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Tipping Bucket Model (3): Parameters

延續上一講的雙域視角(巨孔隙/微孔隙),這一講的參數會分成兩組來看:定義「桶子形狀」的靜態參數(LL、DUL、SAT、bulk density),跟決定「桶子怎麼漏水」的動態參數(SWCON、𝐾𝑠𝑎𝑡)。 3.1 靜態參數:桶子的三條水位線 (1) LL(Lower Limit,凋萎點下限) 這是植物完全無法吸取的水分下限,操作型定義通常對應到 −1.5 MPa(15 bar)的基質勢。在微孔隙/巨孔隙框架下,LL 描述的完全是微孔隙域——這個含水量下,水被吸附在極細孔隙的表面,基質勢極負,只存在於微孔隙的毛細跟吸附作用力範圍內,巨孔隙在這個含水量早就空了。 DSSAT 通常用 LL(而不是永久凋萎點 wilting point)這個名稱,是因為它其實是「特定作物根系可達到的下限」,理論上依作物種類、根系穿透力略有差異,但實務上常直接借用土壤的物理凋萎點。 (2) DUL(Drained Upper Limit,排水上限) 這是整套 bucket 理論裡最關鍵的一條線——它同時也是上一講講的「巨孔隙排水」的觸發點:𝑆𝑊> 𝐷𝑈𝐿 SW>DUL 才會啟動𝐷𝑅𝐴𝐼𝑁𝐿 方程。 物理意義上,DUL 是「重力排水已經(近似)結束、只剩微孔隙毛細力撐著水」的那個含水量,通常對應基質勢在 −10 到 −33 kPa 之間(視質地而定,砂土接近 −10 kPa,黏土接近 −33 kPa)。用雙域語言講:DUL 就是巨孔隙域清空、微孔隙域仍飽滿的那條分界線。這也是為什麼 DUL 不是一個絕對的物理常數,而是跟排水時間、量測方式高度相關的操作型定義——現場量測通常是「飽和後排水1–2天」的含水量,這個「1–2天」本身就是承認巨孔隙排水需要一點時間,但排水速率遠快於微孔隙。 (3) SAT(Saturation,飽和含水量) 這是巨孔隙+微孔隙全部孔隙都灌滿水時的含水量,約等於總孔隙度 𝜙 。注意上一講 Emerman 論文提到的關鍵假設——「巨孔隙域跟微孔隙域必須有相同的飽和含水量才能讓雙域模型的擬合站得住腳」。這句話反過來提醒你:SAT 這個看似簡單的參數,其實隱含了「兩個域共享同一個總孔隙空間」的假設,在真實土壤中不一定成立(比如強烈結構化的黏土,巨孔隙可能只佔總孔隙度很小一部分)。 (4) Bulk...

DSSAT - weather

資料夾結構 氣象資料位於"Weather"的資料夾底下,路徑應該為C:\DSSAT47\Weather 這裡面可以觀察到有"Climate"資料夾以及.WTH的氣象檔,前者是以資料夾的形式儲存每個區域氣象站的基本資訊,而.WTH則是每一年一個檔案。 Climate 資料檔 以自建的TWTA.CLI為例,檔案內容可以分為數段 1. 測站基本資料 *CLIMATE : TAICHUNG, TAIWAN @ INSI LAT LONG ELEV TAV AMP SRAY TMXY TMNY RAIY TARI 34.250 -85.960 573 15.1 12.9 16.0 21.5 8.6 1349 @START DURN ANGA ANGB REFHT WNDHT SOURCE 1980 14 0.25 0.50 -99.0 -99.0 Calculated_from_daily_data @ GSST GSDU 1 365 TAV是全年度平均溫度 SRAY是全年日射量平均值(MJ m-2 day-1) TMXY是全年日高溫平均值 TMNY是全年日低溫平均值 RAIY是年降雨量累積值(mm) DURN是Duration of summarization period for climate files ANGA是Angstrom 'a' coefficient, yearly, ANGB是Angstrom 'b' coefficient, yearly,   REFHT是氣象量測的高度 (m) WNDHT是風速的量測高度 (m) 2.每月平均值 *MONTHLY AVERAGES @MONTH SAMN XAMN NAMN RTOT RNUM SHMN AMTH BMTH 1 9.2 11.1 -2.0 122.1 11.9 -99.0 0.250 0.500 2 11.3 14.1 -0.1 137.7 10.5 -99.0 0.250 0.500 3 14.5 16.9 4.0 143.5 10.5...

