Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Модель влагопереноса в системе "почва-растительность-атмосфера" и ее применение в гидрологических задачах

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Модель влагопереноса в системе "почва-растительность-атмосфера" и ее применение в гидрологических задачах"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ

На праьах рукописи

СТАЩЕНА Зоя Пннтелойшноша УДК [65^ 673:661.679).001.672

МОДЕЛЬ ВЛАГОПЕРЕНООА В С К С 1' В 11 В "ПОЧВА-РАСТИТЕЛЬНОСТЬ-АТЫООФУР А" И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ

ЗАДАЧАХ

Специальность II.00.07 Гвдрожлчш суши, водные ресурсы, пифаша*«

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой сшшша кандидата географе сккг иауц

Цосниа' -

!Ч'Оотп вшгалнеиа в лаборатории гидрологического цикла суш Института водных проблем РАН

Научный руководитель: доктор фазико-матоматических наук, профессор Л.С Кучмонт.

■

Гфпшалмш:. ошовонты: доктор географических наук Г.Н.Панин; кандидат фтико-датематических наук, вед.н.с. А.П.Бойко

Водутая организация: Институт географии РАН.

Защита диссертации состоится 1993 года

п ■'!.{) час. на заседании Специализированного совета Д.(ЮЗ.37.01 "Гидрология суш, водные ресурсы, гидрохимия" при Институте водных проблем РАН.

Адрос: 107078, Москва, ул. Новая Басманная 10, ИВГ1 РАН.

I"1

(! диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных проблем РАН.

/

Двто]-»5форчт разослан _ _1ЭЭ2 г- . ' ^

УчоинП сократарь Рпециализировашюго совета ;

аоктор гоогрпфичоских паук, профессор В.С.Залетаов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Испарение вода с поверхности почш и ь результате Еизнедеятельностн растений являются одной аз основных составлящах водного баланса речных бассейнов. Одайко в гидрологических расчетах в настоящее вреия для определения суммарного йена рения пршэшттся упрощенные цетоды, не учитывавдие ивменчивости характеристик почвы и растительного покрова. Необходимость развития поделай гидрологического цикла для задач управления гидрологическими процессами на водосборе, оценка влияния деятельности человека на составлящиэ водного баланса, совершенствование описания водообмена в климатических и экологических моделях требует существенного уточнения методов расчета суимарного испарения.

Цель работы состоит в построении $наико-цатеиатичвской модели Т8ШЮ-Ц влагопереноса в системе "почва-растеше-атиосфера" и разработке схемы расчета суммарного испарения для гидрологических задач с учетом вмещайся информации о свойствах почвы и характерно тик растительного покрова.

Научная новизна. Предложена, численно реализована и апробиро вана фазико-матеыатическая ыодёль тепло-и влагопереноса в системе "почва-растение-атиосфера" с учетом гидро- и теплофазичвеких свойств почвы и видовых особенностей растений. Иодель позволяет производить расчеты суимарного испарения, профилей влаядастп и гэ«поратур почш в вонэ аэрации и на поверхности растительного покрова по среднесуточной и срочной метеорологической шфзриацаа.

Практическая ценность. Разработанная физико-математическая модель Т9ПЛО-И влагоперенооа в сиотамо "почва-растениа -¡лоо^вра" повет быть использована для расчетов суммарного испарения н дина даки влаююстн почвы для участков с различными пшаив ш>ча и рас

3 . '

титольности, а также для учета неоднородности подстилающей поверхности для расчета испарения по большим территориям и параметризации гидрологического цикла суш в моделях климата.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на семинарах лаборатории гидрологического цикла суши и Секции Ученого Совета Института водных проблем РАН, на научном семинаре ИФА РАН, Всесоюзной школе-семинаре по математическому моделированию гидрологического цикла (Москва, ИБП АН СССР, 1984, 1986, 1988), на'ассамблее КАПГ (Чехословакия, Прага, 1991),

Использование результатов работы. Результаты исследований составили раздел заключительного отчета о научно-исследовательских работах ЙВП РАН по теме "Параметризация гидрологического цикла суши".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ. Список публикаций приводится в конце автореферата.

Стуктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 139 страниц, в том числе 30 рисунков и 10 таблиц. Список использованной литературы включает 109 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕНШШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теин, излокшш цы.и и задачи исследований.

В первой главе дается описание основных физических процессси влагопероноса в системе "почва-растение-атыосфера". Приводите» описание упрощенной схемы движения вода из почвы через корновуи систему растений в атмосферу.

Процесс испарения с почвы носат быть разделен на три осношшо стадии, когда I) интенсивность испарения зависит только от метеоусловий; 2) при образовании верхнего просушенного слоя начинвюг влиять гидрофизические свойства почвы; 3) движение влаги наблюдается только в виде диффузии водяного пара аа счет температурит градиентов.

Трансшрацяя вода растениями мозшт существенно ирйышшть ас парение с почвы. В настоящее время преобладает мнение, что нитон спвность транспирации во многом определяется устьичиой регуляцией, и значительное место в етой главе уделено описанию устьичши от верстий их строению и взаимодействию с окружаицяй средой. Среди внешних факторов, непосредственно влиящих на процесс исщйния о поверхности листьев, можно выделить наличие доступной для растений почвенной влаги, интенсивность солнечной радиации, кокценграция со2 в воздухе и температурный реют.

В ашгявши главы приведен краткий анализ зыилкА1»|ш.;сл.,Ь вертикальных перемещений водяного пара в иагршшчнии азан оц.и;;):! ры.

Во второй главе приводится описание раашгишх ыюп.^.и ¡.гс та суммарного испарения с поверхности суки.

При РОШ61ШИ агроштоорологичвских И В.гИШИВЧеСКЖ «¿.к,

тпли широкое распространение методы расчета суммарного испарения, в основе которых лежит теплобалансовый подход.

При необходимости более точного, учета влажностных и тепловых характеристик подстилавдей поверхности суши и видовых особенностей растений для расчетов суммарного испарения в климатических и гидрологических моделях.используются уравнения диффузии влаги и теплопроводности. Развитие глобальных моделей климата во многом способствовало исследованию влияния на вертикальный влагоперенос не-однородностей подстилающей поверхности суши. Решение проблемы свя-йано с разработкой моделей, позволяющих восполнить необходимую информацию на основе интерпретации спутниковой информации и ее привязки к наземным измерениям. Реализация международных программ IIAPEX-MOBILHY, PITE и КУРЭКС-88,91 во многом способствовала дальнейшему развитию методов перехода от точечных измерений испарения нл водосборе к получению осредненных по площади турбулентных потоков и влажн^стных потенциалов листьев.

В гретьей главе описывается структура модели тепло-и влагопереноса в системе "почва-растение-атмосфера" и ее численный алгоритм.

Рассматриваемая ниже модель конструировалась с учетом специфики гидрологических моделей и ограниченности фактических данных. В связи с этим было сделано ряд допущений, которые упрощают постановку задачи: слою растительности приписывалось одно значение температуры и влажности, влияние вертикального распределения листьев на потоки коротковолновой и длинноволновой радиации не учитывалось, теплоемкость листьев считалась пренебрежимо малой.

Суммарно© испарение представлялось в виде суммы двух раздельная потоков: трапспирации Ej И иопарешя с поверхности почвы Б ,

которые определялись по зависимостям tibial

VPa-vF^I «>

ig-^X^al

Vpa-х-----(2) '

где q*(т^) - удэльвая влашость насыщения в устьачних отверстая! при температуре листьев Tj, - удельная влашюсть насыщении

на поверхности почвы при температуре поверхности почвыт , qal удельная влажность воздуха в менлистном пространстве, определяемая по формуле предлопенной Днрдорфом; га - устьичноа сопротивление; га и Tag аеродинамические сопротивления на поверхностях листьев и ого ленной почвы; LAI относительная площадь листьев;ра - плотность воз духа, f - относительная влажность воздуха на поверхности почвы, оп ределяемая по формуле Томпсона 1

-----1 (j)

Veip

где И - молекулярный вес воды, универсальная газовая постоян ная, § - ускорение свободного падения, •в - об* вштя влагззость ппч вн.

