陇中黄土高原油松人工林林冠截留特征及模拟

以陇中黄土高原安家沟小流域的油松人工林为对象,于2011年生长季(5---9月)观测其林外降雨、穿透雨、树干茎流及林冠结构特征,采用修正的Gash解析模型模拟林冠截留,研究油松人工林的生态水文过程及影响机理.结果表明:研究期间共观测到19次降雨事件,总降雨量为215.80 mm,其中林冠截留48.27 mm,占总降雨量的22.4％;穿透雨165.24 mm,占同期林外降雨量的76.7％;树干茎流量2.29 mm,占同期降雨量的1.1％.模拟的林冠截留量为41.24 mm,比实测值低7.13 mm,相对误差为14.7％,其中,33.8％和60.0％截留分别在降雨期间和降雨之后蒸发.修正的Gash解析模型对林冠盖度、林冠持水能力、蒸发和雨强有较强的敏感性,而对树干茎流率和树干持水能力的敏感性不高.     

应用修正的Gash解析模型对岷江上游亚高山川滇高山栎林林冠截留的模拟

修正的Gash解析模型具有较好的物理基础,是目前估算和预测林冠截留的有效工具。基于2007年6月到9月的降雨数据、气象和林分结构资料,采用修正的Gash解析模型对岷江上游川滇高山栎林冠截留进行了模拟。结果表明,林冠持水能力为0.23mm,树干持水能力为0.041mm,树干茎流系数为0.013,使林冠饱和的降雨为0.3mm;研究期间实测的林冠截留量为80.2mm,占总降雨量的16.5%,应用模型模拟的林冠截留总量为81.8mm,高于实测值1.6mm(高于实测值2.0%),林冠截留和树干茎流周累积量模拟值均与实测值有很好的一致性,敏感性分析结果显示,应用修正的Gash解析模型进行岷江上游川滇高山栎林冠截留模拟研究中,模型最易受林冠持水能力影响,其次为郁闭度、树干持水能力,影响最小的林分参数为树干茎流系数。     

基于Gash修正模型模拟侧柏及其混交林的林冠截留过程

为探究Gash修正模型对纯林及混交林林冠截留模拟的适用性和差异性,以北京市八达岭森林公园侧柏纯林和侧柏黄栌混交林为研究对象,以研究区2013年5—10月的实测资料为基础数据,运用Gash修正模型对其林冠截留过程进行模拟,并分析模型参数敏感性。结果表明:(1)侧柏(Platycladus orientalis)纯林的穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量的实测值分别为395.2、22.3和129.5 mm,相对应的Gash修正模型模拟值分别为415.80、18.04和113.09 mm,相对误差分别为5.2%、19.0%和12.7%;侧柏黄栌(Cotinus coggygria)混交林的穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量的实测值分别为414. 6、12. 2和120.1 mm,相对应的Gash修正模型模拟值分别为454.26、10.27和82.40 mm,相对误差分别为9.6%、15.6%和31.4%;(2)选择Gash修正模型中的饱和林冠持水能力(S)、平均降雨强度(R)、饱和林冠平均蒸发速率(E)、郁闭度(c)、树干持水能力(St)和树干茎流系数(Pt)共6项参数,进行敏感性分析。对于侧柏纯林,当各参数在-50%～-20%范围内变化时,模拟林冠截留量对各项参数的变化敏感性排序为ScERcStPt,而当参数在-20%～50%范围内变化时,其排序为SERcS_tP_t;对于侧柏黄栌混交林,模拟林冠截留量对各项参数的变化敏感性排序为SERcS_tP_t。综上,Gash修正模型对于侧柏黄栌混交林的模拟精度较侧柏纯林小,但可满足应用需要;参数S是影响侧柏黄栌混交林和侧柏纯林中的Gash修正模型模拟精度的重要因素。     

