【摘要】：基于安徽省五道溝水文水資源實驗站監(jiān)測數(shù)據(jù),采用小波分析、記憶能力分析法、時間序列分析法和經(jīng)典統(tǒng)計學方法分析了1997~2005年不同地下水埋深下的土壤濕度。結果表明,研究區(qū)土壤濕度的季節(jié)變化顯著,有兩干兩濕期;年際變化各層基本一致,有3~5年和1.5~2.5年的時間周期規(guī)律;土壤濕度變化除受上邊界條件影響外,受下邊界條件潛水埋深影響也顯著,深層土壤濕度與潛水埋深一直保持顯著的非線性冪函數(shù)負相關關系。
【圖文】：

壤（砂礓黑土）的分布特征及其影響因子具有重要意義。目前對各類土壤的濕度垂直分布特征的研究較少，也未涉及過砂礓黑土。鑒于此，本文選擇五道溝水文水資源實驗站觀測資料，采用小波分析、記憶能力分析等方法，分析了砂礓黑土的土壤濕度分布特征，探究了地下水淺埋地區(qū)土壤濕度與潛水埋深關系，定量描述了土壤濕度及潛水埋深對后期氣候、水文要素的影響，獲得了一些有益的結論，可供借鑒。２研究資料與方法２．１數(shù)據(jù)資料選取安徽省五道溝水文水資源實驗站１９９７～２００５年徑流試驗場中Ｉ２井（圖１）的土壤水、潛水埋深及氣象場的降水資料。五道溝水文水資源實圖１徑流試驗場示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃａｔｃｈｍｅｎｔ驗基地是淮北平原區(qū)大型綜合試驗研究基地，徑流試驗場主要由互相嵌套的三個大、中、小徑流場組成。Ｉ２井位于大尺度徑流場中，場內主要種植黃豆、棉花和玉米［１］。土樣提取時間間隔５～１０ｄ，垂向上分８層（０～１０、１０～２０、２０～３０、３０～４０、４０～５０、５０～６０、６０～８０、８０～１００ｃｍ），土壤濕度由烘干法測定，用質量含水率表示，土壤類型為砂礓黑土。１９９７～２００５年取土樣共計５７５次，９年的年平均降水量９３９．７８ｍｍ，日平均降水約２．６ｍｍ。９年的年平均蒸發(fā)皿蒸發(fā)量９３７ｍｍ，日平均蒸發(fā)量２．６ｍｍ。本文取土壤濕度旬平均值進行研究。

２．２研究方法采用經(jīng)典統(tǒng)計學方法、時間序列分析法、小波分析和記憶能力分析法解析土壤濕度的多尺度特征及其與潛水埋深的關系。（１）小波分析。小波分析是一種信號的時間尺度分析法，用Ｍｏｒｌｅｔ小波分析法可揭示土壤濕度、降水等水文要素的時間尺度和出現(xiàn)變化的時間位置和強度［２］，對于給定的Ｍｏｒｌｅｔ小波和水文時間序列ｘ（ｔ），其連續(xù)子波變換為：Ｗｘ（ａ，ｂ）＝ａ－１／２∫＋∞－∞ｘ（ｔ）ψｔ－ｂ（）ａｄｔ（１）式中，Ｗｘ（ａ，ｂ）為小波變化系數(shù)；ａ、ｂ分別為尺度、時間因子，反映周期長度和時間上的平移；ψｔ－ｂ（）ａ為ψｔ－ｂ（）ａ的復共軛函數(shù)。Ｗｘ（ａ，ｂ）確定序列ｘ（ｔ）以時間因子ｂ為中心的時段內，不同尺度ａ的振蕩特征［３］。本文對土壤濕度和降水進行小波變化前，去除了１９９７～２００５年平均的季節(jié)變化和線性變化趨勢。由Ｍａｔｌａｂ７．６計算出小波系數(shù)實部后在Ｓｕｒｆｅｒ８．０中成圖。（２）記憶能力分析。ＤｅｌｗｏｒｔｈＴＬ等［４］認為降水是時間尺度較小的物理量，降水降落地面被土壤吸收成為土壤水，土壤再將水分緩慢地釋放到大氣中，使時間尺度延長［５］。其對美國ＧＦＤＬ（地球物理流體力學實驗室）大氣模式得到的土壤濕度進行譜分析后，認為土壤濕度異常變化類似紅噪過程，遵循一級Ｍａｒｋｏｖ理論，受一些白噪過程控制（強迫項），在理想條件下，忽略強迫項降水和冰雪融水，，土壤濕度的自相關系數(shù)ｒ（ｔ）是ｅ的指數(shù)函數(shù)形式［６］：ｒ（
【作者單位】： 河海大學水文水資源學院;河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室;中國科學院大氣物理研究所;
【基金】：國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0402706) 國家自然科學基金項目(41471016) 公益性行業(yè)(氣象)科研專項項目(GYHY201406021)
【分類號】：P641;S152.71

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本文編號：2521194