长白落叶松人工林采伐迹地土壤火灾温度场试验研究

建立长白落叶松人工林采伐迹地燃烧床试验模型,进行火灾模拟试验,利用热电偶测温系统得出火灾过程中500、1000、1500 s时各层土壤测试点的温度数据,将数据以图像的形式展现,得出火灾过程中各层土壤温度场的变化情况.结果表明: 当风速≤2 m·s^-1或≥10 m·s^-1时,可燃物均无法充分燃烧;在可燃物充分燃烧的情况下,风速为6 m·s^-1时,各层土壤温度最高,土层受高温影响深度在12 cm以上,其中3 cm层土壤最高温度可达300 ℃.与非伐根处土壤相比,伐根处土壤在火灾过程中最高温度更大,且距离伐根越近的位置土壤温度越高.风速为6 m·s^-1时,3 cm层土壤距离伐根最远处到最近处的温度范围为198～315 ℃.随着土壤深度的加深,土壤温度的变化急剧减小.15 cm层土壤温度几乎无变化;12 cm层土壤仅在风速为6 m·s^-1时温度有所升高;3 cm层土壤温度最高.当风速为6 m·s^-1时,土壤温度受火灾影响最大,且伐根处土壤受损最严重.     

森林生态系统与大气边界层相互作用的数值模拟

基于大气边界层和植被冠层微气象学基本原理,建立了一个森林生态系统与大气边界层相互作用的数值模式．应用该模式模拟了森林生态系统的热量平衡、植被温度、植被冠层内空气温度、地表温度日变化特征,及森林生态系统下垫面大气边界层风速、位温、比湿、湍流交换系数的时空分布和廓线的日变化特征．该模式还可应用于不同下垫面,模拟陆面物理过程与大气边界层相互作用机制及其区域气候效应的研究,这将为气候模式与生物圈的耦合研究奠定一个良好的基础．     

基于冠层塔吊原位测定长白山温带阔叶红松原始林群落主要树种的光合特征

为了更好地理解温带阔叶红松原始林群落主要树种的生理生态学特征,为森林生态系统碳动态的模拟预测提供基础数据,本研究依托中国科学院长白山森林生态系统定位站,首次利用冠层塔吊原位测定了阔叶红松原始林群落4个主要树种成熟大树的CO₂响应曲线,并利用FvCB模型计算了一些重要的光合生理参数.结果表明: 红松的光合速率(A)、最大羧化速率(V_{c max})和气孔导度(g_s)均最小,而其气孔对光合的限制性(L_s)最大.水曲柳、蒙古栎和紫椴这3个阔叶树种的光合特征也存在显著差异.基于叶片面积的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(83.2 μmol·m^-2·s^-1)、蒙古栎(89.3 μmol·m^-2·s^-1)>紫椴(68.4 μmol·m^-2·s^-1)、红松(68.8 μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05),而基于叶片质量的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(1.36 μmol·g^-1·s^-1)>蒙古栎(1.03 μmol·g^-1·s^-1)>紫椴(0.90 μmol·g^-1·s^-1)>红松(0.42 μmol·g^-1·s^-1)(P<0.05).7—9月,水曲柳和蒙古栎的A值显著降低,而紫椴和红松的A值变化不显著;所有树种V_{c max}都随季节发生显著下降.在温带阔叶红松林生态系统碳动态的模拟预测中,应该考虑V_{c max}的季节变化.     

高层住宅小区建筑形态对微气象影响研究

以北京逸成东苑小区为原型, 基于ENVI-met 构建塔式建筑群和板式建筑群模型, 对其在典型春季、夏季各一天1.50 m 处微气象特征进行模拟分析。结果表明, 除夏季风速外, 两季节塔式和板式建筑群模型其他各微气象要素时间序列模拟结果变化趋势基本相同, 两模型春季模拟结果差异较小, 而夏季模拟结果差异较大。春季, 塔式建筑群比板式建筑群平均温度高0.16 ℃, 平均相对湿度低0.89%, 平均风速高0.18 m·s^–1, 平均辐射温度高2.21 ℃。夏季, 塔式建筑群比板式建筑群平均温度低0.18 ℃, 平均相对湿度低16.35%, 平均风速低0.14 m·s^–1, 平均辐射温度高1.24 ℃。春季板式建筑群的室外热舒适度优于塔式建筑群, 而夏季塔式建筑群的室外热舒适度优于板式建筑群。该结果可为住区规划、提高居民热舒适度等提供参考。     

