第六讲_通量观测方法与原理_

1、中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 陆地表层系统野外实验原理与方法陆地表层系统野外实验原理与方法 第六讲第六讲 地表通量观测方法及原理地表通量观测方法及原理 袁国富袁国富 中科院地理科学与资源所中科院地理科学与资源所 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 地地- -气界面通量观测方法气界面通量观测方法 p直接测定方法直接测定方法(蒸渗仪、箱式法蒸渗仪、箱式法) p间接测定方法

2、间接测定方法(小气候法小气候法) 波文比方法波文比方法 涡度相关方法涡度相关方法 p大尺度通量的观测大尺度通量的观测(大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪) p通量的分解测定通量的分解测定(同位素技术同位素技术) 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 地地- -气界面通量观测方法气界面通量观测方法 地面与大气之间的能量和物质交换地面与大气之间的能量和物质交换 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富

3、袁国富 地地- -气界面通量观测方法气界面通量观测方法 地地-气界面的水碳通量和交换量气界面的水碳通量和交换量 p通量通量 单位时间单位面积的交换量单位时间单位面积的交换量 p水汽通量水汽通量 以植物蒸腾和土壤蒸发以植物蒸腾和土壤蒸发(方向向上方向向上)为主体，在一定的为主体，在一定的 条件下还包括水汽凝结条件下还包括水汽凝结(方向向下方向向下)组成的地面与大气之组成的地面与大气之 间的水汽交换量间的水汽交换量 p碳通量碳通量 以植物光合作用以植物光合作用(方向向下方向向下)，植物和土壤呼吸，植物和土壤呼吸(方向向方向向 上上)组成的地面与大气之间的碳交换量组成的地面与大气之间的碳交换量 中国

4、科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 大型蒸渗仪方法大型蒸渗仪方法 原理原理 Lysimeter：蒸发渗漏仪：蒸发渗漏仪(简称蒸渗仪简称蒸渗仪) 观测原理：称重观测原理：称重 前后两个时间观测的土柱质量差为这一观测时段该土柱的水前后两个时间观测的土柱质量差为这一观测时段该土柱的水 的损失量的损失量 21 21 21 )( GGET LGGIPET LETGIPG G1时段初蒸渗仪土柱重量时段初蒸渗仪土柱重量(g) G2时段末蒸渗仪土柱重量时段末蒸渗仪土柱重量 P降雨量降雨量 I灌溉量灌溉量

5、 L渗漏到土柱外的水量渗漏到土柱外的水量 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 大型蒸渗仪方法大型蒸渗仪方法 示意图示意图 外观外观 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 大型蒸渗仪方法大型蒸渗仪方法 示意图示意图 内部构造内部构造 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富

6、 大型蒸渗仪方法大型蒸渗仪方法 优缺点优缺点 直接观测，精度高直接观测，精度高 可以进行水分处理，进行不同科学目的的观测可以进行水分处理，进行不同科学目的的观测 自然代表性不够自然代表性不够 应用范围相对较窄应用范围相对较窄 p优点优点 p缺点缺点 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 波文比波文比- -能量平衡方法能量平衡方法 波文比的定义波文比的定义 E H 波文比波文比(Bowen ratio)指地表感热通量与潜热通量之比指地表感热通量与潜热通量之比 波文比可以描述空气的稳定状况

7、：波文比越大，表明感热交换越强波文比可以描述空气的稳定状况：波文比越大，表明感热交换越强 烈，空气越不稳定，波文比越小，空气稳定性越好烈，空气越不稳定，波文比越小，空气稳定性越好 根据空气运动的梯度扩散理论根据空气运动的梯度扩散理论 dz dT KcH hp dz de K P E v de dT K K Pc v h p 假设假设Kh=Kv，微分变差分，微分变差分 e T Pc p 该公式意味着，测定两个高度的温度和湿度差，就能得到波文比该公式意味着，测定两个高度的温度和湿度差，就能得到波文比 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网

