基于渦度系統(tǒng)的干旱區(qū)棗林能量平衡分析

喬 英，張百和，邱 凱，王騰飛

（新疆理工學(xué)院，新疆 阿克蘇 843100）

0 引 言

【研究意義】生態(tài)系統(tǒng)中地表能量是陸-氣之間能量和物質(zhì)傳輸、轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，也是生態(tài)系統(tǒng)中一切過程和功能的動(dòng)力，而地表能量研究的核心問題是以太陽(yáng)能輸入為驅(qū)動(dòng)的有機(jī)化學(xué)能循環(huán)及能量交換規(guī)律[1]。所以，深入探究生態(tài)系統(tǒng)的能量循環(huán)規(guī)律，不僅有助于了解區(qū)域氣候系統(tǒng)的能量和物質(zhì)循環(huán)以及氣候變化過程[2]，而且還為維持生態(tài)系統(tǒng)的能量和水碳循環(huán)提供重要的科學(xué)依據(jù)[3]。【研究進(jìn)展】能量平衡閉合率（Energy balance ratio，EBR），表示為生態(tài)系統(tǒng)的地表有效能量（潛熱通量LE+顯熱通量H）與可利用能量（凈輻射Rn+土壤熱通量G）的比值[4]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們深入分析了多種生態(tài)系統(tǒng)的能量平衡，Wilson 等[4]對(duì)FLUXNET 的22 個(gè)通量站的50 個(gè)站點(diǎn)年進(jìn)行能量平衡分析，結(jié)果顯示EBR在53%～99%之間，平均值為79%；李正泉等[5]對(duì)ChinaFLUX 的8個(gè)通量站進(jìn)行能量平衡分析，結(jié)果顯示EBR平均約為73%。國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的研究結(jié)果均顯示地表的能量均無法閉合，能量平衡閉合率均在52%～99%之間[4-8]，生態(tài)系統(tǒng)種類包括落葉闊葉林[9]、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)（稻麥輪作）[10]、干旱區(qū)人工檸條林[11]、熱帶季雨林[12]等。

目前，渦度協(xié)方差技術(shù)（Eddy covariance technique，EC）作為監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)能量交換過程的最有效、最準(zhǔn)確的方法，已經(jīng)得到了微氣象學(xué)家和生態(tài)學(xué)家們的認(rèn)可，成為檢驗(yàn)其他測(cè)定方法、評(píng)價(jià)各類模型模擬精度的標(biāo)準(zhǔn)方法[13]。棗樹因耐旱、喜光照、結(jié)果早，兼顧經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[14]被成功引進(jìn)新疆，目前種植面積已達(dá)50 萬hm2，成為新疆特色經(jīng)濟(jì)林果業(yè)的支柱[15]。阿克蘇地區(qū)棗樹的種植面積（占全疆34.34%）和產(chǎn)量（占全疆54.70%）均為新疆首位[15]。【切入點(diǎn)】當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究多為一年生作物，對(duì)于人工經(jīng)濟(jì)林的研究相對(duì)較少，干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)的能量平衡分析及各能量分項(xiàng)的變化規(guī)律還需進(jìn)一步探索。

【擬解決的關(guān)鍵問題】綜上，本文以干旱區(qū)人工棗林生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用渦度相關(guān)系統(tǒng)在田間開展2 a 的觀測(cè)試驗(yàn)，采用REddyProc 包[16]插補(bǔ)通量缺失數(shù)據(jù)，計(jì)算干旱區(qū)人工棗林的熱儲(chǔ)存項(xiàng)，評(píng)價(jià)棗林能量平衡閉合率，并量化和分析棗林生態(tài)系統(tǒng)的能量變化規(guī)律和能量分配規(guī)律，為干旱區(qū)棗林的水碳循環(huán)研究和優(yōu)化水碳管理模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆阿克蘇市農(nóng)業(yè)示范園（80°18'—80°22'E，41°05'—41°07'N，海拔1 198 m），面積約170 hm2。研究區(qū)氣候干旱少雨屬溫帶沙漠氣候，年均太陽(yáng)總輻射量5 671.36 MJ/m2，年均日照時(shí)間2 911 h，年均降水量68.40 mm，年均氣溫11.20 ℃，年均蒸發(fā)量1 993 mm[17]。研究區(qū)土壤質(zhì)地為砂土，砂粒量87.27%，土壤密度為1.63 g/cm3，田間持水率為8.93%，地下水埋深大于10 m。試驗(yàn)作物為棗樹，品種為灰棗，株行距2 m×4 m，冠層高度為（4±0.2）m[18]。棗樹每年4 月10 日—10 月20 日為生育期，10 月21日—次年4 月9 日為休眠期。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)儀器有渦度相關(guān)系統(tǒng)（IRGASON 型一體機(jī)）、四分量輻射計(jì)（CNR4 型）、土壤溫度計(jì)（TCAV 型）、土壤熱通量板（HFP01 型）、土壤水分探頭（Hydra ProbeⅡ型）、數(shù)據(jù)采集器（CR3000 型）[14]，詳見表1。

