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玉米冠层对降水的截留模型构建

郭建平 栾青 王婧瑄 张丽敏

郭建平, 栾青, 王婧瑄, 等. 玉米冠层对降水的截留模型构建. 应用气象学报, 2020, 31(4): 397-404. DOI: 10.11898/1001-7313.20200402..
引用本文: 郭建平, 栾青, 王婧瑄, 等. 玉米冠层对降水的截留模型构建. 应用气象学报, 2020, 31(4): 397-404. DOI: 10.11898/1001-7313.20200402.
Guo Jianping, Luan Qing, Wang Jingxuan, et al. Model construction of rainfall interception by maize canopy. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 397-404. DOI:  10.11898/1001-7313.20200402.
Citation: Guo Jianping, Luan Qing, Wang Jingxuan, et al. Model construction of rainfall interception by maize canopy. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 397-404. DOI:  10.11898/1001-7313.20200402.

玉米冠层对降水的截留模型构建

DOI: 10.11898/1001-7313.20200402
资助项目: 

中国气象科学研究院科技发展基金 2019KJ006

详细信息
    通信作者:

    郭建平, gjp@cma.gov.cn

Model Construction of Rainfall Interception by Maize Canopy

  • 摘要: 降水资源是农作物的主要水分来源,农作物通过吸收土壤中的水分维持正常的生长发育,但由于未考虑农作物冠层对降水截留作用,在水资源评估和农田水分平衡研究中往往高估降水作用。该文通过2018年玉米生长季在辽宁锦州农业气象试验站开展的降水模拟试验系统分析了玉米冠层对降水的截留效应,结果表明:在降水量一定条件下,玉米冠层截留量与叶面积指数的二次多项式拟合相关最佳;在叶面积指数一定条件下,玉米冠层截留量与降水量的幂函数拟合相关最佳。综合叶面积指数和降水量分析表明:玉米冠层截留量与叶面积指数平方及降水量对数函数拟合呈正相关。根据我国玉米传统种植方式,高产玉米的叶面积指数最大一般为5~6,因此,对一次降水的最大截留量通常约为1.5~2.3 mm,当叶面积指数小于1时,对降水的截留可忽略不计。
  • 图  1  玉米降水饱和截留量与叶面积指数关系

    Fig. 1  The relationship between saturated interception and leaf area index

    图  2  不同等级降水量条件下玉米降水截留量与叶面积指数的关系

    Fig. 2  The relationship between interception and leaf area index under different rainfall levels

    表  1  玉米降水饱和截留量与叶面积指数的拟合模型

    Table  1  The fitting model for saturated interception and leaf area index

    类型 拟合模型 决定系数 样本量
    二次多项式模型 y=0.0744x2-0.0701x+0.0416 0.9609** 8
    指数函数模型 y=0.0188e1.1107x 0.9531** 8
    幂函数模型 y=0.1134x1.0511 0.9463** 8
    注:y表示饱和截留量,单位:mm;x表示叶面积指数。**表示拟合模型达到0.01显著性水平。
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    表  2  玉米降水截留量与叶面积指数的拟合模型