DSSAT - soil

 以下的資料是從soil.soil的表頭,可以觀察到的是,DSSAT把所有的土壤資料都放在同一個資料夾裡面,如果往後要做批次模擬的話,就要在這個檔案裏面增加內容。 目前測試的結果是,我們只要輸入質地、有機質含量資料,DSSAT會自動計算水利參數。 表頭有講到總體密度、lower limit (LL)- 近似萎凋點, drainage upper limit (DUL)- 近似田間容水量、SAT-飽和水分含量的估計方法所使用的paper,另外有一個質地和物理性質的對照表,頗實用的。 *SOILS: General DSSAT Soil Input File! DSSAT v4.7; 09/01/2017 ! ! Standard Soil Profiles ! ! The following generic information was developed by A.J. Gijsman: ! ! - BD was estimated as BD = 100 / (SOM% / 0.224 + (100 - SOM%) / mineral BD) ! (Adams, 1973; Rawls and Brakensiek, 1985). ! - LL and DUL are according to Saxton et al., 1986. ! - SAT was taken as a fraction of porosity (Dalgliesh and Foale, 1998): ! 0.93 for soil classes S, SL and LS; 0.95 for soil classes L, SIL, SI, ! SCL and SC; and 0.97 for soil classes C, CL, SIC and SICL. ! For this, porosity was estimated as: POR = 1 - BD / APD (in which APD ! is the adjusted particle density, i.e. corrected for SOM; Baumer and Rice, 1988). ! - The ranges of LL and DUL values were c...

DSSAT使用筆記

DSSAT (Decision Support System for Agrotechnoloy Transfer) 可以說是最廣為使用的作物生長模式,包含CERES、CROPGRO等不同架構的模式,目前程式已經更新到V4.7.5,包含了32種作物的架構。程式前由佛羅里達大學進行管理,持續進行模式與使用者介面的更新。另外在Github上面也有DSSAT foundation,申請加入後可以瀏覽程式的原始碼,是持續更新又保持開源的系統。 上網註冊取得授權之後即可下載安裝程式,主程式會位於C槽底下DSSAT47的資料夾,主程式在運作的時候抓取不同的資料夾,以玉米為例程式會讀取:(1)MAIZE資料夾下.MZA , .MZT, .MZX資料檔、(2)Soil資料夾下的.SOL、(3)Weather資料夾下的.WTH、(4) 作物參數檔 實驗資料夾 - Maize 1. MZX MZX實驗檔是DSSAT程式第一個讀取的檔案,這個檔案當中的*FIELDS,就會有標示氣象資料ID與土壤資料ID,主要讀取的檔案, 這個資料檔為試驗處理主要為試驗處理的資料,包含試驗 處理 (TREATMENTS)、 品種 (CULTIVARS)、 耕地 (FIELDS)、 土壤分析 (SOIL ANALYSIS)、 初始狀態 (INITIAL CONDITIONS):作物萌芽後的葉面積、養分濃度、 種植細節 (PLANTING DETAILS):種植密度、種植日期、 灌溉與水分管理 (IRRIGATION AND WATER MANAGEMENT):灌溉時間、灌溉量、 肥料 (FERTILIZERS):指的是化學肥料氮肥的施用量,包含施肥日期(FDATE)、施肥深度(FDEP)、 殘體與有機肥料 (RESIDUE AND ORGANIC FERTILIZERS)、模擬控制(SIMULATION CONTROLS)、 自動管理 (AUTOMATIC MANAGEMENT) *FIELDS @L ID_FIELD WSTA.... FLSA FLOB FLDT FLDD FLDS FLST SLTX SLDP ID_SOIL FLNAME 1 TWTB2020 TWTA 0 -99 DR001 10 -99 0 L 1...