SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾、CO2通量和光合作用的模型。模型包括土壤水流子模型，根系吸水子模型，蒸发蒸腾子模型，冠层阻力-光合作用-CO2通量子模型几个组成部分。土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述；根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型；蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth-Wallace公式；采用叶片水平的气孔阻力-光合作用模型，并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量。本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2传输过程与光合作用过程，同时各个子模型又具有较强的机理性。     

SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型（I）模型建立

本文建立了模拟农田SPAC（Soil-Plant-Atomosphere Contiuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾，CO2通量和光合作用的模型，模型包括土壤流水力子模型，根系蒸腾子模型，冠层阻力－光合作用－CO2通量子模型几个组成部分，土壤水流子模型采用土壤水充的连续议程来描述，根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得模型，蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth-Wallace公式，采用叶片水平的气孔阻力－光合作用模型，并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力，光合作用速度以及叶敢也下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量，本模型的特点是尺可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水，热，CO2传输过程与光合作用过程，同时各个子模型又具有较强的机理性。     

SPAC系统中水热CO_2通量与光合作用的综合模型(Ⅱ):模型验证

本文利用禹城综合试验站土壤 -植物 -大气连续体系统综合观测场冬小麦田间实测资料 ,对“SPAC系统中水热、CO2 通量与光合作用的综合模型 (Ⅰ )模型建立”一文所建立的模拟土壤水分动态、蒸发蒸腾和冠层CO2 通量等功能进行了验证 .利用波文比观测水汽通量结果、土壤水分剖面监测结果分别对模拟计算腾发量和土壤水分剖面的验证结果表明 ,模拟计算的腾发量和土壤水分剖面是比较准确的 ;将模拟的光合作用过程中的CO2通量与实测值对比表明 ,模拟值与实测值的变化趋势是一致的 ,但是数量上存在一定的差异 .模拟光合作用过程和强度符合一般规律 .总体说明 ,所建立的系统模型在上述功能的模拟上是可行的     

SPAC系统中水热CO2通量光合作用的综合模型（Ⅱ）：模型验证

本文利用禹城综合试验站土壤－植物－大气连续体系综合观测场冬小麦田实测资料，对“SPAC系统中水热、CO2通量与光合作用的综合模型（Ⅰ）模型建立”一文所建立的模型土壤水分动态、蒸发蒸腾和冠层CO2通量等功能进行了验证，利用波文比观测水汽通量结果、土壤水分剖面监测结果分别与对模拟计算腾发量和土壤水分剖面的验证结果表明，模拟计算的腾发量和土壤水分剖面是比较准确的；将模拟的光合作用过程中的CO2通量与实测值对比表明，模拟值与实测值的变化趋势是一致的，但是数据上存在一定的差异，模拟光合作用过程和强度符合一般规律，总体说明，所建立的系统模型在上述功能的模拟上是可行的。     

SPAC系统中水热CO2通量与光合作用的综合模型(Ⅱ)：模型验证

本文利用禹城综合试验站土壤-植物-大气连续体系统综合观测场冬小麦田间实测资料，对“SPAC系统中水热、CO2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立”一文所建立的模拟土壤水分动态、蒸发蒸腾和冠层CO2通量等功能进行了验证。利用波文比观测水汽通量结果、土壤水分剖面监测结果分别对模拟计算腾发量和土壤水分剖面的验证结果表明，模拟计算的腾发量和土壤水分剖面是比较准确的；将模拟的光合作用过程中的CO2通量与实测值对比表明，模拟值与实测值的变化趋势是一致的，但是数量上存在一定的差异。模拟光合作用过程和强度符合一般规律。总体说明，所建立的系统模型在上述功能的模拟上是可行的。     