    Table  2  The fitting model for interception and leaf area index

    降水量/mm 拟合模型 样本量 决定系数
    y=0.0038x2+0.027x+0.0064 8 0.9794**
    0.3 y=0.0119e0.7383x 8 0.8983**
    y=0.0475x0.7716 8 0.9699**
    y=0.0045x2+0.0407x+0.004 8 0.9934**
    0.7 y=0.0125e0.7393x 8 0.7900**
    y=0.0555x1.0226 8 0.9481**
    y=0.0197x2+0.0144x+0.0096 8 0.9809**
    1.2 y=0.0147e0.895x 8 0.9286**
    y=0.0637x1.0568 8 0.9479**
    y=0.0455x2-0.0631x+0.0324 8 0.9534**
    2.1 y=0.0162e0.8868x 8 0.9486**
    y=0.0911x0.8753 8 0.9384**
    y=0.0147x2+0.0436x+0.0072 8 0.966**
    2.7 y=0.0203e0.7453x 8 0.7447**
    y=0.0771x1.1306 8 0.9357**
    y=0.0306x2+0.0003x+0.0207 8 0.9648**
    3.0 y=0.0166e0.9196x 8 0.9148**
    y=0.1017x0.8736 8 0.9636**
    y=0.0322x2+0.0391x+0.0097 8 0.9921**
    7.8 y=0.0272e0.7986x 8 0.8618**
    y=0.119x1.0613 8 0.9450**
    注:y表示截留量,单位:mm;x表示叶面积指数。**表示拟合模型达到0.01显著性水平。
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    表  3  玉米降水截留量与降水量的拟合模型

    Table  3  The fitting model for interception and rainfall

    叶面积指数 拟合模型 样本量 决定系数
    1 y=0.0005x2+0.0017x+0.0389 7 0.4967
    y=0.0338e0.1046x 7 0.2349
    y=0.0405x0.1716 7 0.1124
    y=0.0107lnx+0.0436 7 0.2944
    2 y=-0.0007x2+0.0235x+0.077 7 0.8623**
    y=0.0887e0.1229x 7 0.7496*
    y=0.1047x0.2927 7 0.7567**
    y=0.0387lnx+0.1089 7 0.7403*
    3 y=-0.0046x2+0.0744x+0.1168 7 0.9738**
    y=0.1657e0.1371x 7 0.7489*
    y=0.1948x0.373 7 0.9864**
    y=0.0873lnx+0.207 7 0.9557**
    4 y=-0.0113x2+0.1553x+0.1542 7 0.9196**
    y=0.2595e0.1495x 7 0.6399*
    y=0.306x0.4298 7 0.9405**
    y=0.157lnx+0.3355 7 0.9345**
    5 y=-0.0206x2+0.2635x+0.201 7 0.836**
    y=0.3764e0.157x 7 0.554
    y=0.4436x0.4685 7 0.8779**
    y=0.2458lnx+0.5018 7 0.8668**
    注:y表示截留量,单位:mm;x表示降水量,单位:mm。*和**分别表示拟合模型达到0.05和0.01显著性水平。
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    表  4  各等级降水量下不同叶面积的截留率(单位:%)

    Table  4  Interception rate of different leaf areas under some rainfall levels(unit:%)

    叶面积指数 降水量
    2 mm 5 mm 10 mm 20 mm
    1 2.7 1.8 1.3 0.8
    2 6.4 3.4 2.0 1.2
    3 12.7 5.7 3.3 1.8
    4 21.4 9.4 5.0 2.7
    5 32.7 13.9 7.3 3.8
    6 46.4 19.4 10.0 5.2
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    表  5  拟合模型的独立样本验证

    Table  5  Independent sample verification of fitting model

    降水量/mm 叶面积指数 截留量
    实测/mm 模拟/mm 误差/%
    1.4 0.0378 0.0051 0.0128 151.0
    0.1647 0.0140 0.0135 -3.6
    0.2647 0.0260 0.0146 -43.8
    0.7221 0.0307 0.0258 -16.0
    1.6381 0.0674 0.0799 18.5
    1.6928 0.0847 0.0844 -0.3
    2.5363 0.1883 0.1736 -7.8
    4.1837 0.5383 0.4504 -16.3
    2.0 0.1349 0.0113 0.0290 156.6
    0.1586 0.0133 0.0291 118.8
    0.8439 0.0420 0.0463 10.2
    1.3391 0.0567 0.0733 29.3
    1.9770 0.1107 0.1262 14.0
    2.1979 0.1427 0.1493 4.5
    2.6974 0.2701 0.2104 -22.1
    3.1516 0.3449 0.2768 -19.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-19
  • 修回日期:  2020-04-30
  • 刊出日期:  2020-07-31

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