8、络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 波文比波文比- -能量平衡方法能量平衡方法 观测原理观测原理 GEHR n E H 1 GR E n 1 )(GR H n 观测净辐射和波文比，就能计算获得观测净辐射和波文比，就能计算获得 感热通量和潜热通量感热通量和潜热通量 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 波文比波文比- -能量平衡方法能量平衡方法 与小气候方法相关的几个概念与小气候方法相关的几个概念 1. Fetch(风浪区风浪区) 是指风在某一是指风在某一均匀粗糙表面均匀粗

9、糙表面所穿行的距离或范围。所穿行的距离或范围。 2. Footprint(通量观测区域通量观测区域) 是指地表通量观测设施观测到的范围，代表了仪器获得的通是指地表通量观测设施观测到的范围，代表了仪器获得的通 量交换的具体范围和位置。量交换的具体范围和位置。 3. 平流平流 水平方向上的能量交换水平方向上的能量交换 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 波文比波文比- -能量平衡方法能量平衡方法 波文比方法的误差来源及其避免波文比方法的误差来源及其避免 提高仪器测量精度，及时维护保养提高

10、仪器测量精度，及时维护保养 风浪区长度应该在是仪器安装高度的风浪区长度应该在是仪器安装高度的100倍以上倍以上 1. 平流影响平流影响 2. 空气稳定状况空气稳定状况 适合于中性层结和不稳定层结适合于中性层结和不稳定层结 3. 仪器测量误差仪器测量误差 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 原理原理 对于一个不断变化的量，对于一个不断变化的量， 它可以分解为两部分：它可以分解为两部分： uuu u为瞬时值，为瞬时值，u为一段时间为一段时间 的平均值，的平均值，

11、u为脉动值为脉动值 1. 平均值与脉动值平均值与脉动值 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 原理原理 2. Reynolds平均法则平均法则 uu 0 u wuwu 0 wuwu w uwuuw 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 原理原理 u1v1 u2v2 w1vw1v F 3. 涡度相关的两个假定涡度相关的两个假定

12、2211vv uu 平均垂直风速为平均垂直风速为0 0w 其中其中u，w分别为水平和垂直风速，分别为水平和垂直风速，v为物质浓度为物质浓度(密度密度) 水平方向上通量的输入与输水平方向上通量的输入与输 出相等出相等 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 原理原理 u1v1 u2v2 w1vw1v F 3. 通量公式的推导通量公式的推导 平均的垂直通量可以表述为平均的垂直通量可以表述为 v wF www vvv )( )( v vv vvvv vvvv vvvv

13、 vv w ww wwww wwww wwww wwF 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 原理原理 4. 涡度相关涡度相关(Eddy Covariance/Correlation, EC) 已知相互关联的变量已知相互关联的变量A,B之间的协方差可以表述为：之间的协方差可以表述为： 1 0 )( 1 ),( N i ii BBAA N BACov 1 0 1 0 1 )( 1 ),( v N i vi N i vviiv w w N ww N wCov i

14、1 0 )( 1 N i vviiv ww N wF 地气之间的湍流传输通地气之间的湍流传输通 量是物质或能量的浓度量是物质或能量的浓度 与垂直速度的协方差与垂直速度的协方差 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 动量、热量和水汽通量动量、热量和水汽通量 动量通量：动量通量： u w 感热通量：感热通量： T wcH p 水汽通量：水汽通量： q wE q为空气比湿为空气比湿 Baldocchi et al, 1988, Ecology, 69:1331-13

15、40 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 系统主要组成系统主要组成 (1)超声风速仪超声风速仪 10Hz频谱空气运动及其速度的三维测量频谱空气运动及其速度的三维测量 (2)湿度仪湿度仪 测量水汽浓度测量水汽浓度 (3)CO2气体分析仪气体分析仪 测量测量CO2浓度浓度 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 系统主要组成系统主

