难点。本项目拟以典型人工荒漠绿洲灌区为研究区，将在不同尺度上开展蒸散过程的观测与模拟研究，主要内容包括：(1)绿洲叶片、个体、田块尺度上蒸散过程的同步观测；(2)叶片、个体与田块尺度蒸散过程的模拟及尺度转换; (3) 绿洲灌区非均匀下垫面蒸散过程数值模拟。预期目标是，实现绿洲灌区叶片、个体和田块尺度上蒸散过程的多点同步观测，构建不同尺度上蒸散过程的数值模型，揭示不同尺度的蒸散规律及其驱动机制，定量确定叶片、个体、田块、灌区不同尺度之间蒸散过程的转化方法，获取绿洲灌区高时空分辨率的蒸散发通量，以期在非均匀复杂下垫面蒸散发通量观测与数值模拟方面取得突破性进展，为人工荒漠绿洲水资源的合理配置和高效利用提供理论依据。

项目在河西走廊人工荒漠绿洲灌区，系统地开展了植物叶片蒸腾、茎干液流、土壤蒸发观测及基于小气候与涡动相关系统的水热传输过程等试验，并应用遥感技术开展了绿洲尺度的蒸散发研究。主要进展如下：（1）基于绿洲农田玉米叶片-个体-田块同步观测实验，开展了不同空间尺度蒸腾对比研究，发现作物生长发育期基于叶片估算的田间蒸腾大于个体的估算值，作物生长中期差异较小，成熟期个体估算值大于叶片估算值。（2）对比分析了Bowen Ratio-energy Balance，Penman，Penman-Monteith，Soil Water Balance，Priestley-Taylor， Hargreaves Methods和FAO-56作物系数法等7种方法估算绿洲玉米农田生长季蒸散发的差异，发现Penman-Monteith 模型是估算绿洲蒸散发较精确的方法，并提出了在不同生长发育阶段确定该模型主要参数冠层阻力的方案。应用FAO-56双作物系数法分割了作物蒸腾与土壤蒸发。（3）利用遥感数据与地面监测数据，研究了绿洲蒸散发的空间异质性，发现绿洲内依照水体，农田，林地到湿地的土地利用类型，蒸散发逐渐减弱；沿着河流从上游到下游，绿洲蒸散发逐渐增加；在垂直于河道的梯度上蒸散发随着距河道距离增大而减小；在绿洲与荒漠（沙地）之间存在1个内外各1.5km左右的蒸散发过渡带。（4）通过对30m×30m，100m×100m，500m×500m，1000m×1000m，5000m×5000m等5个取样粒度遥感估算蒸散发的结果分析，发现500m×500m 的取样粒度可以真实反映绿洲蒸散发的基本情况，1000m×1000m 的取样粒度是遥感估算绿洲蒸散发的上限单元面积。（5）对比分析了灌区与绿洲尺度上耗水量，发现黑河荒漠绿洲灌区尺度（平川灌区）的耗水量为640m3/亩，绿洲尺度上的平均耗水量为500m3/亩。.　　项目在执行过程中共培养研究生5名，参加国内外学术会议12项。通过项目的实施，新购置野外监测和实验设备5套，价值60万，完善了绿洲农田蒸散发观测系统，积累了相关的数据。在Hydrology & Earth System Sciences，Hydrological Processes, Agricultural Water Management等国内外刊物上发表研究论文21篇。