干旱内陆区玉米田水热通量多层模型研究

准确模拟农田水热通量对于干旱内陆区高效利用有限水资源具有重要意义。本文基于物质和能量交换多层模型(ACASA),增加C4作物光合、气孔导度对水分胁迫响应、玉米形态变化和根系非均匀吸水模块,修改土壤蒸发阻力和土壤水分运动参数计算模块,构建玉米田水热通量多层模型ACASA-M。根据实测值对模型关键过程进行参数率定,应用涡度相关系统实测水热通量进行模型验证。结果表明,ACASA-M能较好地模拟玉米田水热通量和土壤蒸发动态,也能模拟冠层内水热通量的时空分布;最大光合能力和叶面积指数非线性交互影响潜热通量;CO2浓度升高会减小潜热通量和冠层导度,增大感热通量。总之,该多层模型既可用于水热通量的模拟和预报,也可作为评价变化环境对农田耗水影响的有力工具。     

土壤-植物-大气连统体中的水流阻力及相对重要性

本文以植物根系吸水的人工模拟试验所测得的资料为依据,运用水流的电模拟原理,定量分析了土壤-植物-大气连统体(SPAC)中水流阻力各分量的大小、变化规律及其相对重要性。 SPAC中主要的水流阻力发生在水分进入植物根系和离开植物叶片这两个对称的连接“链条”上。根系吸收阻力和气孔扩散阻力是决定液态水流速度和水汽扩散速度的重要因素,二者的最大值由植物本身性质决定。土根接触阻力当土壤含水量较低时,与根系吸收阻力为同一数量级,最大值能达到土根总阻力的70％以上。土壤阻力和植物内部对液态水流的传导阻力相对较小。     

冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究Ⅰ:模型

本文开展了冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体(简称SPAC)水热运移的耦合研究，建立了可以同时动态模拟冬小麦生长过程与SPAC水热运移过程的动力学模型-WheatSPAC模型。模型中，采用有限元差分格式进行土壤水热运移的数值模拟；采用双层模型进行冠层水热运移的模拟；采用改进的Feddes根系吸水模型及负指数分布形式的根系密度模型，实现土壤与冠层的耦合；通过生育阶段、干物质生产、干物质分配等过程的模拟，建立了冬小麦生长的机理性模型；通过对冬小麦叶面积指数、株高、根系分布的模拟，实现冬小麦生长与SPAC水热运移的耦合。     

土壤-植物-大气连续体水分传输的计算机模拟

本文在土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输机理研究的基础上,提出了包括根区土壤水分动态模拟、作物根系吸水模拟和蒸发蒸腾模拟三个子系统的SPAC水分传输动态模拟模型,设计了SPAC水分传输模拟的计算机软件,经冬小麦生育期模拟值和实测值的比较分析表明,该模型模拟田间土壤水分动态和作物蒸发蒸腾具有较高的精度。最后,分析了SPAC水分传输动态对土壤水分运动参数、气象因素的敏感性,并进行了SPAC水分传输动态的计算机仿真试验。     

土壤-植物-大气连续体水分传输的计算机模拟

本文在土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输机理研究的基础上,提出了包括根区土壤水分动态模拟、作物根系吸水模拟和蒸发蒸腾模拟三个子系统的SPAC水分传输动态模拟模型,设计了SPAC水分传输模拟的计算机软件,经冬小麦生育期模拟值和实测值的比较分析表明,该模型模拟田间土壤水分动态和作物蒸发蒸腾具有较高的精度。最后,分析了SPAC水分传输动态对土壤水分运动参数、气象因素的敏感性,并进行了SPAC水分传输动态的计算机仿真试验。     