大气热层结条件对林冠显热的影响

应用欧拉二阶闭合模型研究了大气热层结条件下森林冠层显热通量源汇分布和通量特征.结果表明:白天,冠层上的不稳定层结和冠层下的稳定层结是森林冠层大气层结的一种特有现象;温度廓线的变化表明林冠高度2/3处存在较强的热源;冠层内大气处于弱稳定状态时,热量继续向上输送,呈现出热通量的反梯度输送.显热通量日变化的模拟值与实测值吻合,其R2=0.9035(P0.01).在显热收支方程中添加浮力项,可提高反演模型在实际大气中的模拟精度,从而改善模型对热通量收支的模拟能力.     

冬麦田臭氧干沉降过程的观测

地表臭氧作为近地层最主要的大气污染物之一,其不断上升的浓度及其对粮食作物的影响受到越来越多的关注.本研究利用微气象学观测方法,探明自然条件下冬麦田的臭氧沉降过程,分析了影响臭氧沉降过程的环境因子.结果表明: 观测期内(小麦生长旺期)臭氧通量均值为-0.35 μg·m^-2·s^-1(负号表示沉降方向指向地面),臭氧沉降平均速率为0.55 cm·s^-1,空气动力学阻力均值为30 s·m^-1,粘性副层阻力均值为257 s·m^-1,冠层阻力均值为163 s·m^-1,且均存在明显的日变化趋势.臭氧沉降阻力大小受摩擦速度、太阳辐射强度、温度和相对湿度等因素的影响.     

长白山阔叶红松林二氧化碳湍流交换特征

采用开路式涡度相关技术,研究了长白山阔叶红松林森林-大气界面的CO₂湍流交换特征.结果表明,在近中性大气层结条件下,冠层上方垂直风速和CO₂浓度功率谱在惯性子区基本符合-2/3定律,垂直方向主导湍涡尺度约为40 m.湍流通量贡献区主要在0.01～2 Hz频率范围内,冠层上方低频传输的湍涡贡献了更多的CO₂通量.这说明开路式涡度相关仪器系统可以满足冠层上方湍流通量观测的基本要求.但通过涡度相关法实测获得的森林-大气CO₂通量仍存在夜间低估现象,非湍流过程的增加是涡度相关技术应用的主要制约因素.因此,需要对弱湍流条件下的CO₂通量做相应的修订.     

北京山区侧柏林冠层-大气蒸腾导度模拟及环境因子响应

蒸腾导度模型是衡量冠层-大气界面水汽输出的重要阻力模型,研究其特征及对环境因子的响应,为揭示森林冠层-大气界面水汽输出阻力机制提供理论依据。以首都圈森林生态系统定位观测研究站侧柏林为研究对象,采用TDP热探针法测定侧柏林树干液流密度,同步监测光合有效辐射、饱和水汽压差、气温、风速等主要环境因子,分析冠层导度和空气动力学导度的动态变化,构建冠层-大气蒸腾导度模型并模拟,明确冠层-大气蒸腾导度对各环境因子的响应关系。结果表明:蒸腾导度季节变化表现为非生长季与冠层导度趋势一致,生长季与空气动力学导度趋势一致,全年均为单峰趋势。冬季蒸腾导度与冠层导度保持较稳定差值(45 mol m^(-2 )s^-1左右),其他季节蒸腾导度与冠层导度、空气动力学导度的最大差值,均在各季节冠层导度、空气动力学导度的峰值水平。全年日均蒸腾导度冬季最大(86.92 mol m^(-2 )s^-1),其他季节较小且稳定(40—50 mol m^(-2 )s^-1之间)。在非生长季各环境因子对蒸腾导度的影响与对冠层导度的影响基本一致,温度为主要影响因子(r=-0.198),其他环境因子影响较小(r<0.1);在生长季中风速为主要影响因子(r=0.488),光合有效辐射(r=0.228)和饱和水汽压差(r=-0.299)的影响明显升高,温度的影响降低(r=0.114)。蒸腾导度模型较好的模拟了冠层-大气界面侧柏蒸腾不同季节的变化规律,阐明了各环境因子和冠层导度、空气动力学导度对蒸腾导度的影响机制,证实在生长季应重视空气动力学导度对蒸腾的影响。     

