4404138.pdf [Levina Tatyana Borisovna]


Download 1.1 Mb.
Pdf ko'rish
bet4/8
Sana20.01.2018
Hajmi1.1 Mb.
#24920
1   2   3   4   5   6   7   8

Bare Soil

R

Grasses

Figure 3-2: An illustration

of vegetation representation

at the element scale. The area

is divided into patches of bare soil, soil covered with herbaceous

(grass) and woody

vegetation.



R

is rainfall,



I

is infiltration,



T

is transpiration,

and

E

is evaporation.

(1995, 1996) provide typical values of leaf dimension

for various plant types.

The

relative root abundance



in each soil layer

R,.oot

[-]

is calculated

from an exponential

root profile

(J

ackson et aI., 1996):



(3.1)

where


z [mm]

is soil depth and



TJ

[mm-

1

]

is the decay rate of distribution

of the root

biornass with the soil depth.

This formulation

allows one to adjust the profile so that

different vegetation

types can have different distributions

of the root biomass.

3.5

Surface albedos

Two types of surfaces are considered

within a computational

element:


ground and

canopy.

The ground surface can be present as both bare soil and under-canopy

soil.

Ground albedos are parameterized



based on the soil surface moisture

content.


The

156


a.)

b.)

Figure 3-3: A schen1atic diagran1 of the a.) direct beal11 and b.) diffuse solar radiation

absorbed,

transl11itted, and reflected by vegetation

and under-canopy

ground.


They are used to calculate

the Normalized



Difference

Vegetation Index (NDVI) for

a given vegetation

type:

N

DV

I

=

rniT~rViS.

The forn1ulation

for the element-scale



rnlT

rVlS

estin1ate of JV DV I is provided in Section 3.6.5.



3.6.1c Canopy fractions

Canopy photosynthesis

n10dels are generally formulated to describe the fluxes of both

CO

2



and water vapor at the leaf level (Section 4.4.1).

Some method

is required

to

scale these quantities



to the canopy level. Both multilayer

and "big-leaf" approaches

have been used for such scaling (Dai et al., 2004).

A multilayer

model integrates

the fluxes frol11each canopy layer to give the total flux (e.g., Wang and Jarvis, 1990;

Leuning et al., 1995); while the big-leaf approach maps properties

of the whole canopy

onto a single leaf to calculate the flux (e.g., Sellers et al., 1996a; Bonan, 1996; Oleson

et al., 2004). The multilayer models can use parameters

that are lneasured at the leaf

level, however, such approaches

are highly computationally

delnanding.

The big-leaf

1110delsrequire son1e plausible assumption

about the vertical profile of leaf properties.

162


Figure 3-4: A schematic diagram of the longwave radiation

absorbed,

transnlitted,

re-


flected, and emitted by vegetation

and under-canopy

ground.

Latm

1

is the downward



atmospheric

longwave radiation,



L~eg

1

is the downward



longwave radiation

below


the vegetation

canopy,


L;e

g

i

is the upward longwave radiation



from the ground,

and L~eg

i

is the upward longwave radiation



above the vegetation

canopy. L~eg and



L;e

g

are the net radiation

fluxes (positive towards the atmosphere)

for canopy and

understory

ground, respectively.



167

a.) Air, canopy, and soil surface temperatures

~::~~~


b.) Net downward

radiative flux, Rn

600

E

400



~

200


o

1000


C\/

E

500



~

o

d.) Net longwave radiation (positive towards the atmosphere),



L

D

i~it!



~;'i~o~

e.) Ground heat flux (positive into the soil), G

lwr~~~~~~~4~

N

E



100

._

.• __



.............•.......•.......•...............•......................•......

~

5~



:

:

:



:

:

:



'.'

:

~



:

.

-50



/

:

:



:

:

.



f.) Sensible heat flux (positive towards the atmosphere),

H

N

400



r:.....•......•......•.....•.......•......•............•.......•....•

/ •


.

.

"



.

.

.



g.) Latent heat flux (positive towards the atmosphere),

)"E


300

~

:



:

:

:



:

:

:



:

:

-



AE - Canopy

l~:


.••..•...•.

~••••.••.•.••••••••••..••

:•....••

~,

••••.••.



:•••....•..

E-Soil


...

10

20



30

40

50



60

70

80



90

100


110

120


Hour

Figure 3-10: The simulated

temperatures

and components

of canopy

and ground

surface energy budgets for an area vegetated

with broadleaf

deciduous

trees: a.) air



Tatm,

canopy


Tv,

and soil surface



Tg

temperatures;

b.) net radiation

(Rn

v

and


Rn

g);

c.) incoming global and absorbed shortwave radiation



((Satm

1~

+Satm

1A)

and


(Svveg

and


Sgveg ));

d.) net longwave radiation



(L~.eg

and


L;eg);

e.) ground heat flux G; f.)

sensible heat flux

(Hvveg

and


Hgveg);

g.) latent heat flux



(AEvveg

and


AEgveg).