Влагоперенос в почве и поглощение вода корневой састьшй описывались уравнением диффузии влага о-в б г о-в 1

-ЭЙ = аг^«).^ - к(«)| - згил) (4)

где К (А) - гидравлическакя проводимость почвы, 0 ('б) - ко»Мициенг диффузии, 5г(гД) - эмпирическая функция описыващая шюевсшцмии поглощения корнями растений почвенной влаги в единица ой'вма

в/г)~ К(А)-[®г-вт(«)]-ь.рг(В) (Б)

где рг - плотность корневой системы, которая описывается экспоненциальной функцией, убывающей по глубине, и эмпирическим коэффициентом р0, задавдим максимальную плотность корней, ®г - водный потенциал в корневой системе, ь - эмпирический параметр, который мотет содержать информацию о конфигурации корней.

На поверхности почвы задаются гчедущие граничные условия \ 1

= Г'й 1 к при р-е <1 (6)

Ни "Р"

где V - интенсивность осадков, Е^Е^/р испарение с поверхности почвы, рд - плотность воды, X - максимально возможная интенсивность инфильтрации в приповерхностном слое при влажности почвы равной ■?тах, которая называется пористостью.

При глубоком залегании грунтовых вод на нижней границе поч-шиного слоя принималось

да

' -Э£ ■ О при г=2ш (7)

Условие (3.8) предполагает выполнение - равенства потока плата нб гровно гидравлической проводимости.

Начальные условия задаются из наблюдений (<е(0|2)-г(г)). Влажностные характеристики почвы <Р(13), К(т9), В(-в) определяются по эмпирическим формулам, куда входят почвеино-гидрологические константы.

Потенциал листа определяется из уравнения баланса влаги вг

" (3)

' О

где 7,г - глубина корнеобитаемой зоны (вг«йю). Выразим Фг через »1? в^ и сопротитигокдо сосудистой системы растения потоку вода; определим уятичме* сопротивление с помощью эмпирической Ф-.рлулн как фуик-

цию и параметра гв0~ минимального устьичного сопротивления, прообразуем выражение (10) так, чтобы оно содержало только одну ааан вестную еэличину - потенциал С1. Используя итерационную процедуру, шгеем возможность определять потенциалы листа с заданной точностью.

Аэродинамические сопротивления га и выражаются как обрат

ная величина произведения скорости ветра и коэффициентов влагооб-

мена с поверхностей почвы и растительности, которые определяются

по эмпирический формулам.

Температура поверхности почвы получается на основе численного

решения уравнения теплопроводности ОТ в г <3т 1

• «<*• тге = агр-эг] (9>

где оа1 и X - коэффщиенты теплоемкости и теплопроводности по чьи

Граничное условие на поверхности почвы при г=0 ¡.гокат быть за -

дано в виде ат

где - суммарный поток тепла, поступающий ни незагенвннуг листвой поверхность почвы

где ик - эмпирическая функция, определянцая ту часть идцшгшоа площади, которая закрыта листьыи, - поток коротковолновой радиации, й^ - поток длинноволнового щютшюидлу ч они л , тотоки длинноволнового излучения поверхностей рзстигзль-ности и почвы. Потоки скрытого и явного турбулентного сбм&ца

V

Для нижней 1-раницы корнеобитаеиого слоя тхно закисать

граничное условие в виде от

-*-ЭГ-р.<тп-*ь> (12)

А,

Р- 1ГЪ

где Ае^- расстояние меаду гт и горизонтом ь, на котором температура почвы в течение теплого времени года практически не меняется и равна т^.

Соответственно уравнение теплового баланса слоя растительности, высота которого на превышает 2 метра, звписываетмся как

"к-^в!^-2'^^)^!^!.^ (13)

где ов1 - поток коротковолновой радиации, о^ - поток длинноволнового противоизлучения атмосферы. потоки длинноволнового излучения поверхностей растительности и почвы. Потоки скрытого и явного турбулентного обмена 0Е1и Ощ. '

Для задания тепловых потоков 0О110В5>0га'0Г1>0ге использовались эмпирические формулы, описанные М.И. Будыхо, Л.Т. Матвеевым и Д.В. Дирдорфом.

