全 文 ：0 ID—l弓
第 8卷 第 l期
2 0 0 0年 3月
生 态 农 业 研 究
Eco～agriculture Research
Vo【 8 N0 1
M a rch，2 0 0 0
华北地区冬小麦田辐射过程与热量过程的基本特征*
陆佩 玲
(SL京林业大学森林资源与环境学院 北京
于 强 罗 毅
(中国斟学院地理研究所禹城试验站 北京
盘
$1b』
摘 要 观测 了皋小麦垒生育靳 田间小 气候，j}析 了冬4、麦田辐射过程；]热量过程 的特 王 结果
表明．1d中复射盔中午概而旦境高，呈“U”字形．更射率中午最 氏值为 0．12～0．17左右 靖天辐射
王衡 占太阳恩辐射的 60 -70 。杰舟灌麓的麦田中午潜热通量 占辐鼾平静约 60’三～75
关键词 堑盟±堑、垫量王堑． ．盟北平匣 用f印 曼、里 如
Characteristics of radiation and heat processes over wheat field in Noa h Chi岫 Plain．Lu Peding
(Colege of Forest Resources and Environment，Beijing Forestry University，Beijing 100083)，Yu
Qiang·I UO Yi(Yucheng Comprehensive Experimental Station，Institute of Geography，CAS，Bei
1ing 100101)，EAR ．9．000，8(1)：1 0～ 13
Abetract The microc[imate 0 er wheat fietd during total growth period observed in 1998．The
ch cte rIst1cs of rad1ation and beat processes Over wheat f1eld were．analyzed．It 1s showed that the
atbedo of wheat canopy is Low in midday and high in the morning and at night．The albedo range
was fr011 0．12 tO 0 l7 in daytIIme The tadiation ba】ance in clear days is 6O ～ 70 solar radia—
tion The latent heat flux is 6O ～ 75 of radiation balance in daytim e for we]L irrigated wheat
fie]d in North China P]ain
Key w0rds Radiation ba]ance，Heat balance，W inter wheat．North China Plain
农 田能量收支、转换及水热通量是作物生态系统物质能量交换的重要方面。农田的辐射和
热量过程是由大气 、土壤的物理状况和作物生理过程共同作用的结果．在农业水分管理、陆面
过程(Land surface processes)、作物与大气相互作用研究中有重要意义。20世纪 90年代以来
随着电子技术的应用 ．农田小气候的观测 已由短期的人工观测发展为使用连续的自动采集系
统 ，这为全面考虑物质能量特征提供了条件。冬小麦田辐射平衡和热量收支方面的研究已有不
少报道 ，但观测项 目较全面且有全年连续观测资料尚少见 本文使用华北地区农业生态试验站
冬小麦全生育期的观测资料 ，分析了冬小麦 田不同生育期能量平衡各分量的特征。
l 观测与计算方法
观测于 1998年 3～6月在中国科学院禹城农业生态试验站的冬小麦田进行 从冬小麦返
， “九五”国家 自然科学基垒重太项 目(49890330)赘眺
收稿El期；】999—08一l 6 改回R期 ：l999一l0-o6
∞ ⋯
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第 1期 陆佩砖等 ：华北地 区冬小麦 田辐射过程与热量过程的基本特征 儿
青～成熟期农 田小气候的各种要素由自动观测系统同时测定 ．观测项 目有作物冠层上方 lm、
2m、3m、4m高处温度 、湿度、风1劂定；0cm、5era、10cm、l5cm、20cm、zi0cm、60cm 土层土壤温度
测定 ；土壤热通量、太阳总辐射、反射辐射、净辐射和光合有效辐射测定等 采用长春气象仪器