表1 阿克蘇站點(diǎn)實(shí)驗(yàn)儀器匯總Table 1 Summary of experimental instruments at the Aksu site

1.2.2 通量數(shù)據(jù)計(jì)算及數(shù)據(jù)插補(bǔ)質(zhì)量控制

使用軟件LoggerNet 4.5（Campbell Science Inc，USA）按照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制程序在線計(jì)算[19]，并根據(jù)穩(wěn)態(tài)測(cè)試、完整湍流特征、超聲風(fēng)速儀的水平定位等，按照微氣象學(xué)經(jīng)驗(yàn)將數(shù)據(jù)質(zhì)量劃分為0～9 級(jí)[14]。根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量分級(jí)，將質(zhì)量差的數(shù)據(jù)刪除并使用R 語(yǔ)言的REddyPrco 包[16]進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)，并采用交叉驗(yàn)證法來評(píng)價(jià)插補(bǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[14]；同時(shí)，使用能量閉合率來檢驗(yàn)插補(bǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

選擇2018 年和2019 年的30 min 尺度數(shù)據(jù)，采用Kljun 等[20]和Kormann 等[21]的源區(qū)模型計(jì)算阿克蘇站點(diǎn)的通量貢獻(xiàn)區(qū)，90%的貢獻(xiàn)區(qū)（通量源區(qū)）的圓形半徑分別為356.50、350.00 m。

1.2.3 能量平衡計(jì)算

根據(jù)能量守恒定律，生態(tài)系統(tǒng)能量平衡可用式（1）表示[22]，其中的熱儲(chǔ)存項(xiàng)S可用式（2）表示[23]，熱儲(chǔ)存項(xiàng)的計(jì)算方法參見Dou 等[24]文獻(xiàn)計(jì)算。能量平衡閉合率（Energy balance ratio，EBR）是指地表有效能量（潛熱通量LE+顯熱通量H）與可利用能量（凈輻射Rn-土壤熱通量G）之比[25]，EBR可用式（3）計(jì)算[26]。為了提高能量平衡閉合率，很多研究也將熱儲(chǔ)存項(xiàng)S記入可利用能量中，EBR可用式（4）計(jì)算[26]。

式中：Rn為太陽(yáng)凈輻射（W/m2）；G為土壤熱通量（W/m2）；H為顯熱通量（W/m2）；LE為潛熱通量（W/m2）；S為熱儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）；Q為其他來源的能量（忽略不計(jì)，W/m2）；Ss為一定深度范圍內(nèi)的土壤熱儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）；Sa為大氣顯熱儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）；Se為大氣潛熱儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）；Sc為冠層熱儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）；Sp為植物光合儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）；St為樹木枝干熱儲(chǔ)存項(xiàng)（W/m2）[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫、降水量和灌溉量的變化情況

觀測(cè)期（2018、2019 年）日平均氣溫、降水量、灌溉量如圖1 所示。觀測(cè)期間，日平均氣溫在-12.72～29.16 ℃之間變化，年平均氣溫為10.99 ℃，其中月平均氣溫最低出現(xiàn)在2018 年12 月（-8.36 ℃）和2019 年1 月（-8.45 ℃），月平均氣溫最高出現(xiàn)在2018 年7 月（24.07 ℃）和2019 年7 月（24.74 ℃），6—8 月的月平均氣溫在20 ℃以上。降水集中在4—10 月（生育期）內(nèi)，2018、2019 年年降水量分別為81.50、57.40 mm，單日最大降水量為13.20 mm。灌溉集中在4—10 月，2018、2019 年灌溉量分別為847.15 mm（灌溉31 次）、848.25 mm（灌溉30 次）。