Температура поверхности почвы г определялась также нз урав-

О

нения теплового баланса деятельного слоя почвы, в котором отток тепла в толщу грунта описывался с помощью эмпирических формул. Проведенный анализ значений потоков влаги, полученных с помощью различных методов расчета температуры поверхности почвы, показал, что могут довольно сильно отличаться температуры листьев и о

почвы (до Б С) только при минимальных значениях влажности почвы, но в этом случае испарение очень мало, и при рассмотрении внутри-оээонной динамики суммарного испарения в целом выбор метода расчета поверхностной температуры почвы не влияет на конечный'результат.

Уравнения тепло- и влагопереноса вместе с дополнительными со отношениями для вычисления входящих в них коэффициентов решается с помощью конечно-разностных методов. Использовалась неявная четы рехточечная схема.

В четвертой главе анализируются результаты верификации модели; приведены описания эмпирических коэффициентов и параметров модели и входных данных наблюдений.

Проверка разработанной модели суммарного испа^юния проводилась по материалам наблюдений четырех опорных станций Роскошидро -мета, относящихся к лесостепной зоне Европейской часта России: Гигант (Ростовская область), Петринка (Курская область). Каменная степь и Воронен (Ворошяская область). Станций располокены в районе умеренно континентальным климатом с периодически повторяющимися засухами; почвенный покров опытных полей представлен черноземами.

На этих станциях в 70- 80-ые годы проводился полный комплекс стандартных агрометеорологических наблюдений, который включает из мереная температуры и влагноста воздуха, скорости ветра, облачности, декадные измерения профилей вланности почвы и высота растений, а таксе кавдую цент аду определяется суммарное испарение с поиоцью почвенных испарителей. Наиболее полными являются материалы нпблп-дений станции Каменная степь.

В уравнения модели входят коэффициенты, которые определялись из литературных источников, их численные значении по меняются пра переходе от одного пункта к другому, (таблице 1).

Таблица I

Список коэффициентов и параметров модели одинаковых для каждой станции и культуры.

Линейная плотность корней в уравн. (Б)

Оопротив. корней в уравн. (8) сек

Потенциал влажности завядания листьев

от

Коэф. влагообмена для оголен, почвы

Альбедо поверхностей листьев и почвы

Излучательная способ, растений и почвы

Почвенно-гидрологические константы 'и коэффициенты теплопроводности задавались по справочникам. Два параметра калибровались. Это коэффициенты фильтации Кд и минимального устьичного сопротивления гв0; их численные значения определялись с помощью оптимизационной процедуры Розенброка для каждой станции отдельно.,

При расчетах по модели мы старались охватить как можно больший иориод времени - до десяти лет для озимой пшеницы на станциях Гигант и Каменная степь, четыре сезона для ячменя -Каменная степь и по три года для гречихи, клевера и бобовых" трав соответственно для станций Петринка и Воронеж; кроме того были выполнены расчеты для водно-балансовых участков Каменной степи и Петринки, на которых в порвем случае рос ковыль, а во втором костер и пырей ползучий; вро-мэпшп отрезки наблюдений были 10 и 6 лет для каждого растения.

"Ро

0.1

108 -4.10*

ев а1'ав

0.0007 0.3

0.98

г.

Для озимой пшеницы на полях станции Камвнняя степь ошибка расчетов не превысила 21Я за исключением двух лет 1975 и 1984. Однако, из дневниковых записей наблюдателей следует, что в эти года из-за сильных суховеев зерновые и травы на водпобалансовом участке были угнетены и к середине июля засохли. Длина сезона вегетации для озимой пшеницы в 1975 году оказалась короче на месяц, чем п 1976 году с нормальными погодными условиями. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что при метеорологических ус-лових близких к срэднэмноголетним ошибки расчетов в среднем не превышают 20#. Аналогичные расчеты были выполнены для ярового ячменя и ковыля (воднобалансовый участок), для которых ошибка расчетов не вышла за пределы заданной точности. Удовлетворительная точность - около 20%, получена для станций Гигант, Воронеж и Потрлн-ка.