Gash模型在黄土区人工刺槐林冠降雨截留研究中的应用

为了验证Gash林冠截留解析模型在黄土高原人工林中的适用性,基于2009年黄土丘陵沟壑区吕梁市王家沟小流域刺槐林样地降雨观测数据,采用Gash模型对林冠截留进行了模拟。所选刺槐林分为人工纯林,林龄约30a,阴坡,坡度24°,密度为990株/hm2,平均树高10.8 m,平均胸径12.4 cm,郁闭度0.76。根据回归方法确定了Gash模型中的主要参数,包括饱和林冠的平均蒸发速率(E珔)、林冠枝叶部分的持水能力(S)、自由穿透降雨系数(p)、树干持水能力(St)和树干茎流系数(Pt)。结果显示,2009年5月至10月人工刺槐林样地实测降雨量为366.9 mm,穿透降雨量为317.5 mm,树干茎流为10.2 mm,林冠截留量为39.2 mm。模型模拟的林冠截留量为42.4 mm,高于实测值3.2 mm,相对误差为8.2%。敏感性分析表明,S、E珔、St和pt每增加10%,林冠截留量分别增加4.7%,3.1%,1.7%和0.5%;p增加10%,林冠截留量则减少2.6%。说明树干持水能力(St)和树干茎流系数(pt)两个参数对黄土高原人工刺槐林冠截留量的预测值影响程度较小。模拟值与实测值有较好的一致性,显示Gash模型适用于黄土高原人工刺槐林冠的截留计算。     

基于修正的Gash模型对南亚热带季风常绿阔叶林林冠截留的模拟

Gash解析模型及其修正的模型是估算和预测林冠截留的有效工具,探讨其在南亚热带森林植被冠层截留模拟中的适用性,是认识该区域结构相对复杂的自然林分冠层的降雨截留能力及其相关科学问题的重要基础。基于2009年鼎湖山国家级保护区内季风常绿阔叶林样地降雨及其他气象因子的观测数据,采用修正的Gash模型对南亚热带地带性顶极群落季风常绿阔叶林的冠层截留量及其组分进行了模拟量化。结果表明:2009年,季风常绿阔叶林林内穿透雨量、树干径流量和林冠截留量分别为1310.9、85.5和498.9 mm,分别占林外总降雨量的69.2%、4.5%和26.3%。基于修正的Gash模型对林冠降雨截留量的同期模拟值为473.0 mm,模拟截留量比实测值低25.9 mm,相对误差为5.2%。对干季降雨截留模拟的相对误差较小(1.8%),湿季稍大(6.8%)。从林冠截留量的构成来看,降雨停止后的林冠蒸发(231.4 mm)是林冠截留的主要组成部分,占总截留量的48.9%。整体上,国内基于Gash及其修正模型对森林冠层截留的模拟相对误差在0.2%~35.0%。林冠持水能力被视为模型准确估算林冠截留量的先决条件,国内运用不同方法估算的不同林分林冠持水能力大致处于0.23~2.86 mm。修正的Gash模型适用于南亚热带季风常绿阔叶林林冠截留的模拟应用。     

Gash模型在热带季节雨林林冠截留研究中的应用

为了验证Gash林冠截留解析模型在西双版纳热带季节雨林中的适用性,基于2003年的热带季节雨林气候及林冠特征观测数据、采用Gash模型对林冠截留进行了模拟.结果显示,西双版纳热带季节雨林样地年降雨量为1244.4mm,穿透降雨为867.3mm,树干径流为114.4mm,树冠截留量为262,7mm,林内穿透降雨量和林外降雨量之间存在显著的正相关关系;降雨过程中饱和林冠的蒸发强度为0.12mm/h,使林冠饱和的降雨为0.6mm,林冠枝叶部分持水能力为0.41mm,树干持水能力为0.18mm;模型模拟的年林冠截留量为274.9mm,干季为71.7 mm,雨季为203.1 mm;模拟的相对误差年值为4.3%,干季为0.1%,雨季为6.9%,模拟与实测有很好的一致性,显示了Gash模型适用于西双版纳地区热带季节雨林林冠截留计算.     

林冠截持降雨模型的初步研究

通过对林冠截持过程的研究,将单场降雨划分成很多个小的时段,顺序计算各小时段内降雨在林冠内的分配,建立了一个林冠降雨截持模型.模型考虑了冠层和树干干燥度对冠层雨期蒸发的影响,并在计算雨期蒸发时引入冠层叶面积指数、单位林地面积上树干表面积.运用模型对华北落叶松林的降雨截持进行模拟,结果表明,模拟穿透雨与实测穿透雨基本吻合,误差在±1 mm范围内,但在小降雨(＜6 mm)时模拟值偏低;树干茎流量模拟值偏低,茎流模拟相对误差随着降雨量增大而减小.同时模拟了穿透降雨的过程,结果与林内自动气象站实测穿透降雨的过程基本吻合,模拟效果较好.     

