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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 - 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 calculated by stepping through the
!   complete texture triangle in steps of 1% sand, 1% silt and 1% clay (>5000
!   combinations), but with the texture limitations that Saxton set for his method
!   taken into consideration. For SAT, these limitations do not hold, as this was
!   based on POR and not on Saxton. See Gijsman et al., 2002.
! - The root growth distribution function SRGF was was calculated as:
!   SRGF = 1 * EXP(-0.02 * LAYER_CENTER); SRGF was set 1 for LAYER_BOTTOM <= 15.
!
! SOIL CLASS       BD         LL            DUL            SAT
! ========== ============= ================================
!   C     1.129 - 1.512   0.220 - 0.346   0.330 - 0.467   0.413 - 0.488
!   CL    1.243 - 1.502   0.156 - 0.218   0.282 - 0.374   0.417 - 0.512
!   L     1.245 - 1.483   0.083 - 0.156   0.222 - 0.312   0.415 - 0.501
!   LS    1.353 - 1.629   0.059 - 0.110   0.137 - 0.185   0.355 - 0.416
!   S     1.446 - 1.574   0.055 - 0.085   0.123 - 0.158   0.374 - 0.400
!   SC    1.501 - 1.593   0.195 - 0.294   0.276 - 0.389   0.376 - 0.409
!   SCL	  1.475 - 1.636   0.132 - 0.191   0.213 - 0.304   0.360 - 0.418
!   SI    0.978 - 1.464   0.096 - 0.099   0.299 - 0.307   0.442 - 0.488
!   SIC   1.307 - 1.446   0.224 - 0.326   0.379 - 0.456   0.455 - 0.489
!   SICL   1.248 - 1.464   0.155 - 0.219   0.324 - 0.392   0.448 - 0.511
!   SIL   0.968 - 1.464   0.082 - 0.152   0.240 - 0.333   0.439 - 0.547
!   SL    1.142 - 1.647   0.066 - 0.133   0.164 - 0.243   0.348 - 0.499

如果要建立新的土壤資料,點選Soil DATA的按鍵,就會進入SBuilde程式當中,首先我們可以看到,程式打開的資料夾是Soil.SOL,建立的土壤屬性資料就會記錄在這個檔案的最底端。從這裡,我們可以先聯想一下,以後建立全台灣的土壤資料庫,另存成一個資料夾即可提供使用。



點擊Profile → New 就可以建立新的土壤資料檔案


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