Было проведено сравнение потоков суммарного испарения по модели не только с фактическими, но и потоками, полученных с помощью теплобалансовой модели Е. Яворского. На рис. I а,б,в приведены результаты расчетов суммарного испарения и профилей влажности почвы по модели тепло- и влагопереноса и суммарного испарения по тепло-балансовой модели. Сравнение вычисленных и измеренных величин по-казыварт в целом их удовлетворительное соответствие. Модельные объемы испарившейся влаги также неплохо согласуются друг с другом, а имеющиеся расхождения, вероятно, происходят из-за отсутствия некоторые фактически латш, которые используются в модели К. Яворского.

Был проведен качественный анализ точности расчетов температур поверхностей почвы и растений. На рис. 2 а,б,в приведен внутрисо-эсялшй ход вычисляемых по модели температур и измеренных температур

vn

____i'ü i.'i1' I

E,

W W öV 20*/ tölY ?ve MVII 1?l*

0) to <5 Î.Q ¿S 4P 15 го ю j5jp|tol5g3 to Jg_jp 4P 45 2Pg'

lew rvi 29 VI 17VH 7Y1II

о) -и. 4Ь га 4p 45 - го 25 40 20.t0 1,5 го . «О (5 20 25 40 45 аэ

\ ' \ I V 3 V

2? Vi ,?Vs|

2.?vm

6) -?? ^ ^ »0 25 jo <5 ю ,5 ¿q ю ^ «5 го 4p 45 го ^

a

в»

©

Гйе. J СеэошшД ход суглмарюго испарения и пробила шшлиости -

стпнцил Порсне*. À 1«,М, Б 19,35, 'J Ю.'.б гг Г - ьич;:слешше rio модели, ? - ричаелышис по модел» К. Лгорского,

-JUX SJ *J

i T£-

Я.АХХХХ £ —— "

'------4

3 3 i ? о

•-Э ч> го »

l-i 3 05 -n 03 4 4 тэ о

T3 ÔÏ

„H щ

= i

X о д

zz и

и -ч

ьиьдуха и цочш на глубине 5 см. Из рис. 2 видно, что после скати- -

вшт (на оси времени отмечено буквой У - укос) происходит резкое

повышение температуры поверхности почвы т^, в по мере отрастания

растений контрасты сглаживаются и происходит постепенное сближение

кривых т , т, и т,. Тс-. При высоких влажностях почвы все четыре а 1 й 5

температуры могут отличаться не более чем на 1,6-2 С.

Был проведен контрольный расчет по срочной метеорологической информации с учетом внутрисуточного хода солнечной радиации с целью выявления возможных ошибок за счет среднесуточного осреднения срочной информации. Расчеты показали практическое совпадение всех вычисляемых величин.

В пятой главе рассматриваются возможности применэния разработанной физико-математической модели тепло-и влагопереноса в трех прикладных задачах.

Модель вертикального влагопереноса Сила использована для расчетов суммарного испарения с водосбора р. Сейм на основе гидрометеорологических данных, измеренных во время проведения международного эксперимента КУРЭКС-88.

Рассчитывались вертикальные потоки влаги и профили влажности почвы для участков с различными типами почв и растительности, выделенных на основании карт почв и землепользования. Всего 4 типа почв и 8 видов растительности. Затем исштывались различные подходы к осреднению суммарного испарения по площади бассейна. Проверка надежности расчетов испарения душ отдельных участков и сравнение способов осреднения испарения по площади производилось с помощью модели формирования стока р.4Сейм, разработанной В.Ю. Смахтиным. Проведенные расчеты показали, что рассчитанные по предложенной модели величины испарения и влажности почвы достаточно хорошо учи-

тывэют неоднородность характеристик водосбора и позволяют гопнпить точность расчета суммарного испарения по большой территории.

Алтропогеное увеличение концентрации со2 может привести как ч глобальному потеплению климата, так и к непосредственному влиянию на интенсивность испарения влаги растительностью из-за увеличения устьичного сопротивления.

С помощью разработанной наш модели была сделана попытка оценить общий эффект увеличения содержания С02 на суммарное испарение при различных сценариях климата и изменения концентрации С02 в ат мосфере.