圖1 研究區(qū)2018年和2019年氣溫、降水量及灌溉量Fig.1 Distribution of temperature, precipitation and irrigation of the study area in 2018 and 2019

2.2 能量通量值

使用REddyPrco 包插補(bǔ)后的通量數(shù)據(jù)及式（2）計(jì)算了干旱區(qū)棗林的能量分項(xiàng)，詳見表2。由表2 可知，2018、2019年凈輻射Rn年度合計(jì)為1 475 227.47、1 481 026.93 W/m2，在生育期明顯大于休眠期；2018、2019 年潛熱通量LE年度合計(jì)為898 349.68、922 381.08 W/m2，潛熱通量主要集中在棗樹生育期，在休眠期較??；2018、2019年顯熱通量H年度合計(jì)為205 778.37、183 786.36 W/m2，主要集中在休眠期，在生育期較小；2018、2019 年土壤熱通量G年度合計(jì)為-15 839.17、-13 877.22 W/m2，在生育期為正，休眠期為負(fù)；且Rn、LE、H、G在2018 年和2019 年情況相似。由表2 可知，顯熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sa為S中的最大項(xiàng)，2018、2019年Sa年度合計(jì)分別為22 053.05、17 847.04 W/m2，占凈輻射Rn的1.49%、1.21%；其次是植物光合熱儲(chǔ)能Sp，2018、2019 年Sp年度合計(jì)分別為13 153.85、11 345.06 W/m2，占凈輻射Rn的0.89%、0.77%；土壤熱儲(chǔ)存項(xiàng)Ss、冠層熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sc、潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)Se在2018 年和2019 年的年度合計(jì)均較小。

表2 干旱區(qū)棗林的能量分項(xiàng)Table 2 Energy subdivision of date jujube forests in arid areas W/m2

2.3 能量通量的月平均日變化特征

2018、2019 年REddyProc 插補(bǔ)后的能量通量（凈輻射Rn、潛熱通量LE、顯熱通量H、土壤熱通量G）的月平均日變化規(guī)律見圖2。由圖2 可知，Rn、LE、H、G的月平均日變化均呈單峰變化趨勢(shì)，2018 年和2019 年各月的能量變化趨勢(shì)相似。Rn、LE、H、G在白天為正，夜間為負(fù)，正負(fù)轉(zhuǎn)換的交點(diǎn)與白晝變化的時(shí)間一致。各月Rn的最小值均為負(fù)，在-74.16～-47.51 W/m2之間波動(dòng)；Rn在夜間為負(fù)值，在白天為正值，說明在夜間地表?yè)p失熱量，而在白天吸收熱量。2018年Rn的最大值為653.05 W/m2，出現(xiàn)在7 月；2019年Rn的最大值為638.98 W/m2，出現(xiàn)在6 月；2 a 最大值均出現(xiàn)在15:30。2018 年和2019 年LE的最大值均出現(xiàn)在8 月，最大值分別為331.85、290.20 W/m2，且最大值出現(xiàn)時(shí)間和Rn一致，均在15:30。LE在生育期明顯大于休眠期，在5—9 月，LE為Rn的主要分配項(xiàng)。H在2018 年和2019 年的變化幅度相似，在-80.51～180.45 W/m2之間波動(dòng)，2018 年H的最大值為180.45 W/m2，出現(xiàn)在4 月；2019 年H的最大值為165.06 W/m2，出現(xiàn)在5 月。H在1—4 月和10—12月為Rn的主要分配項(xiàng)。G在2018 年和2019 年的變化幅度相似，在-24.09～71.16 W/m2之間波動(dòng)，2018年G的最大值為34.52 W/m2，出現(xiàn)在4 月；2019 年G的最大值為71.16 W/m2，出現(xiàn)在3 月；G占Rn的比值較小。

圖2 2018、2019年干旱區(qū)棗林1—12月能量的月平均日變化規(guī)律Fig.2 Monthly average daily variation of energy in jujube forests in arid areas from January to December 2018 and 2019