197


a.) Sunlit and shaded canopy stomatal resistances

2000


1500

E

en



1000

500


b.) Leaf boundary

layer and aerodynamic

resistances

(above and within canopy)

-

A-dyn.



within canopy

-

- A-dyn.



above

canopy


-

Leaf boundary

layer

..

..........



'.'

'.'


,

'

.



120

100


80

~

60



............

(/)


40

20

c.) Vapor pressures

2000

...


/'

...

': t . \

'

/' \:

f .\

:.

,..\ .:

......


:/

\

, : .. \ .



.I.

... t.

\

, :,i::' ::,

/ ..

', ..

:,

-

ARtmfosPhereh-:ehatm



\

.

f

-

e erence


elg

t - es


/.:

:.,

:I

\

'

/

\.:

I'

-

-

Stomatal-

e*(Tv)

..~.':"-:./

',"f'"

:'~ ../:

;

~.~.~

.

6000


5000

~

4000



3000

1000


d.) Soil surface resistance

2000


1500

~

1000



(/)

500


.

o

10



20

30

40



50

60

70



Hour

80

90



100

110


120

Figure 3-11: Vapor pressures and the simulated

resistances

used to estimate

canopy

and ground surface energy fluxes for an area vegetated with broadleaf deciduous trees:



a.) sunlit and shaded canopy stonlatal

resistances



(r;un

and


r;hd);

b.) leaf boundary

layer

rb

and aerodynalllic

resistances

(rah

and


r~h);

c.) atmospheric



eatm,

reference

height

e

s,

and stomatal



e*(T

v)

water vapor pressures; d.) soil surface resistance



rsrf'

198


a.) Canopy latent heat flux

e.) Soil latent heat flux

wind [m/5]

400


300

~

200



~

100


10

15

Hour



20

10

wind 1m/51



400

300


~

200


~

100


,

,

...



:::~"'''~''

20

10



b.) Canopy sensible heat flux

f.)


Soil sensible heat flux

wind 1m/5]

300

200


"'e

~

100



-100

10

15



20

Hour


10

wind 1m/5]

-

-100


He

~

-200



-300

10

~.



,,'

"

....



:,

......


15

20

Hour



10

c.) Canopy net longwave flux

g.) Soil net longwave flux

....


'

.

.....



.

200


100

~

~



10

-100


-200

10

10



wind 1m/5]

wind 1m/5J

o

20

Hour



15

20

Hour



15

"

.....



10

h.) Soil surface temperature

50

40

~



30

~

20



10

10

wind [m/5]



15

20

Hour



do)

Canopy temperature

so

40

~30



~

20

10



20

Hour


400

300


~

200


~

100


Figure 3-16: An illustration

of sensitivity

of the energy partition

and simulated

tem-

peratures



to wind speed for an area vegetated

with broadleaf

deciduous

trees:


a.)

canopy latent heat flux



>"E;:eg;

bo) canopy sensible heat flux



H;:eg;

c.) canopy net

longwave flux

L~eg;

do) canopy temperature



Tv;

e.) under-canopy

soil latent

heat


flux

>"Egveg;

b.) under-canopy

soil sensible heat flux

Hgveg;

c.) under-canopy

soil net

longwave flux



L;e

g

;

do) ground surface temperature



Tg.

206


a.) Canopy latent heat flux

e.) Soil latent heat flux

300

'"E


200

~

100



o

10

300



'"E

200


~

100


.~

..

.



.

...........

:

..

.



.

.

.



.

.

.



. . . .

.

-



..

20

10



wind 1m/5]

b.) Canopy sensible heat flux

f.)

Soil sensible heat flux



100

'"€


0

;;;, -100

-200

10

100



'"E

0

~



-100

-200


......

;

.....



.

~

.



10

10

15



20

Hour


wind [m/51

10

15



20

Hour


wind [m/5]

c.) Canopy nat longwave flux

g.) Soil net longwava flux

10

......



;

.....


15

20

Hour



10

wind [m/5]

200

-100


10

-

.



15

20

Hour



10

wind 1m/5]

do)

Canopy temperature



.1

-

••••



:

••••••••..•••

ho)

Soil temperature



10

wind [m/5]

............

20

-'\-



. .......

-

.



Hour

15

.



"

"':'"


10

....


:~

.~:


..

:-

~:~.



.........