16、要组成 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 涡度相关方法涡度相关方法 系统主要组成系统主要组成 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 大尺度通量观测大尺度通量观测: : 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer)原理原理 空气的折射指数与感热通量之间空气的折射指数与感热通量之间 在理论上存在一个关系在理论上

17、存在一个关系 空气折射指数用折射指数的结构空气折射指数用折射指数的结构 参数参数Cn2来描述其湍流强度来描述其湍流强度 Cn2是一个与温度结构参数是一个与温度结构参数CT2相关相关 的一个参数。对于近红外波段，的一个参数。对于近红外波段， 这个关系式可以表达为：这个关系式可以表达为： AT为温度对折射指数的相对贡献为温度对折射指数的相对贡献 T为空气温度为空气温度 为波文比为波文比 p为大气压为大气压 温度结构参数温度结构参数 空气折射指数空气折射指数 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁

18、国富 大尺度通量观测大尺度通量观测: : 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer)原理原理 而温度结构参数与感热通量直接而温度结构参数与感热通量直接 相关：相关： 有近似公式：有近似公式： zs 发射光束高度发射光束高度 d 零平面位移零平面位移 LMO:Molin-Obukhov长度长度 其中其中b=0.57 温度结构参数温度结构参数 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 大尺度通量观测大尺度通量观测: : 大孔

19、径闪烁仪大孔径闪烁仪 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer)原理原理 LAS由一个发射器和一由一个发射器和一 个接收器组成，发射器个接收器组成，发射器 发射某个波段的一个光发射某个波段的一个光 束，这个光束的强度由束，这个光束的强度由 于空气湍流于空气湍流“闪烁闪烁”而而 发生改变，通过接收器发生改变，通过接收器 获取被改变的光强度获取被改变的光强度 光强的自然对数的协方差与空气折射指数结构参数之间存在如下关光强的自然对数的协方差与空气折射指数结构参数之间存在如下关 系系(接收器和发射器的孔径大小相同接收器和发射器的孔径大小相同)： D为发射光束

20、的直径，为发射光束的直径，L为光程长度为光程长度 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 大尺度通量观测大尺度通量观测: : 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪 特点特点 测定发射器与接收器之间线状区域平均的测定发射器与接收器之间线状区域平均的 感热通量感热通量 是一种大尺度是一种大尺度(一般可达一般可达5km)的通量观测的通量观测 手段手段 对潜热通量的测定存在一定的问题对潜热通量的测定存在一定的问题 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研

21、究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 通量的组成与分割通量的组成与分割 水汽通量：水汽通量：蒸发与蒸腾蒸发与蒸腾 碳通量：碳通量：光合碳与呼吸碳光合碳与呼吸碳 Transpiration Atmospheric Vapor Net H2O exchange Soil Water Soil EvaporationStem Water Soil surface Precipitation Atmospheric CO2 Recycling (7% of respired CO2) Soil Invasion Photo

22、synthetic uptake Respiration 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 同位素基础知识同位素基础知识 相同质子数，而中子数不同的同一种元素称为同位素相同质子数，而中子数不同的同一种元素称为同位素 氢氢：1H, 2H(D), 3H 氧氧：16O, 17O, 18O 碳碳：12C, 13C, 14C 氮氮：14N, 15N 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所

23、中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 同位素基础知识同位素基础知识 同位素的分馏同位素的分馏 因重同位素和轻同位素在质量和化学能上的差异，导致物因重同位素和轻同位素在质量和化学能上的差异，导致物 质运动过程当中，轻重同位素发生分馏，从而使得同位素质运动过程当中，轻重同位素发生分馏，从而使得同位素 含量发生改变含量发生改变 同位素分馏的作用在于：同位素分馏的作用在于： (1)它导致生态系统中不同源库的稳定同位素比发生变化它导致生态系统中不同源库的稳定同位素比发生变化 (2)它建立了一个同位素信号，可以反