厂研制的 MAOS小气候 自动观测系统观测，每 h采集 l组数据(每次整点前后 5rain采集并取
平均值 )。
计算方法 热量平衡各分量用波文 比一能量平衡法计算：
一
H (1)
一 ×
R 一 E+ H + G
E一下R．- G
(2)
(3)
(4)
式中．R 为下垫面上的净辐射 ．G为土壤热通量 口为波文比．旭 为潜热通量 ．H 为显热通量 ．
为汽化潜热，e为水汽分子对宅气分子的质量比．C 为空气定压比热 ．P为大气压强．△r厂和 -4e
分别为作物冠层上方 lm高处与 4m 高处的气温差和水汽压差。
2 结果与分析
2．1 冬 小麦 田辐射平衡的基 本特 征
选择了分别属于冬小麦各个发育阶段晴朗少云的典型天气 ．分析了它们的辐射平衡特征 ．
也分析 了整个观测期间晴朗少云天气的全部观测资料 ．得到了晴天辐射平衡的平均 日变化特
征。辐射平衡方程为 ：
R 一 (1一 r)Q—L (5)
晴天麦田反射率 的日变化 作物冠层反射率取决于太阳位置、冠层结构和叶片的辐射特
性 。当太阳高度角较大时，群体的消光系数较小，太阳辐射易达冠层下部．冠层反射率较小。冬
小麦 田晴天反射率的日变化见图 1，反射率 日变化特点是中午低而早晚高，与太阳高度角的变
化较一致 ，反射率随生育期的变化特点与叶面积指数和叶片的光学特性变化有关 ，当叶面积指
数较大时 ，冠层下部可进一步吸收太阳辐射而反射
较少，因而反射率 较低 。冬小麦返青 后期 (3月 29
日)反射率约为 0 1 5～0 28，返青～拔节期 (4月 2
日和 9日)为0 1 7～0 4．拔节～孕穗期 (4月 1 4日
和 l 9日)为 0．1 9～0 4．这期间叶面积指数大致在
0．5～2．0间，反射率变化不大 进入旺盛生长期叶
面 积指数变化很大 ．孕穗 ～开花期 (5月 4日)为
0 15～0．24，开花～灌浆期(5月 l7日和 22日)为
0．12～0．32．达最低值。至灌浆～成熟期( 月 28日
和 30日)为 0 14～0 26，反射率有所提高 ，与 叶片
颜色变浅有关 。小麦收获后裸地反射率较高，为0 18
～ o 28(6月 6日和 10日)。反射率随冬小麦生育期
图 1 冬小麦田晴天反射率的B变化(1998 04-02
Fig．1 Diurnal changes 0f albedo over winter
wheat canopy in clear days(on April 2tl 998)
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生 态 农 业 研 究 第 8卷
的变化 中太阳位置和叶面积指
数均同时起作用 。
晴天辐射平衡 的 日变化 。
冬小麦拔节～孕穗期晴天少云
天气下辐射平衡各分量的 日变
化 曲线见图 2，冬小 麦全 生育
期 中麦 田的太阳总辐射 (E )
最高值在正午 12：00左右。麦
田的净辐射(R )最高值出现于
中午前后左右．日出后和 日落
圉2冬小麦田晴天辐射平衡各分量的日变化(1998 04-18～191 前 1h左 右，反射辐射 R值通
Fig 2 Diurna1 chang of ol adiafion(O) fleted d呲㈨ ‘R) 过 0点，夜间 R 值稳定 ，均 为
and“ radiation(R,)in Y ‘。 P 18 19,1998) 负值，变化 不大，最小值 约 为
一 90w／m ；麦 田的反射辐射(E )最高值在正午左右 ，最小值为 ow／m ，出现在早晨 6：oo和傍
晚 18：00。麦田的有效辐射(L )虽高值在正午。
冬小麦返青后期麦 田的太阳总辐射最高值大约为 680~790W／m。。反射辐射最高值为 130
～ 15OW／m 左右。有效辐射从白天到晚上在 5o～15OW／m。间变动 麦田的净辐射通量密度最
高值大约为 420~480W／m。，约占总辐射的 61 左右。冬小麦返青～拔节期麦 田的太阳总辐射
最高值大约为 790~870W／m ；反射辐射最高值为 14o～17oW／mf。有效辐射从 白天到晚上在
1o～190W／m 间变动 。麦田的净辐射通量密度大约为 450～500W／m ，占总辐射的 57 左右。
由图 2可知，麦 田的太阳总辐射最高值 大约为 760～ 850W／m ，反射 辐射 最高值为 140～
180W／m ，有效辐射从 白天到晚上在 3o～140W／m。间变动 ，麦 田的净辐射通量密度大约为
