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利用LAS MkII进行能量平衡研究,赋能农业生态监测

2023-02-22,星期三

在农业研究中,如何更好地监测作物生长情况、调整灌溉策略?

几年前,德拉敦的印度远程科学研究所(IIRS)与新德里的印度农业研究所(IARI)合作,选择了Kipp & Zonen LAS MKII大孔径闪烁仪进行能量平衡研究,用来测量热通量、潜热通量、蒸散量,并记录生物物理参数。最终,他们的研究结果已发表在《地球系统科学杂志》(1)上。

利用LAS MkII进行能量平衡研究,赋能农业生态监测

感热通量的连续测量

LAS MKII大孔径闪烁仪是一种用于监测湍流大气折射率波动的开路光学装置。红外光束在代表相对较大区域的长达4.5公里的路径上传输到接收器。

利用LAS MkII进行能量平衡研究,赋能农业生态监测

LAS MkII接收器可以使用辅助气象传感器套件计算实时感热通量(H)。数据可以存储在其内部存储器中。当结合净辐射(CNR4)、土壤热通量和其他气象数据时,可以通过Kipp & Zonen EVATION软件包导出空间平均蒸散量(ET)。

测量的热通量

与潜热通量(LvE)和蒸散量相关

LAS测量的地表热通量与潜热通量(LvE)和蒸散量(ET)相关,并有助于能量平衡和水平衡研究。与传统的点测量系统相比,LAS MkII的空间尺度与数值模型的网格盒大小以及气象、水文和水管理研究中使用的卫星图像的像素大小相当。

利用LAS MkII进行能量平衡研究,赋能农业生态监测

LAS MkII已安装在新德里印度农业研究所的农业试验农场,路径长度为990米,覆盖灌溉和耕作农业景观。本文讨论了闪烁仪路径上昼夜和季节基础上的能量通量模式。2014-2015年作物生长季节,Kharif(季风作物)的玉米和Rabi(冬季)的小麦主要覆盖了该地区。

以两周时间分辨率记录的生物物理参数

生物物理参数(叶面积、土壤湿度、作物高度)沿路径长度以两周时间分辨率记录,采样距离固定。

闪烁仪的Kharif和Rabi季节的Bowen比值分别为0.76和0.88。叶面积指数与潜热通量呈显著正相关(R2=0.80),与感热通量呈显著负相关(R2=-0.79)。

在12个月的研究期间,农田的平均蒸散量为每天1.58毫米水深,总蒸散量为543毫米,其中大部分在季风期间(7月至9月)下降。

LAS MkII:一款强大的仪器

这项研究表明,LAS MkII是一款强大的仪器,可以在大面积和长时间内评估能量通量。接下来的研究可能会用于作物模拟建模,开发具有LAS校准的新模型,验证遥感能量平衡算法,以及灌溉的最佳用水。

利用LAS MkII进行能量平衡研究,赋能农业生态监测

在大型和相对同质的农业生态系统上使用LAS进行的实验对于准确和大面积代表性的ET测量至关重要,并且在极地和地球静止卫星仪器的校准和验证程序中也很有帮助。此外,它还可用于开发作物模拟模型、新的遥感能量平衡算法及其校准和验证。

研究认为,LAS在评估具有大空间覆盖的遥感通量方面具有一个主要优势,考虑到卫星像素大小,LAS比其他通量估计方法(如溶度测定法或涡流协方差)更可靠。

利用LAS MkII进行能量平衡研究,赋能农业生态监测

文章作者:新德里印度农业研究所农业物理部教授兼首席科学家Vinay Sehgal,Kipp & Zonen大气科学家Keith Wilson

(1) Citation: Abhishek Danodia, Vinay Kumar Sehgal, N.R. Patel, Rajkumar Dhakar, Joydeep Mukherjee, S.K. Saha and Senthil Kumar (2017). Assessment of Large Aperture Scintillometry for large-area surface energy fluxes over an irrigated cropland in North India. Journal of Earth System Science. 126. 13. 10.1007/s12040-017-0847-6.

 

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