农林复合生态系统与低层大气间的通量研究

根据近年在黄淮海平原大面积农林复合区的观测资料,采用简单的一维模型,讨论了此类复合系统与低层大气之间的热量、动量和水汽通量,比较了不同的结构林网形成的通量差异。结果表明,由于林冠层的摩擦作用,农林复合生态系统上空风速随高度增大较快,动量输送总是向下的。在层结稳定的夜间,其数值较大,而在湍流比较活跃的正午前后,由于垂直风切变减弱,动量输送也相应减小。夜间农林作物冠层的辐射冷却加强,近地层逆温梯度增大,加之作物冠层内部因辐射冷却而造成水汽凝结,冠层上部水汽大于冠层内部,此时热通量和水汽通量均向下。这一现象在白天日出后开始逆转,日出后,地面升温加快,并逐渐形成超绝热梯度,致使热量通量向上。此时农林作物蒸腾加剧,冠层高度范围内水汽含量增大,造成水汽向上输送。文中还讨论了一维模式的缺点,指出了进一步研究生态系统与大气相互作用的重要性.     

LAS测算森林冠层上方温度结构参数的可行性

利用位于河南省济源市的华北低丘山地30年生栓皮栎-侧柏-刺槐人工混交林2010年4月至8月每月连续7d,LAS直接测算的森林冠层上方湍流结构参数,与经过湍流谱方法计算处理的三维超声风速/温度仪的观测数据比较,分析LAS测算低丘山地森林冠层温度湍流结构的可行性。结果表明:水平风速和温度湍流谱都有明显的惯性区出现(斜率-2/3);LAS直接测算的湍流温度结构参数与利用该惯性区的数据计算的结果具有较好的一致性,说明在起伏非均匀下垫面上,采用LAS观测湍流结构的变化情况具有较好的可行性。     

风水交错侵蚀条件下侵蚀泥沙颗粒变化特征

风蚀和水蚀是黄土高原风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要方式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于准确评价该区土壤质量及环境影响有重要意义.本文采用风洞与模拟降雨试验相结合的方法,分析了风水交错侵蚀条件下侵蚀泥沙颗粒变化特征.结果表明： 在11、14 m·s^-1风速的风蚀下,坡面表层(0～1 cm)土壤颗粒粗化.其中,细颗粒(<0.01 mm)减小9.8%～10.8%,粗颗粒(>0.05 mm)增加16.8%～20.8%.风蚀改变了坡面物理性状,进而影响了降雨侵蚀泥沙颗粒变化.相对于未风蚀,风蚀处理的侵蚀泥沙细颗粒增加2.7%～189%,粗颗粒降低3.7%～9.3%.风蚀处理后,在不同雨强、不同降雨历时下,侵蚀泥沙颗粒变化趋势不同.雨强60、80、100 mm·h^-1时,侵蚀泥沙颗粒变化较大,而雨强150 mm·h^-1、产流>15 min时,变化趋势减缓.
     

Wind structure in relation to odour plumes in tsetse fly habitats

Abstract. Key characteristics of airflow were measured in the African bush in a study of host odour plume structure. Wind speed, speed variance, direction, and directional variance were measured by conventional cup anemometers plus wind-vanes and by a solid state ultrasonic anemometer, on time scales from seconds to minutes. The two technologies gave opposite relationships between wind speed and turbulence measured as rate of angular direction change in the wind (° s^-1). A positive correlation between turbulence and wind speed was observed with mechanical anemometers and wind-vanes, evidently caused by their inherent hysteresis (stalling in weak wind, overswinging after gusts). The same correlation was negative with the solid-state anemometer which, being hysteresis free, should have measured the true directional turbulence more accurately. Such fine-scale turbulence at a fixed point in space (on a scale of about ∼15 cm diam.) decreased with wind speed up to ∼1.5 m s^-1, as does large-scale (∼1m diam.) turbulence of air moving through space (Brady et al. , 1989). This decrease occurred both within vegetation and out in the open, but the slope and intercepts of the relationship depended on vegetation and topography. Variables for describing wind speed and turbulence are considered in the context of odour plume structure.     