2.4 干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)的能量平衡分析

2018、2019 年干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)各月能量平衡閉合線性回歸參數(shù)和能量平衡閉合率情況見表3。表3 顯示，未計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)時(shí)，各月的有效能量和可利用能量之間的統(tǒng)計(jì)回歸斜率k為0.32～0.69，2018年k值最低為0.37，出現(xiàn)在1 月，2019 年k值最低為0.32，出現(xiàn)在12 月；各月能量平衡閉合線性回歸參數(shù)決定系數(shù)R2為0.60～0.92；斜率k和R2在3—10 月之間變化較平緩，極小值出現(xiàn)在11—12 月、1—2 月。各月的能量平衡閉合率在34.05%～80.78%之間，閉合率最高為80.78%（2019 年9 月）；閉合率最低為34.05%（2018 年12 月）；未計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)時(shí)，表明各月的能量平衡閉合程度較好。由于受太陽(yáng)高度、棗林生育期中地表覆蓋度和葉面積指數(shù)、灌溉、氣象等因素變化的影響，各月的線性回歸斜率和能量平衡閉合比率存在一定的波動(dòng)。計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)后，各月的回歸斜率k、R2、能量平衡閉合率均有所提高，但增加幅度較小。表3 顯示，棗樹生育期的能量平衡閉合率明顯高于休眠期，同時(shí)線性回歸斜率和R2也是生育期明顯大于休眠期；計(jì)入熱存儲(chǔ)項(xiàng)后，k、R2、EBR也均有提高。

表3 2018、2019年干旱區(qū)棗林各月能量平衡閉合線性回歸參數(shù)和能量平衡閉合率Table 3 Energy balance closure linear regression parameters and energy balance closure rates in arid region of jujube forests by month, 2018 and 2019

干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)30 min 尺度的能量平衡如圖3 所示。由圖3 和表3 可知，未計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)的干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)2018、2019 年30 min 尺度上的有效能量（H+LE）與可利用能量（Rn-G）的直線擬合斜率為0.60（R2=0.91）和0.61（R2=0.91），能量平衡閉合率分別為73.45%、73.11%。將熱儲(chǔ)存項(xiàng)計(jì)入可利用能量，2018 年和2019 年（H+LE）與（Rn-G-S）的直線擬合斜率為0.70（R2=0.95）和0.70（R2=0.92），記入熱儲(chǔ)存項(xiàng)后能量平衡閉合率有所提高，干旱區(qū)棗林2018 年和2019 年的能量平衡閉合率分別為77.17%、75.86%，且2 a 的閉合率相似。學(xué)者們[5-10]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)能量平衡不閉合程度在10%～30%之間，本文研究結(jié)果在此范圍內(nèi)，說明渦度相關(guān)法在干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)通量觀測(cè)中可靠性較高，下墊面符合觀測(cè)范圍；同時(shí)，也證明REddyPrco 包插補(bǔ)的通量數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。

圖3 干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)30 min尺度的能量平衡Fig.3 Energy balance of date Jujube forests ecosystems in arid areas at the half-hourly scale

2.5 生育期和休眠期的熱儲(chǔ)存項(xiàng)分項(xiàng)分析

土壤熱儲(chǔ)存項(xiàng)Ss、顯熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sa、潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)Se、冠層熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sc和光合熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sp在棗樹生育期和休眠期的日平均變化見圖4。

圖4 棗林的能量分項(xiàng)在生育期和休眠期的日平均變化Fig.4 Average daily changes in the energy subdivision of date Jujube forests during the reproductive and dormant periods

圖4（a）顯示，2018 年和2019 年土壤熱儲(chǔ)存項(xiàng)Ss日平均變化在生育期和休眠期規(guī)律相似，差異不大，均在-51.17～69.15 W/m2之間呈單峰變化，與土壤熱通量變化規(guī)律相似。Ss在白天為正值，表示為吸收熱量；而在夜間為負(fù)值，表示為釋放熱量。圖4（b）顯示，2018 年和2019 年潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)Se日平均變化規(guī)律在生育期和休眠期不同：在休眠期潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)的變化范圍在0 附近，變化幅度較小，為±0.05 W/m2，呈單峰變化；在生育期潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)在-0.23～0.58 W/m2之間呈雙峰變化規(guī)律，在09:00 和20:00 均有峰值，說明在晝夜交替的時(shí)候潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)變化較大。光合熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sp和冠層熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sc在休眠期均為0，所以圖4（c）只繪制了生育期的光合熱儲(chǔ)存項(xiàng)和冠層熱儲(chǔ)存項(xiàng)的平均日變化。圖4（c）顯示，光合熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sp呈單峰變化規(guī)律，在夜間為0，處于0～2.95 W/m2之間，Sp隨著凈輻射的變化而變化，當(dāng)凈輻射在15:00達(dá)到峰值時(shí)，Sp繼續(xù)升高在18:00 左右達(dá)到峰值，并隨著凈輻射的減小而迅速降低。2 a 的冠層熱存儲(chǔ)項(xiàng)Sc均較小，在-0.39～1.55 W/m2之間呈單峰型變化。Sc在夜間變化平緩，變化幅度??；白天隨著凈輻射的增大而增大，到達(dá)峰值時(shí)間與凈輻射一致。圖4（d）顯示，2018 年和2019 年顯熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)Sa在生育期和休眠期變化規(guī)律不同。生育期的顯熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)在-0.80～6.50 W/m2之間呈單峰變化；Sa在夜間變化平緩幅度小，白天隨著凈輻射的增大而迅速變大，在12:00左右達(dá)到峰值，峰值持續(xù)6 h 左右，在18:00 之后緩慢降低。休眠期的顯熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)在-2.74～3.35 W/m2之間變化，其變化幅度比生育期小，在夜間為負(fù)，白天為正；日出后，隨著凈輻射迅速升高，Sa也迅速增大，在12:00 左右達(dá)到峰值，然后逐漸減小。