24、映元素循环中关键过它建立了一个同位素信号，可以反映元素循环中关键过 程的存在方式或程度程的存在方式或程度 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 同位素基础知识同位素基础知识 同位素含量的表达同位素含量的表达(以以18O为例为例) 同位素比同位素比R N N R 16 18 18 同位素同位素值值 1 tan 18 18 18 dards sample R R N：元素的量：元素的量(个数个数) 中国科学院地理科学与资源研究

25、所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 同位素基础知识同位素基础知识 同位素分馏过程的表达同位素分馏过程的表达 p 分馏系数分馏系数(fractionation) p 分馏系数分馏系数(描述同位素的富集程度描述同位素的富集程度) 发生同位素分馏作用后的同位素含量与发生分馏作用前的同位素 含量之比定义为分馏系数 BA BA A B AB R R AR BR )( )( / 11 / A B ABAB R R 0意味着分馏过程在富集重同位素（同位素富集），

26、 0意味着 分馏过程在损耗重同位素（同位素贫化） A, B分别指物质的两种 形态或者不同的两种化 合物 L V LV R R 18 18 / 1 18 18 / L V LV R R 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 同位素基础知识同位素基础知识 例：已知水的量为例：已知水的量为N，水中，水中18O同位素的含量同位素的含量(同位素比同位素比)为为18R，求，求 水中水中18O的绝对量的绝对量 1 18 18 18 18

27、 18 16 18 18 R NR N NN N N N R 解：根据同位素比解：根据同位素比R的定义，有：的定义，有： 由于由于18R远小于远小于1，因此分母可以近似等于，因此分母可以近似等于1，则有：，则有： NRN18 18 该公式表明，某物质同位素该公式表明，某物质同位素 的量等于该物质同位素比与的量等于该物质同位素比与 该物质总量的乘积该物质总量的乘积 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 SPAC系统中的系统中

28、的18O和和13C Transpiratio n ( 18 18O O 4 4 ) ) Atmospheric Vapor ( 18 18O 13 O 13) ) Net H2O exchange ( 18 18O 5 O 5) ) Soil Water ( 18 18O 4 O 4) ) Soil Evaporation ( 18 18O 31 O 31) ) Stem Water ( 18 18O 4 O 4) ) Leaf Water ( 18 180 14 0 14) ) Soil surface water ( 18 18O 3 O 3) ) H218O, H16O, H216O P

29、recipitation ( 18 18O 4 O 4) ) Atmospheric CO2 ( 18 18O41 O41, , 13 13C 8 8) ) Recycling (7% of respired CO2) C18O16O, C16O2 , 13CO2 , 12CO2 Soil ( 18 18O30 O30, , 13 13C25 25) ) Invasion H2 18O Photosynthetic uptake ( 18 18O 18 O 18 13 13C26 26) Stem ( 18 18O29 O29, , 13 13C26 26) Respiration 中国科学院

30、地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) TEET p蒸散通量等于蒸发与蒸腾之和蒸散通量等于蒸发与蒸腾之和 蒸散的同位素通量等于蒸发同位素通蒸散的同位素通量等于蒸发同位素通 量与蒸腾同位素通量之和量与蒸腾同位素通量之和 TEET TEET 1 TE TTEEET TEET ff ff ET T ET E ET EET T f T 蒸腾水汽同位素含量，等于植蒸腾水汽同位素含量，等于植 物茎水同位素

31、含量物茎水同位素含量(稳态假设稳态假设) E 蒸发水汽同位素含量，用蒸发水汽同位素含量，用 Graig-Gordon模型计算模型计算 ET 蒸散水汽同位素含量，用蒸散水汽同位素含量，用 Keeling Plot方法获取方法获取 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) p植物蒸腾的水同位素稳态假设植物蒸腾的水同位素稳态假设 在某些情形下，进入叶片的水的同位素组成与排出叶片的水在某些情形