无瓣海桑和秋茄人工林的减风效应

以海南东寨港三江湾无瓣海桑和秋茄人工林为研究对象,观测红树林内距向海林缘50 m、地面以上2 m高处的风速、风向特征,研究红树林的减风效应.结果表明:无瓣海桑和秋茄人工林均对偏北方向由海向岸的风速有明显的减弱效应,林带内50 m处的平均风速减低85％以上,并且秋茄林的减风效应更显著.随着风速的增加,林分的减风效能呈先下降后平缓的趋势.当风速低于5m·s-1时,无瓣海桑人工林内50 m处的平均风速减低89.8％;当风速在lOm·s-1以上时,其风速减低率趋于稳定;当风速＞15 m·s-1时,平均风速减低58.9％ ～63.6％.与冷季相比,无瓣海桑人工林暖季的减风效应更显著.在台风等极端天气状况下,无瓣海桑人工林内50 m处的平均风速和极大风速分别减低59.4％和53.2％.     

Plant diversity and seasonal dynamics in forest gaps of varying sizes in Pinus massoniana plantations

人工林目前存在结构单一、土壤退化、生物多样性降低等人类普遍关注的生态问题。马尾松(Pinus massoniana)是长江上游低山丘陵区退耕还林的主要人工林树种。研究采伐林窗对植物物种组成和更新的影响, 对马尾松低效人工林的改造, 提升其生态服务功能具有重要的意义。该文以采伐39年生的马尾松人工林形成的7种不同大小的林窗为研究对象, 分析了不同季节林窗内的植物生活型组成及多样性变化。结果表明: 1)马尾松人工林林下植物以高位芽植物居多, 其次是地面、地下芽植物, 一年生植物较少而缺少地上芽植物。在林窗形成初期, 林窗的高位芽植物比例明显低于林下, 大林窗的高位芽植物比例稍高于小林窗, 地下芽和一年生植物的比例低于小林窗。2)林下的物种丰富度和物种多样性指数显著低于大林窗。不同林窗下植物的丰富度指数、优势度指数、多样性指数也存在显著差异。3)夏季林窗下植物多样性最高, 其次是秋季, 春季多样性最低。1225-1600 m²的大林窗能够促进马尾松人工林植物多样性恢复和植被更新。     

马尾松人工林不同大小林窗植物多样性及其季节动态

人工林目前存在结构单一、土壤退化、生物多样性降低等人类普遍关注的生态问题。马尾松(Pinus massoniana)是长江上游低山丘陵区退耕还林的主要人工林树种。研究采伐林窗对植物物种组成和更新的影响, 对马尾松低效人工林的改造, 提升其生态服务功能具有重要的意义。该文以采伐39年生的马尾松人工林形成的7种不同大小的林窗为研究对象, 分析了不同季节林窗内的植物生活型组成及多样性变化。结果表明: 1)马尾松人工林林下植物以高位芽植物居多, 其次是地面、地下芽植物, 一年生植物较少而缺少地上芽植物。在林窗形成初期, 林窗的高位芽植物比例明显低于林下, 大林窗的高位芽植物比例稍高于小林窗, 地下芽和一年生植物的比例低于小林窗。2)林下的物种丰富度和物种多样性指数显著低于大林窗。不同林窗下植物的丰富度指数、优势度指数、多样性指数也存在显著差异。3)夏季林窗下植物多样性最高, 其次是秋季, 春季多样性最低。1225-1600 m²的大林窗能够促进马尾松人工林植物多样性恢复和植被更新。     

Factors influencing the nonrandom abscission of Solidago canadensis seeds

 为揭示加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)种群扩散机制, 明确种子的脱落及风传扩散在其种群蔓延中的作用, 在人工环境下测定了不同湍流强度、风速和湿度处理下种子脱落的差异, 并对脱落种子与未脱落种子进行形态学特征对比。结果表明: 加拿大一枝黄花的种子脱落受湍流、风速和湿度等因素的共同影响。水平气流下种子的脱落阈值为5.1 m·s^–1, 并随着风速增加, 种子的脱落率增加。与模拟水平气流相比, 模拟垂直气流下种子的脱落阈值显著偏小。相对于层流状态, 湍流的存在显著提高了种子的脱落率, 平均增幅超过300%; 但单纯提高湍流强度对种子脱落率的影响不显著。增加湿度则显著降低种子的脱落率。种子形态学特征对比结果表明, 脱落种子的冠毛数量和冠毛夹角显著高于未脱落种子。该研究结果为研究加拿大一枝黄花种子脱落规律和风传扩散机制提供了科学依据, 也为其他入侵性杂草种子的扩散机制及入侵过程提供了借鉴。     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.