440 55OW／m ，约占总辐射的 58 ～65 。冬小麦孕穗～开花期麦田的太阳总辐射虽高值大
约为 870～940W／m ，反射辐射最 高值为 30～130W／m ，有效辐射从 白天到晚上在 0～200
w／m 闻变动 ，麦田的净辐射通量密度大约为 58o～660W／m ，约占总辐射 的 67 ～7o 。冬
小麦开花～灌浆期麦 田的太 阳总辐 射最高值 大约为 930～980W／m。，反射辐射最高值 为
100W／m 左右，有效辐射从 白天到晚上在 20~200W／m 间变动 ．麦田的净辐射通量密度大约
为 660W／m ，约占总辐射的67 ～71 。冬小麦灌浆～成熟期麦田的太阳总辐射最高值大约
为 800～97oW／m。，反射辐射最 高值为 90～1OOW／m。，有效辐射从 白天到晚上在 20～ 180
w／m 间变动，麦 田的净辐射通量大约为 600～690W／m ，约占总辐射的 71 ～75 。冬小麦
收获后的裸地太阳总辐射虽高值大约为 700～950W／m ，反射辐射虽高值为 130～190W／m。，
有效辐射从 白天到晚上在 30～200W／m。间变动，麦田的净辐射通量大约为 430~570W／m ，
约占总辐射的 6o 左右。冬小麦全生育期中太阳总辐射 自返青后逐渐增加 ，随生育期 中叶面
积指数的增加 太阳高度角的增大 反射率的降低，辐射平衡占总辐射的比例增大
2．2 冬小麦田热■平衡各分■的基本特征
冬小麦活动层热量收支主要是净辐射 ，一部分储存于土壤，一部分通过湍流交换输送给大
气，一部分消耗于农 田蒸散．用于光合储存热量所占比例小。图 3是返青～拔节期冬小麦 田晴
天热量平衡各分量的 丑变化 3月 27日和 28日冬小麦处于返青后期 ，4月 2日和 8日冬小麦
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第 1期 陆佩玲等 ：华北地 区冬小麦田辐射过程与热量过程的基本特征
处于早期生长阶段 ，叶面积较小，棵间蒸发对潜
热通量贡献大 ，植物蒸腾相对较小．潜热通量最
大值为 2o0～$40W／m ，显热通量最大值为 90
～ 130W／m ，土壤热通量为 5o～80W／m ，潜热
通量约占辐射平衡的 60 ～75 4月 13日和
14日小麦处于拔节到孕穗期，5月 4日和 8日
小麦处于孕穗到开花期，5月 I2日和 20日小
麦处于开花到灌浆期 ，叶面积增大 ，棵间蒸发对
潜热通量贡献很小，植物蒸腾相对较大 ，潜热通
量最大值为 43o～500W／m ．显热通 量值大于
土壤热通量值 ，最大值为 2o～140W／m ，而土
壤热通量最大值仅为 20W／m ，潜热通量约占
辐射平衡的 66 ～90 5月 25日和 26日小
麦处于灌浆到成熟期 ，叶面积最大 ，麦田所得净
图 3 返青～拔节期冬小麦田晴天热量平衡
各分量的日变化 (1998-04—02)
3 Diur~l Dges口fflux dendfies 0f net radiation(R．),~ensible
＆nd[1~ent k 0v日wilt Ⅲin ck day5 f0n April 2，1998)
辐射几乎全部用于植物蒸腾，潜热通量最大值达到 630W／m。左右 ，显热通量均为负值 ．最小
值达一40W／m ，土壤热通量大于显热通量，均为正值 ，最大值为 40W／m 。6月 6日和 10日为
小麦收获后的裸地 ，潜热通量最大值降至 380W／m。左右 。土壤热通量大于显热通量 ，均为正
值并有所增加，最大值达 1lO~200W／m 。
参 考 文 献
程维新等．农田蒸发与作物耗水揖研究 北京 ：气象 出版社，1 994
唐登银．程维新等．我国蒸发研 究的概况与展望 地理研究，1 984．3(3)：86～96
谢贤群．中国农田蒸发研兜概况 与进展 中国科学院禹域综台试验站年报(1 988～1990)．北京：气象出版社，1991
左大康等．国外蒸发研究的进展．地理研究，1 988，7(1) 120～1 32
程维新等．华北平原冬小麦耗水量初步蒸发研究．农田蒸发研究．北京：气象出版社 ．1 991
谢贤群．朱治林．波文比 能量平衡法计算农田蒸发量的精度检验．农田蒸发研究 北京：气象出版社 ．1 991
酣贤群．农田蒸发耗水量试验研究．作物与水分关系研究．北京：中国科学技术出版社．1 992
谢贤群．农田蒸发 测量 与计算．北京：气象出版社．1 991
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