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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 作物參數 - 以玉米為例

上一篇提到DSSAT模型裡面包含品種 (Cultivar, CUL)、生態型 (Ecotype, ECO) 與物種 (Species, SPE) 等3個階層的作物參數,我們就可以體會到作物模式對於不同的外表徵狀變異性有其認知,我們可以觀察到大概是以下的架構 物種 (Species) | 生態型 (Ecotype) | 品種 (Cultivar) 越下層的特性就越容易改變。也就是說,不同的品種會有個別的品種參數,但可能會有不同的生態種參數,可能只有一個物種參數。 接下來我們要以玉米為例,從品種依序往上介紹,我們會談到 CERES-MAIZE 與 CSM-IXIM兩個玉米模型的參數。 品種參數 (Cultivar) 這邊我們先觀察MZCER047.CUL與MAIXM047.CUL兩個檔案,來了解品種參數的項目 CERES-MAIZE 的品種參數如下: @VAR# VRNAME......... EXPNO ECO# P1 P2 P5 G2 G3 PHINT ! 1 2 3 4 5 6 PC0001 2500-2600 GDD . IB0001 160.0 0.750 780.0 750.0 8.50 49.00 CSM-IXIM的品種參數如下: @VAR# VRNAME......... EXPNO ECO# P1 P2 P5 G2 G3 PHINT AX ALL ! 1 2 3 4 5 6 7 8 IB0035 McCurdy 84aa . IB0001 260.0 0.300 955.0 700.0 8.50 43.00 770. 930. 從上面可以看到,CSM-IXIM比CERES-MAIZE多了AX與ALL兩個最大葉的參數,其他的參數相同,以下我們就來一一介紹參數的定義 P1 :萌芽至幼齡期結束的累積溫度值 ,選用幼齡期結束是因...

DSSAT - 建立新品種參數

作物參數概述 DSSAT的作物參數都在Genotype 檔案夾當中,每個模型有個別的資料檔,如果有不同的品種就可在資料檔中使用筆記本進行修改,須留意DSSAT模式對於資料的位置相當嚴格,推測程式先把每行讀成字串,再依據位置進行解析。 每個模型都有3個檔案,以CERES-MAIZE為例,MZCER047有3個附檔名: 品種參數 (CUL):副檔名來自品種 (Cultivar) 縮寫,是主要的參數調整資料夾,包含P1、P2、P5、G2、G3、PHINT等參數,新的品種應該有其獨特的參數; 生態型參數 (ECO):副檔名來自生態型 (Ecotype) 的縮寫, 包含與發育相關的溫度參數,如基礎溫度、最適溫度,以及生長相關的參數,如輻射利用效率 (RUE)。 物種參數 (SPE):副檔名來自物種 (species) 縮寫,包含光合作用溫度參數、二氧化碳參數、逆境參數、萌芽與出土速率參數、氮與磷濃度參數、根生長參數等; 其中1個檔案中可以有多個品種參數與生態種參數,僅有1個物種參數,詳細的內容可以參閱另一篇文章。 調整品種參數方法 改變品種參數的方法其實很簡單,只需要在cul的附檔名加上新的品種,並輸入相關的參數就可以了,步驟如下: 1. 打開 C:\DSSAT47\Genotype 2. 選擇MZCER047.CUL MZCER047就是CERES-MAIZE version 4.7的縮寫 3. 手動編輯 依序輸入品種代號(VAR)、品種名稱(VRNAME)、生態種代號(ECO#)、以及品種參數。需要特別留意資料的對齊。

DSSAT 跑模式

建議土壤資料和氣象資料建立後,再利用Crop Management Data的按鍵建立實驗資料檔 1. 點擊 "Crop Management Data",選擇File -> New 2.選擇 Experimental,依序填入試驗機關代碼(Institute code)、區域代碼(site code)、年度(Year)、實驗數量(Experimental number) Institute只能是兩碼的英文字(尚未確定數字是否可行) 完成後按Next 3. Environment  4. 初始狀態 5. Cultivar 這邊選擇栽種的作物 6. Planting 7. Irrigation 8. Fertilizer 9. Tillage 10. Soil Analysis 11. Simulation Options 12. Refresh 之後就可以關掉視窗 13. 回到主畫面 14. 按Run 選擇Run model