3 討 論

3.1 棗林生態(tài)系統(tǒng)的能量分配特征

在太陽(yáng)輻射能量的驅(qū)動(dòng)下，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行能量流動(dòng)、物質(zhì)合成轉(zhuǎn)移和水碳循環(huán)等運(yùn)動(dòng)過程。因下墊面的作物類型、種植密度、生育期、季節(jié)、晝夜、氣象、人為干擾等差異，會(huì)導(dǎo)致凈輻射進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，各個(gè)能量分項(xiàng)等在系統(tǒng)內(nèi)的分配變化存在差異[27]。同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的能量分配變化規(guī)律也可以反映下墊面的干濕狀況[28]。

5—10 月，干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)的LE/Rn的比值大于50%，LE/Rn的比值最大出現(xiàn)在2018 年8 月（92.10%）和2019 年9 月（96.43%）。在4 月和11月，LE/Rn比值在17.33%～35.18%之間，在1—3 月和12 月，LE/Rn的占比均較小，在3.35%～12.25%之間。分析其原因，本文研究區(qū)是干旱區(qū)，年降水量較小，作物生長(zhǎng)依賴于灌溉，棗林只在生育期進(jìn)行灌溉，時(shí)間為每年的4—10 月，灌溉后，土壤濕潤(rùn)，土壤蒸發(fā)較大，所以5—10 月干旱區(qū)棗林LE/Rn的占比大于50%，說明凈輻射主要用于下墊面的LE，即蒸散（包括植株蒸騰和土壤蒸發(fā)）。而4 月的LE/Rn為27.23%和33.41%，是因?yàn)? 月棗林雖然進(jìn)行了灌溉，土壤濕潤(rùn)導(dǎo)致土壤蒸發(fā)較大，但是棗樹處于萌芽期，葉面積指數(shù)較小導(dǎo)致植株蒸騰較小，綜合起來表現(xiàn)為L(zhǎng)E/Rn比3 月有明顯增加（增幅為21.57%和21.16%）。LE/Rn在8—9月最大，處于86.47%～96.43%之間，此時(shí)也是棗林灌溉量最大、葉面積指數(shù)最大的時(shí)期。這表明在棗林的生育期（5—10 月）能量分配由LE占據(jù)主導(dǎo)。

在1—4 月和11—12 月，棗林生態(tài)系統(tǒng)中的H為Rn的最大支出項(xiàng)；在1—3 月和11、12 月，H/Rn占比均大于50%，在4 月H/Rn占比接近50%（2018 年為47.59%，2019 年為45.19%），這表明，在棗樹休眠期，能量分配由H占據(jù)主導(dǎo)。Trenberth 等[29]分析了全球能量收支，認(rèn)為地表吸收的能量有近1/2 消耗在潛熱，同時(shí)，能量分配方式與生態(tài)系統(tǒng)中的水分平衡受大氣水分供需影響。也有學(xué)者[2,6,9]進(jìn)一步研究表明，植被覆蓋較好的生態(tài)系統(tǒng)（農(nóng)田、森林和草甸等）能量分配由LE占據(jù)主導(dǎo)，這也驗(yàn)證了本文的研究結(jié)果，對(duì)于干旱區(qū)的棗林生態(tài)系統(tǒng)能量分配來說，水分條件是決定能量分配的關(guān)鍵因素，若生態(tài)系統(tǒng)水分充足，能量分配則以潛熱通量為主，反之則以感熱通量為主[30-31]。干旱區(qū)棗林的能量分配方案由水分條件決定，受到水分條件、植被類型和氣候特征的影響[32]。