太岳山不同郁闭度油松人工林降水分配特征

利用2011年5-9月生长季观测的30场降雨数据,分析了山西太岳山不同郁闭度下油松人工林林冠截留、穿透雨以及树干茎流与降雨量的关系,以及林冠截留过程的特点.结果表明:(1)实验观测期间,该地区降雨总量为634.79mm,单次平均降雨量为21.16mm,单次最大降雨量为58.15mm,单次最小降雨量为0.54mm.其中,8月份的降雨总量最大,为190.77mm,6月份的降雨总量最小,为41.81mm.(2)郁闭度为0.8的油松人工林林冠截留量与降雨量呈一元线性关系,郁闭度为0.7、0.6和0.5均呈幂函数关系;对于各郁闭度的油松人工林,其林冠截留率与降雨量均呈对数函数关系;穿透雨量、树干茎流量与降雨量均呈明显的一元线性关系,穿透雨量和树干茎流量都随着降雨量的增加而增加.(3)不同郁闭度油松人工林之间林冠截留、穿透雨和树干茎流不同,总的趋势为随着郁闭度的减小,林冠截留量减小,穿透雨量增大,树干茎流量增大.林冠截留量与郁闭度表现出正相关关系,而穿透雨量、树干茎流量都与郁闭度表现出负相关关系.(4)各郁闭度林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量的月动态变化与总降水量的月变化基本一致.     

女儿寨小流域3种植被类型林冠层对降水再分配研究

对女儿寨小流域3种植被类型林冠层林冠层对降水再分配过程进行了研究。研究结果表明: 观测期内降雨量达到1971.80 mm, 降雨次数为83次。不同植被类型杜仲林、枫樟混交林和马尾松林的林冠截留量分别为289.75 mm、358.78 mm和351.46 mm, 林冠截留率分别为14.69%、18.19%和18.79%。随着降雨量增大, 不同植被类型的林冠截留量也增大, 二者呈正相关关系。混交林的穿透雨量和林冠截留量大于纯林, 而纯林的树干茎流量大于混交林; 不同植被类型林冠层对降雨的分配表现为穿透雨最多, 其次是林冠截留, 树干茎流最小。     

马尾松人工林林冠层 降雨再分配及其氮磷特征

为了解马尾松(Pinus massoniana)人工林的降雨分配及对氮磷的截留作用,研究了宜宾高县来复镇18和32年生马尾松人工林的大气降雨量、穿透雨量和树干茎流量,并对其全磷(TP)、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)进行了测定。根据月降雨量的变化情况,将7—11月份划分为雨季、1—4月份划分为旱季。降雨量级大小影响林冠层截留量及其氮磷含量。不同林龄的马尾松林大气降雨、穿透雨和树干茎流中截留量的变化趋势与降雨量级的大小呈正相关,旱季林冠截留量小于雨季的截留量。马尾松人工林旱季大气降雨、穿透雨和树干茎流中的TP、NH4+-N、NO3--N月平均含量显著高于雨季,TP、NH4+-N、NO3--N含量在不同月份之间的变化明显,但18和32年生马尾松人工林林冠截留的N、P总含量差异不显著。大气降雨、穿透雨和树干茎流中的N、P含量与降雨量之间存在显著的负相关。     

祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素

以位于祁连山中段大野口关滩森林站的青海云杉林为研究对象,利用2008年观测期间(6月12日至10月8日)34场降雨的大气降雨量、穿透雨量和树干茎流量观测资料,对青海云杉林的降雨再分配特征及其影响因素进行综合分析。结果表明:青海云杉林的总穿透雨量、截留量和干流量分别为212.6、64.5 mm和3.4 mm,分别占大气降雨量的75.8%、23.0%和1.2%;穿透雨在林内具有较大的空间变异性,其变异程度随降雨量的增大而减小,叶面积指数和冠层郁闭度在一定程度上也影响穿透雨的空间分布,且降雨量越小其影响效果越明显;青海云杉林的总干流量为3.4 mm,平均干流率为0.58%,雨前林冠的湿润程度对树干流的产生有很大影响,导致当降雨量为5.6 mm时就开始产生树干茎流;青海云杉林冠截留率的大小主要取决于降雨量,且随着降雨量的增大先减小并逐渐趋于稳定,林冠截留量总体上随冠层郁闭度和叶面积指数的增大而增大,但当观测点位于树冠边缘或多个树冠重叠处时出现负截留现象。所以,就特定林分而言,冠层结构特征对于其林冠生态水文效应起着重要的作用。     