40

40



30

30

e



e

20

20



10

10

10



10

15

20



wind 1m/51

Hour


Figure 3-17: An illustration

of sensitivity

of the energy partition

and simulated

tem-

peratures



to wind speed for an area vegetated

with C


4

grass: a.) canopy latent heat

flux

AEvveg;

b.) canopy sensible heat flux



Hvveg;

co) canopy net longwave flux



i~eg;

d.) canopy temperature



Tv;

e.) under-canopy

soil latent heat flux

>"E;e

g;

b.) under-

canopy soil sensible heat flux

Hgveg;

c.) under-canopy

soil net longwave flux

i;eg;

d.)


ground surface temperature

Tg.

207


a.) Rainfall

300


250

200


150

b.) Cloudiness

e.) Wi nd speed

c.) Shortwave

radiation

d.) Air and dew point temperatures

100


60

:J

i?



40

E

E



20

0

10



~

...!..


I

5 _..


0

1000


N

E

500



~

0

30



20

()

10



0

0

-10



10

.!!!.


5

E

0



50

Hour

Figure


3-18:

Hydrol11eteorological

observations

for Albuquerque

(NM), with June

10th, 1991 as the starting

date.

Note that the rainfall rates are artificially amplified



by a factor of

rv

5: a.) rainfall rate; b.) cloudiness; c.) global shortwave radiation;



d.) air and dew point temperatures;

e.) wind speed.

210


a.) Net precipitation

i

5:



1

j

j~j ~....:.....



1b:...

ROin,,,e:92mm ..

eT

r

,e.l0



0

9.mm.i


j

10

20



30

40

50



60

70

e



s

-

Hour35



-

Hour36


-

Hour37


-

- Hour 38

.-

Hour72


0.3

0.4


c.) Soil moisture

profiles: hour 35-72

o

b.) Soil moisture



profiles: hour 0-30

o

200



e:

200


I

.-

~

J

-

-

.-

400

__

0:-':'."':""""

.•

..................

400

-

I

600

/

..........

600

.-

E

.-

E

.s

800

;...-

............

.s

800

~

~

g.

1000

g.

1000

I

••••••••••



t

.. . . . . .. . ..

c

c

(



/'

1200


. .. . . . . . . . .

1200


..

:/::

.

1400



~

....


Initial

1400


-

Hour11


-

Hour12


1600

-

Hour 13



1600

.......


,

..

-



-

Hour 14


Hour 30

1800


1800

0.1


0.2

0.3


0.4

0.1


0.2

70

-



Surface

-

Root zone



60

50

40



Hour

30

20



8

8

d.) Relative soil moisture



integrated with depth

10

10



20

30

40



50

60

70



e.) Drainage

from the root zone to lower layers and runoff

o

o



E

E

1



en

CD

~0.5



-...

~

~ 0.5



E

E

Figure



3-19:

Soil lnoisture dynalnics

and

drainage


froln the root zone

for


loamy

sand

soil (surface is vegetated with broadleaf deciduous

trees): a.) net precipitation

(rainfallless interception losses); b.) instantaneous

soil moisture

profiles for hour 0 -

30; c.) instantaneous

soillnoisture profiles for hour 35 - 72; d.) relative soil moisture

content at the surface and root zone; e.) drainage

froln the root zone to lower soil

layers and runoff.

211


a.) Net precipitation

i:t


j~i

iJb!


.... Rain",.=

t

92mm . .~r,.'3.6mm!



j

10

20



30

40

50



60

70

0.4



0.35

-

Hour35

-

Hour36

-

Hour37

-

- Hour 38

. -

Hour 72

'.-:."

.

.

--.".

c.) Soil moisture

profiles:

hour 35-72

o

200

400

600

...

1.

1400

1600

E

800

oS

.r:;


g.

1000

C

B.

5

..

......

..

.

.

.

.........

1200

-Initial

-

Hour11

-

Hour 12

-

Hour 13

-

- Hour 14

. -

Hour30

1800

0.3

0.35

0.4

0.2

0.25

0.3

e

e

d.) Relative

soil moisture

integrated

with depth

- -

~

./

.

-'

"

.

0.25

. ~:

b.) Soil moisture

profiles:

hour 0-30

o

o



CD

~0.5

CD

200


400

600


E

800


oS

.r:;

g.

1000

C

1200

1400

1600

1800

0.2

8

E

E

6

10

20

30

40

50

60

e.) Drainage

from the root zone to lower layers and runoff

..................

'

.

70

10

20

30

40

Hour

50

60

70

Figure

3-20:

Soil 1110isture dyna111ics and drainage

from the root zone for clayey soil

(surface

is vegetated

with

broadleaf

deciduous

trees):

a.) net precipitation

(rainfall

less interception

losses);

b.)

instantaneous

soil lTIoisture profiles

for hour

0 - 30;

c.)

instantaneous

soillTIoisture

profiles for hour 35 - 72; d.) relative

soillTIoisture

content

at the surface and root zone; e.) drainage

fron1 the root zone to lower soil layers and

runoff.

212

Download 1.1 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3   4   5   6   7   8




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling