
土壤水分對于土壤熱輸送的作用
麥田土壤-大氣界面以冠層頂為上邊界,以地表為下邊界。其厚度為(綠)葉面積指數的正比函數。界面內部及界面上下兩側的物質(zhì)傳輸過(guò)程包括降雨、凝結、土壤蒸發(fā)、地表下滲、重力排水、土壤水分(土壤水分速測儀可測)運動(dòng)和根系吸水等水分通過(guò)過(guò)程和截留等水分貯存過(guò)程。
其能量傳輸過(guò)程包括輻射傳輸、動(dòng)能傳輸(風(fēng)和湍流)及內能傳輸(潛熱輸送、顯熱輸送和土壤熱輸送)等。由于地心吸引力等作用,界面上側(大氣)的水分向界面運動(dòng)(降雨),加上界面上水分人為增加(灌水)以及界面下側深處的水分向上運動(dòng)(潛水蒸發(fā)),導致土壤水分增加。另一方面根據“水分總是從水勢高處流向水勢低處”的原理,具有較高水勢的土壤水分總是趨向于順著(zhù)根系,或者直接釋放到大氣,導致土壤水分減少。作為水分傳輸
過(guò)程之一的蒸散過(guò)程由于其本身包含液態(tài)水向汽態(tài)水轉化的相變過(guò)程,也是一種能量傳輸過(guò)程(潛熱輸送)。土壤水分的這些變化與土壤-大氣界面共同影響著(zhù)麥田水熱傳輸。
由于土壤水分較少,對地表蒸發(fā)起制約作用,導致潛熱通量較小。另外,雖然土壤水分含量越小,熱傳導系數越小,土壤熱通量越小;但由于此時(shí)LAI很小,界面厚度很小,土壤熱通量在小麥生長(cháng)階段相對較高。顯熱通量極大地受土壤水分制約,土壤水分越小,顯熱通量越大。與4月10日土壤水分相似的5月7日, LAI達到最大,界面厚度達到最大,界面起減緩物質(zhì)傳輸作用。小的地表水分含量和大的界面厚度共同導致土壤熱通量較小。另一方面,雖然小的地表土壤水分限制了地表蒸發(fā),但此時(shí)植物根系發(fā)達,根系吸水能力強,可從土壤深層獲得水分,植物蒸騰很大,因而總蒸散增大。雖然小的地表水分含量導致顯熱通量較大,但由于總蒸散較大,地面溫度降低,顯熱通量減小。
土壤水分(土壤墑情測定儀可測定)對垂直于界面的水分和能量傳輸過(guò)程有重要的抑制或加快作用。對于顯熱和潛熱輸送,土壤水分起決定作用,土壤水分越小,顯熱通量越大,潛熱通量越小,反之亦然。界面厚度只在土壤水分較小時(shí)對顯熱和潛熱輸送的作用較大。對于地表與大氣的熱通量輸送,界面厚度起決定作用,界面厚度越大其值越大。
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