32、下，进入叶片的水的同位素组成与排出叶片的水(水汽水汽) 的同位素组成相等，这种情形称之为植物蒸腾的同位素稳态的同位素组成相等，这种情形称之为植物蒸腾的同位素稳态 同位素稳态在一个较长时间尺度时，或者蒸腾水汽量远大于叶片同位素稳态在一个较长时间尺度时，或者蒸腾水汽量远大于叶片 本身含水量，水汽交换本身含水量，水汽交换(蒸腾速率蒸腾速率)较大时，稳态假设一般是成立较大时，稳态假设一般是成立 的的 在短时间尺度，如小时或更短尺度，由于受各种环境因子的影响，在短时间尺度，如小时或更短尺度，由于受各种环境因子的影响， 蒸腾的同位素稳态往往会受到影响，形成蒸腾过程的同位素非稳蒸腾的同位素稳态往往会受到影响

33、，形成蒸腾过程的同位素非稳 态情形态情形 sT 蒸腾水汽蒸腾水汽源水源水 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) pCraig-Gordon模型模型 模拟蒸发水汽同位素组成的模型模拟蒸发水汽同位素组成的模型 蒸发的三个物理过程以及对应蒸发的三个物理过程以及对应 的三个不同分馏过程的三个不同分馏过程 1.液态水汽化形成饱和水汽层， 以及对应的平衡分馏过程 2.水汽穿过界面的静止空气层

34、的分子扩散过程，以及对应的 分子扩散分馏 3.水汽通过湍流交换层的湍流 扩散过程以及对应的湍流扩散 分馏 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) pCraig-Gordon模型模型 蒸发通量的阻力模式： 水汽通量水汽浓度梯度/扩散阻力 对于总的水汽扩散而言，水汽 通量为： 对于水汽重同位素的扩散而言， 同位素水汽通量为： hN空气相对湿度，RL液态水同位素含量，RA空气水汽同位素含量

35、，V/L平衡分馏系数， 总的水汽扩散阻力，包括分子扩散阻力M和湍流扩散阻力T，i下标指水稳定同位素 HDO或H218O 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) pCraig-Gordon模型模型 N diffV/LANLV/L E h1 h n=1/2 对于自然水面蒸发 =1 对于土壤水和叶片水蒸发 =1对于小水面 =0.5-0.88 对于大水面 18diff = -28.5 2di

36、ff = -25.1 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) pKeeling Plot方法方法 近地层空气水汽被认为是周围空气水汽与地表蒸近地层空气水汽被认为是周围空气水汽与地表蒸 散水汽的混合物，因此有质量平衡方程散水汽的混合物，因此有质量平衡方程: : ETam qqq 这里这里qm为某一高度的水汽浓度，为某一高度的水汽浓度，qa为周围空气为周围空气(上风向空气上风向空气) 的

37、水汽浓度的水汽浓度(比湿比湿)，qET为地表蒸散为地表蒸散(包括植物蒸腾和土壤蒸包括植物蒸腾和土壤蒸 发发)水汽浓度水汽浓度(比湿比湿) 则水汽中稳定同位素成分则水汽中稳定同位素成分(HDO,H218O)的质量平衡可以写的质量平衡可以写 作：作： ETETaamm qqq ET m ETaam q q 1 )( 水汽同位素含量与水汽浓度的倒数为线水汽同位素含量与水汽浓度的倒数为线 性关系，且截距为性关系，且截距为ET的同位素含量的同位素含量 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心水分分中心 袁国富袁国富 通量的精细分解测定通量的精细分解测定: :同位素技术同位素技术 原理原理(以水汽通量为例以水汽通量为例) pKeeling Plot方法方法 ET m ETaam q q 1 )( Keeling Plot曲线曲线 河北栾城，冬小麦田，河北栾城，冬小麦田，2008 中国科学院地理科学与资源研究所中国生态