3.2 能量平衡閉合率

干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)在2018 年和2019 年的全年能量平衡閉合率為73.45%、73.11%，這與前人[4-12]在其他的生態(tài)系統(tǒng)中觀測(cè)的能量平衡閉合率相似，在合理的范圍內(nèi)（能量平衡不閉合率處于10%～30%之間）。根據(jù)Kljun 等[20]和Kormann 等[21]的源區(qū)模型計(jì)算出的下墊面90%通量貢獻(xiàn)區(qū)的圓形半徑分別為356.50、350.00 m，而實(shí)際試驗(yàn)區(qū)的面積覆蓋90%通量貢獻(xiàn)區(qū)；試驗(yàn)區(qū)的下墊面范圍是合適的，渦度儀器的觀測(cè)高度也是合適的，這說明在干旱區(qū)棗林使用渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)量能量是可行的，得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)可信度高。

干旱區(qū)棗林生態(tài)系統(tǒng)的全年能量平衡閉合程度不高，這可能是由于忽略了熱存儲(chǔ)項(xiàng)，于是本文利用式（4）重新計(jì)算了能量平衡閉合率，結(jié)果顯示記入熱存儲(chǔ)項(xiàng)后，2018 年和2019 年的EBR提高了3.72%、2.75%，達(dá)到了77.17%、75.86%，與美國(guó)溫帶落葉林[33]、加拿大北部楊樹林[34]、西雙版納熱帶季節(jié)雨林[24]的增幅范圍相似；但是比黃土高原檸條林[23]、黑河中游生育期的春小麥農(nóng)田[22]等的增幅低。多位學(xué)者指出[13,22-23]，下墊面土壤熱儲(chǔ)量Ss為熱儲(chǔ)存項(xiàng)中的最大占比，忽略Ss是造成地表能量平衡不閉合的主要原因。但是根據(jù)表2 顯示，Ss占凈輻射的比例小于1%，這與岳平等[2]、高紅貝等[22]研究結(jié)果不一致。這可能是因?yàn)楸疚难芯繀^(qū)處于干旱區(qū)，作物需要灌溉，棗林使用深井水進(jìn)行滴灌，井水溫度低于灌溉時(shí)的氣溫和土壤溫度，導(dǎo)致棗林每次灌溉時(shí)降低了土壤熱儲(chǔ)量Ss，故本文雖然計(jì)算了Ss，但是EBR提高幅度小，Ss占凈輻射的比例小于1%。

4 結(jié) 論

1）Rn、LE、H、G的日均值均呈單峰變化趨勢(shì)，2018 年和2019 年的變化趨勢(shì)相似。

2）未計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)時(shí)，各月的有效能量和可利用能量之間的統(tǒng)計(jì)回歸斜率為0.32～0.70，決定系數(shù)R2為0.64～0.94，能量平衡閉合率在34.05%～80.78%之間；計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)后，各月的有效能量和可利用能量之間的統(tǒng)計(jì)回歸斜率、決定系數(shù)、能量平衡閉合率均有所提高，但增幅較小。

3）2018 年和2019 年未計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)的全年能量平衡閉合率分別為73.45%、73.11%；計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)后，能量平衡閉合率有所提高，但增幅較小。

4）干旱區(qū)棗林生育期的能量平衡閉合率高于休眠期；計(jì)入熱存儲(chǔ)項(xiàng)后，生育期能量平衡閉合率的增幅也明顯大于休眠期。

5）土壤熱儲(chǔ)存項(xiàng)的日平均變化在生育期和休眠期規(guī)律相似；潛熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)的日平均變化在休眠期呈單峰變化，生育期呈雙峰變化；光合熱儲(chǔ)存項(xiàng)在生育期呈單峰變化；冠層熱存儲(chǔ)項(xiàng)在生育期呈單峰變化；顯熱熱儲(chǔ)存項(xiàng)在生育期呈單峰變化，休眠期波動(dòng)幅度較小。

6）干旱區(qū)棗林的能量分配受水分條件、植被類型和氣候特征的影響，且能量分配方案由水分條件決定，若生態(tài)系統(tǒng)水分充足，能量分配則以潛熱通量為主，反之則以感熱通量為主。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）