华北石质山区油松林对降水再分配过程的影响

森林通过降水再分配过程影响着流域的水量平衡和物质循环。根据2005-2008年汛期华北石质山区主要造林树种油松林的林外降雨、穿透降雨、树干径流定位观测数据,探讨了人工油松林对降雨再分配过程的影响。结果表明,测定期间32场次降雨过程中油松林穿透雨量、树干径流量和林冠截留量平均值分别为8.67,0.11,1.07mm;透过率,树干径流率和林冠截留率分别为82.18%(57.74%-87.55%),1.07%(0.22%-2.07%),16.75%(11.01%-42.07%)。油松林冠层穿透降雨量、树干径流量和林冠截留量均与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.995,R2=0.907,R2=0.855),根据回归方程,当林外降雨量大于0.3mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于3.51mm时,可发生树干径流;林冠截留率与林外降雨呈双曲线衰减趋势,回归方程为y=12.091+55.537/(x+0.426)(N=32,R2=0.685)。典型次降雨再分配过程表明,林冠不仅在量上对降雨进行再分配,还在时程上进行了再分配。     

秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应

为了研究秦岭典型地带性植物油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应,选择陕西宁陕县秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站55龄天然次生油松林,从2006-2008年(5-10月份)对林外降水、穿透降雨和树干茎流进行定位观测。利用其中100次实测数据进行分析研究,结果表明:总降雨量为1576.4 mm,穿透降雨量为982.9 mm,树干茎流量为69.5 mm,冠层截留量为524. 0mm,分别占总降雨量的62.4%、4.4%和33.2%。降雨分配与降雨量级密切相关,降雨量级增大,穿透降雨率和茎流率呈增大趋势,截留率呈降低趋势,变化幅度分别为46.6%-68.9%、0.8%-9.2%、53.4%-22.0%。穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量与林外降雨量之间的关系分别为:TF=0.6548P-0.4937,R²＝0.9596;SF=-0.2796+0.0452P+0.0005P²,R²＝0.8179;I=0.5958P^0.8175,R²＝0.8064。降雨事件发生后,穿透降雨和树干茎流出现的时间与降雨发生的时间并不同步,均表现出一定的延滞性,随着降雨量级增大,滞后时间表现出逐渐缩短的趋势((78.5±8.8)-(16.0±0.0) min,(111.0±33.0)-(41.2±0.0) min)。降雨终止时,特别是当降雨量>10.0 mm,穿透降雨终止时间也存在一定的延滞性((3.2±2.6)-(12.0±0.0) min)。但树干茎流终止时间先于降雨终止时间,降雨量级越小,树干茎流终止时间愈早((-58.3±21.5)-(-9.8±0.0) min)。     

辽宁东部山区落叶松人工林林冠降雨截留观测及模拟

利用2005-2008年辽东山区落叶松人工林林冠降雨截留观测数据,并选取Gash解析模型模拟林冠截留过程.结果表明：落叶松人工林林内穿透雨量与林外降雨量呈显著正相关关系(R²=0.98),年均穿透雨量占总降雨量的77.64%;林冠截留量与降雨量和降雨强度之间呈正相关关系;除2007年由于降雨间隔时间短导致模拟截留量大于实测截留量外,模型模拟的林冠截留量均小于实测林冠截留量;模型模拟的绝对误差与林外降水量呈负指数相关,为1.26%～68.96%,平均值为29.09%;模拟值与实测值之间的相关系数为0.91,模型模拟结果与实测结果相吻合.     

两种温带落叶阔叶林降雨再分配格局及其影响因子

林冠对降雨的再分配是森林生态系统的重要生态水文过程,影响着生态系统生物地球化学循环。于2012年5—10月连续测定帽儿山森林生态站的两种温带天然次生林型——蒙古栎林和杂木林的林外降雨、穿透雨及树干径流,旨在量化其降雨再分配过程及其影响因素。结果表明:蒙古栎林的平均穿透雨、树干径流、林冠截留分别占同期林外降雨的76%、7%和17%;杂木林分别占85%、5%和10%。根据模型估算,当降雨量分别超过1.0mm和0.7mm时蒙古栎和杂木林开始出现穿透雨;当降雨量超过3.0mm开始出现树干径流。当降雨量超过5.6mm,树干径流体积会随着树木胸径的增加而显著增加;而当降雨量低于5.6mm则出现相反趋势。穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占降雨量的比例却表现出不同的变化趋势。穿透雨量的空间变异随降雨量和降雨强度的增大显著减小。两种林型的降雨再分配格局因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异。