以中型蒸渗仪监测的库布齐沙漠人工林土壤蒸发量

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00212

摘要/Abstract

摘要：

人工造林对库布齐沙漠的生态有重要影响，量化沙地土壤蒸发对开展人工林建设具有重要意义。利用蒸渗仪对库布齐沙漠银肯沙林场的土壤蒸发进行测定，但受外界因素的影响，蒸渗仪观测的数据会有异常值，通过自适应窗口阈值法对观测数据进行处理。再利用气象观测系统获取相关气象数据，分析土壤蒸发与气象因子的关系。结果表明：小时尺度上，蒸渗仪获取的降水与雨量筒获取的降水量之间的决定系数为0.93，平均误差和均方根误差分别为-0.00078、0.11 mm，探测率、击中率及Heidke指数分别为0.75、0.9、0.8；日尺度上，两者的决定系数为0.99，平均误差和均方根误差分别为-0.02、0.66 mm，探测率、击中率及Heidke指数分别为0.94、0.85、0.85。两个时间尺度下，该方法在处理蒸渗仪的异常数据取得了较好的结果。研究时段内林场的土壤蒸发量为93.87 mm，集中在7—9月，最大日蒸发量为16.5 mm；降水为264.88 mm，也集中在7—9月，最大日降水量约35 mm，沙地人工林土壤蒸发占降水的35.4%。沙漠人工植被区影响土壤蒸发的主要气象因子是降水和太阳辐射，风速对土壤蒸发的影响不大。

关键词: 库布齐沙漠, 蒸渗仪, AWAT, 土壤蒸发, 气象因子

Abstract:

Accurately quantifying soil evaporation on sandy land is of great significance for developing of plantation construction for restoring the ecology of the Hobq Desert. In this study， lysimeter was used to measure soil evaporation of an artificial forest in the Yinkensha Forest Farm in the Hobq Desert. However， due to the influence of external factors， the data observed by the lysimeter would have abnormal values. The Adaptive Window and Adaptive Threshold method （AWAT） was used to process the lysimeter data. Meteorological variables were measured synchronously to assess their influences on soil evaporation. The following results were obtained： on an hourly scale， the coefficient of determination between the precipitation captured by the lysimeter and the precipitation obtained by the rain gauge was 0.93， and the average error and the root mean square error were -0.00078 mm and 0.11 mm， respectively. The probability of detection， frequency of hit， and Heidke’s index score were 0.75， 0.9， and 0.8 respectively； On the daily scale， the coefficient of determination， average error and root mean square error were 0.99， -0.02 mm， and 0.66 mm， respectively. The probability of detection， frequency of hit， and Heidke’s index score were 0.94， 0.85， and 0.85， respectively. The above statistics suggest the AWAT method had achieved in processing abnormal data from the lysimeter. During the study period， the soil evaporation of an artificial forest farm was 93.87 mm， mainly concentrated in July-September， with a maximum daily evaporation of 16.5 mm； precipitation was 264.88 mm， also concentrated in July-September， with a maximum daily precipitation of about 35 mm. The soil evaporation of sandy plantations accounted for 35.4% of precipitation. The main meteorological factors affecting soil evaporation in desert artificial vegetation areas were precipitation and solar radiation， and wind speed had little effect on soil evaporation.

Key words: Hobq Desert, lysimeter, AWAT, soil evaporation, meteorological factors

中图分类号:

S715.4

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图/表 9

图1 蒸渗仪结构（A）与气象观测系统（B）

Fig.1 The lysimeter （A） and meteorological observation system （B）

表1 降水两类估计联表

Table 1 Contingency table for accuracy of Lysimeter rainfall estimates

蒸渗仪测定的降水	雨量筒观测的降水
蒸渗仪测定的降水	有雨	无雨
有雨	n₁₁	n₁₀
无雨	n₀₁	n₀₀

图2 雨量筒降水量与蒸渗仪降水量的小时变化对比

Fig.2 Comparison of hourly variations in rain gauge rainfall and lysimeter rainfall

图3 雨量筒降水量与蒸渗仪降水量的日变化对比

Fig.3 Comparison of daily variations in rain gauge rainfall and lysimeter rainfall

图4 小时和日尺度的雨量筒降水量与蒸渗仪降水量的时序散点图

Fig.4 Scatter plots of rain gauge rainfall and lysimeter rainfall respectively at hourly and daily scale

表2 蒸渗仪计算降水量的精度指标

Table 2 Assessment of the calculated rainfall from lysimeter

时间	ME/mm	RMSE/mm	PD	FH	HSS
小时尺度	-0.00078	0.11	0.75	0.90	0.80
日尺度	-0.02	0.66	0.94	0.85	0.85

图5 小时蒸发与气象因子的关系

Fig.5 Relationships between hourly soil evaporation and meteorological factors

图6 日蒸发与气象因子的关系

Fig.6 Relationships between daily soil evaporation and meteorological factors

表3 不同AWAT窗口下的降水量和蒸发量

Table 3 Rainfall and evaporation under different windows in the AWAT algorithm

气象因子	AWAT窗口/min
气象因子	11	21	31
蒸发量/mm	105.53	98.95	93.87
降水量/mm	274.62	267.03	264.88

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