气候对森林-径流关系的影响

为了揭示气候对森林-径流关系的影响,利用已有的不同地区森林集水区试验结果分析森林-径流关系空间变化规律,然后在生物物理/动态植被模型SSi B4/TRIFFID与TOPMODEL的耦合模型对长江上游梭磨河流域不同温度下植被演替及蒸发与径流的动态变化过程的模拟结果基础上,通过分析水热条件对净光合速率、冠层湿润分数、蒸腾、冠层截留蒸发以及土壤蒸发的影响,分析水热条件对森林-径流关系的影响。主要结论有:水热条件通过控制森林的净光合速率、蒸腾、冠层截留蒸发和土壤蒸发影响森林-径流关系;随着温度增加,森林蒸散发增加幅度大于其它植被类型和裸地,使森林-径流关系发生变化,水热条件的空间变化决定了森林-径流关系和水分利用效率的空间变化;受气候垂直地带性和水平地带性影响,随着海拔高度下降或从北到南随着温度增加,水分利用效率减小,森林-径流关系存在从增加径流量到对径流量没有明显影响再到减小径流量的变化,水分胁迫或高温将抑制森林蒸腾从而减小森林对径流量减少的作用,森林集水区比较试验结果体现了森林-径流关系这种空间变化规律。     

黏弹性人工边界地震动输入方法及实现

本文对实现黏弹性边界的常用方法进行了总结,对相应于黏弹性边界的地震动输入公式进行了详细推导,把自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解,简化了地震动输入公式,并给出了地震动输入的简化方法。基于ABAQUS软件,进行算例分析并和理论解进行对比,验证了各种黏弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后,对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析,通过施加黏弹性边界并输入相应地震动,评价了无限地基辐射阻尼的影响,并与无质量地基模型的计算结果进行了比较。结果表明,考虑辐射阻尼效应后坝体地震响应明显降低,故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。     

大气CO2浓度增加对农田蒸发蒸腾和作物水分利用的影响

依据在大型人工气候室内进行的试验资料，分析了空气中二氧化碳（ＣＯ２）浓度增加对春小麦叶片气孔阻力、叶温、光合速率、蒸腾速率和作物水分利用，生长状况等的影响，结果表明，ＣＯ２浓度增加，叶气也阻力、叶温、光合速率均有不同程度的增加，而叶面积和株高明显增大，总蒸发蒸腾量呈减小趋势，此外，还模拟了未来气候变化对农田蒸发蒸腾的定量影响。     

基于Penman-Monteith公式的双源模型的改进

本文在Penman-Monteith公式的基础上，推导出能解析计算冠层蒸腾和土壤蒸发的双源模型，使之能广泛用于农田蒸腾和蒸发的计算.采用玉米田波文比-能量平衡(BREB)观测资料对模型进行检验，模拟的蒸散量与BREB的结果相当一致.模型 主要参数对蒸散的敏感性分析表明，这些参数变化±20%时，蒸散的响应小于±7%.     

基于Penman-Monteith公式的双源模型的改进

本文在Penman-Monteith公式的基础上，推导出能解析计算冠层蒸腾和土壤蒸发的双源模型，使之能广泛用于农田蒸腾和蒸发的计算.采用玉米田波文比椖芰科胶?BREB)观测资料对模型进行检验，模拟的蒸散量与BREB的结果相当一致.模型主要参数对蒸散的敏感性分析表明，这些参数变化±20%时，蒸散的响应小于±7%.     

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。     

喷灌田间小气候对作物蒸腾影响的田间试验研究

为准确评价喷灌水利用率，以地面灌为对照，利用热平衡茎流计对喷灌冬小麦和夏玉米的蒸腾速率进行了连续2年监测，结果表明，喷灌对田间小气候的改善使得作物的蒸腾受到明显抑制，就一次灌水而言，从喷灌启始至蒸腾抑制作用消失，喷灌处理冬小麦蒸腾量仅占地面灌处理的7％～14％，由冠层截留水量蒸发导致的蒸腾抑制量为1.7～4.1mm；夏玉米喷灌处理蒸腾量占地面灌处理的23％～42％，蒸腾抑制量为 0.5～2.8mm。将截留水量与蒸腾抑制量进行比较可知，喷灌夏玉米冠层截留作用可能产生一定量的水分损失，而冬小麦冠层截留水量则在小麦耗水过程中是完全有效的。