Для численных экспериментов использовались материалы наблюдений трех агрометеорологических станций Гигант, Каменпая степь и Воронеж для сезона вегетации с недостаточным увлажнениям (1979г. станция Гигант), с избыточным увлажнением 1982 г. (Камепняя степь), а также типичный по метеорологическим условиям для лесо степной зоны сезон вегетации люцерны (1986 г. станция Воронеж). Выли выполнены расчеты суммарного испарения за сезон вегетации для 12 различных изменений климата С02. Результаты численных экспериментов приведены, в таблице 2. Обозначения: Ата- изменения темпера туры воздуха, АТ& - изменения влажности воздуха, 'Ли - изменения скорости ветра, Аш - изменения LAI, Лгв -изменения устьичного cotí ротивления. В сценарии 4.3 Afa заменено на ЛР - W% измеприя" осадков. Величины суммарного испарения и изменения алиментов климатической системы даны в %, температура воздуха в к".

/о

Таблица 2

и АТа ли Дш Гигант Каменная Воронеж

.цоиарш! К0 % * % % 1979 степь 1932 1986

1.1 6.3 5 41 8

1 .2 6.? 24 14 5 15 3

1.3 6.3 14 15 40 4 15 2 .

2.1 3.6 3 22 3

а.а 3.6 30 26 3 -12 -а .

2.3 3.6 30 26 15 40 0 -10 -10

3-1 -1.1 -1 -6 -5

э.2 -1.1 22 100 2 -25 -12

э.з -1.1 22 100 15 40 3 -25 -13

4.1 40 0 -13 -10

•4.2 2.0 40 0 -1 0

4-3 2.0 10 40 2 -10 -5

Из результатов, приведенных в таблице 2 ыокво видеть, ^то по-тешшние климата обусловленное увеличением содержания 002 не оОя вателыш приводит к увеличению суммарного испарения.

Численный алгоритм влагопереноса, описанный в главе 3, с незначительными изменениями был включен в модель формирования водного режима орошаемой территории, разработанной АЛ. Маховым. Данная модель воспроизводит вертикальное движение почвенной влаги из на сщщенной зоны в зону аврации и далее через сосудистую систему растений в призеышШ слой воздуха с учетом пост; тения атмосферных осадков и поливных вод; также она описывает дренажный сток, что позволяет производить оценки безвозвратных потерь воды в ороси-

тельной системе. На формирование возвратных вод кроме вертикально го влагопереноса оказывает непосредственное влияние впитывании влаги в почву, взаимодействие почвенных и грунтовых вод, двгокотар влаги в водоносном слое, образование поверхностно-сбросных вод у их движение в коллекторной сети.

Расчет влагопереноса проводился по уравнениям (1-8) с учетом переменной мощности зоны .аэрации. IIa пижней границе этой зоны, совпадающей с уровнем грунтовых вод, задавалась максимальная вляж ность. Верхняя граница насыщенной зовы задавалась итерациями из уг ловия выполнения водного баланса в почвенной колонке, ограниченна¡1 днэвной поверхностью и водоупором. При расчете испарения пепользо вались уравнения (1-2), в которых температура листьев Т-^ принималась равной температуре воздуха т , а температура почвы т - изме ренной температуре почвы на глубине 5 см. Для описания неустановившегося движения грунтовых вод использовалось одномерное уравнение Буссинеска, расчет дренажного стока по руслам коллекторов осуществлялся с помощью уравнений кинематической волны. Объемы поверхностного стока - склонового и транзитного определялись из эмпирических соотношений. Возвратный сток с орошаемой территории оценивался по сумме поверхностного стока, транзитного Сброса и дренажного с.ока. К числу неучтенных потерь относится также объем испарившейся влаги при поливе полей дождевальными установками. В условиях сухого и жаркого климата капли воды попавшие на листья п лаяе находящиеся ещё в воздухе успевают испариться раньше, чем они впитаются в почву.

Модель формирования возвратного стока использовалась для прж" лиженных оценок минерализации возвратных вод. Выявлено, что в т<т нио вегетационного периода возвратные воды твт наибольшую мпяпрл

.шаацию в начале и в конце периода, когда сток сформирован, в ос-цишом дроважныш водами. В период массовых поливов минерализация ьосшратного стока снижается за счет разбавления пресными сбросными ьодаыи.

