辽河三角洲芦苇湿地冠层尺度蒸腾与蒸发过程模拟研究

This study takes the reed community (Phragmites communis) as the research object in Liaohe Delta Wetland, working around the key scientific problem about how to achieve the accurate evapotranspiration in canopy scale of reed wetland. The research group is responsible for Panjin Wetland Ecosystem Research Station (121º57＇E, 40º56＇N). The fluxes of carbon, water, heat and the related meteorological factors are long-term observed with eddy covariance technique (CSAT3/LI-7500) and micrometeorological gradient observation system since 2004. Based on the long-term observation, we are going to measure ecophysiological characteristics of reed community and soil evaporation in the station, and analyze the response of canopy resistance and crop coefficient on the physiological factors and environmental factors, With the observation data, we can establish the canopy resistance and crop coefficient model coupled with physiological and environment factors in reed wetland. Additionally, we will simulate the evapotranspiration with PM model and FAO-56 methods, which could improve the methods of evaporation and transpiration in canopy scale of reed wetland. This study could disclose the response of the parameters coupled with atmosphere-plant-soil in different spatial and temporal scales of reed wetland, evaluate accurately the evapotranspiration with ecological process, and provide the theory foundation for the assessment of water balance and the response of water change to vegetation.

本项目以辽河三角洲湿地芦苇群落为研究对象，围绕如何实现冠层尺度的芦苇湿地蒸腾与蒸发过程的准确模拟这一关键科学问题开展研究。项目研究组成员负责盘锦湿地芦苇生态系统野外观测站，该站自2004年建立以来开展了长期通量和气象定位观测。在此基础上，本项目拟开展芦苇群落光合生理生态、微环境以及土壤蒸发试验观测，重点分析冠层阻力和作物系数对芦苇群落生理因子和冠层垂直条件下环境因子的响应过程，结合涡动相关系统、小气候梯度仪和微型蒸渗仪的观测数据，建立耦合环境-生物因子的冠层尺度芦苇湿地冠层阻力和作物系数模型和方法。同时利用PM模型和FAO-56方法模拟芦苇湿地蒸散，完善芦苇湿地冠层尺度的蒸发与蒸腾过程模拟方法，揭示芦苇湿地大气-植被-土壤耦合参数对多尺度蒸散过程的响应机理，实现从生态过程准确评估芦苇湿地蒸发与蒸腾，提高芦苇湿地蒸散模拟的准确性，为评估湿地水收支及植被对于水分变化响应机制提供理论基础。

实现不同时空尺度的芦苇湿地蒸散过程的准确模拟，关键在于大气-植被-土壤界面的参数耦合，而目前针对不同尺度的芦苇湿地蒸散参数化研究很少，因此，有必要探讨适合芦苇湿地多尺度蒸散模拟及参数化方法，为芦苇湿地蒸散评估模型的选择提供支持。项目以辽河三角洲湿地芦苇群落为研究对象，围绕如何实现冠层尺度的芦苇湿地蒸腾与蒸发过程的准确模拟这一关键科学问题开展研究。基于芦苇群落光合生理生态、水汽通量、环境因子以及水面蒸发等观测数据，结合PM模型和FAO-56模型，建立了耦合环境-生物因子的冠层尺度芦苇湿地冠层阻力和作物系数模型，完善了芦苇湿地冠层尺度的蒸发与蒸腾过程模拟方法。主要结果有：(1) 针对目前常利用单一层次叶片试验评价湿地芦苇最大光合能力代表性差的问题，提出基于多层光合试验，评价3-5个垂直层次芦苇叶片的光合能力差异，发现芦苇植株上层和中层叶片的综合观测更能反映芦苇光合作用的最大利用效率；模拟了芦苇光响应参数，为芦苇湿地蒸散过程模型提供了精准参数；(2) 重新构建了基于3-5层气孔阻力、有效叶面积指数和环境因子（净辐射、VPD）的芦苇群落冠层阻力模型，实现了叶片尺度阻力到冠层尺度的转换，解决了应用PM模型估算冠层蒸散过程难以通过直接观测获取冠层阻力参数的问题。(3) 重新构建了基于生物因子和环境因子的小时尺度芦苇群落作物系数、基础作物系数和水面蒸发系数模型，实现了芦苇群落蒸发过程与蒸腾过程的分离，解决了无法通过实际观测直接获取芦苇群落蒸腾量的问题，同时提高了模拟芦苇群落蒸散的精度，建立了更适用于辽河三角洲芦苇沼泽湿地的蒸散模拟方法。(4)应用SEBAL模型反演盘锦湿地蒸散量，并与实测涡动蒸散通量数据进行比较，建立了线性方程，对遥感估算值进行订正，为缺测数据的插补提供了参照依据。意义：实现了从生态过程准确评估芦苇湿地蒸发与蒸腾过程，提高了芦苇湿地蒸散量模拟的准确性，为辽河三角洲湿地植被蒸散量的估算提供方法和依据。