Проверка параметризаций влагопереноса, включая1 суммарное испарение, проводилась по материалам наблюдений экспедиций ГШ в 1974-1976 на территории Ставропольского края. В течение трех сезо-но1з вегетации измерялись уровни грунтовых вод, суммарного испарения, объемы подач вода и поверхностного сброса поливной воды на двух орошаемых полях, засеваемых люцерной и озимой пшеницей. Оииб-кц расчетов суммарного испарения по модели за три года не превысили 17«.

Основные результаты и выводы

В процессе выполнения настоящей диссертационной работы получе-»ш следующие результаты:

1) Предложена, численно реализована и апробирована физико-математическая модель тепло- и влагопереноса в системе "почва-растительность-атмосфера". В модель включены описания основных процессов, описыващих перенос тепла и влаги в зоне аэрации с уче-1Ш поглощения влага корнями растений, испарение с поверхности почьы, транмшрацию, формирование топлового режима деятельного сдоя почвы и слоя растительности. Для расчетов по модели предусмотрено использование стандартной а1рометеорологической информации с суточным интервалом осреднения; возможно также использование сроч-Ш1 штмоданыых с часовыми шагами по времени.

2) РизраОотанная модель тепло-' и влагопереноса била испытана цо материалам на турит наблюдений на 4 агрометеорологических стан ц*иа Гигант, Кьшзшш! стонь, Воронеж и Пвтршша, расположенных н

лесостепной зоне Европейской части России. Результата чиплоштх экспериментов показали удовлетворительную согласованность шчис ленных и измеренных потоков суммарного испарения, профилей вляз ности почвы, температур поверхности почвы и растительного покрова.

3) Исследованы влияния различных подходов к описанию топлогт -реноса в почве на точность определения суггмарного потока испарившейся влага за сезон вегетации.

4) Исследовано влияние интервала осреднения входных метеодял-ных на точность расчетов суммарного испареа л и профилей влажности почвы; показано наличие несущественных различий в результатах рас четов, выполненных по срочной и среднесуточной входной мэтеотафор-мации.

Б) Модель суммарного испарения Сила применена для расчетов испарения с бассейна р. Сейм. Использование модели влагопереноса для описания предпаводочного увлажнения в бассейне р. Сейм позволило рассчитать характеристики стока ш модели формирования дождевого стока в отдельных случаях с большей точностью, чем при использовании измеренных профилей влажности.

Разработанная нами модель была применена для оценок чувствительности суммарного испарения к изменениям койцентрации 00? в атмосфере.

Модель влагопереноса использовалась для оценок потерь волк в оросительных системах. Расчетная схема суммарного испарения била включена в модель формирования возвратного стока, с помощью которой исследовался гидрологический режим орошаемых полей с глубоким и низким залеганием грунтовых вод.

Основное содержание диссертации изложено в следуппих работах:

НО

1. Кучмеыг Л.С., Ыотовилов К.Г., Старцева З.П. Моделирование влагопервноса в система почва-растительность-приземный слой атыосфвры//Водные ресурсы 1989. N2. С.32-39.

2. Цотовилов D.T., Старцева З.П. Численное моделирование влагооб-ыана между деятельным слоем почвы и атмосферой//Метеорология и гидрология. 1986. N6. С. 86-93.

3. Старцева З.П. Учет теплопереноса в почве в модели суммарного испарения//Метеорология и гидрология. 1990. nil. С. 93-100.

4. Kuohment L.S., Uotovilov Y.G., StartBaira Z.P. Bamiitivity oi évapotranspiration and soil moisture to lioBoible olimatio ohangeeZ/Oonferenoe on olimata and water. vol.1, Helsinki, Finland, 11-15 вер.,. 1939. P.236-251.

b. Kuohment L.S., Btartaava Z.P. lîodelling moieture tranafer in tiis "ooil-oanopy-atmoepliei-e" eyBtem.//Proo. of international вушро aium, Vienna, 11,-24 aug. 1991- P.218-227.

-G. Kuohmant L.S., Btartsaia Z.P. Sensitivity of evapotranspirai!-un and soil moisture in wheat fieldB to changea in olimate and di-reot bffeota of oarbon dioxid&//Hydrologioal Soi. Jour. vol.36(6). 199) . P. 631 643.