森林蒸散模型参数的确定

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观测系统、开路涡动相关系统的观测数据,依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型,确定了模型参数,即风速廓线稳定度订正函数ψm、温度廓线稳定度订正函数ψh和零平面位移高度d。其中,研究地的零平面位移高度d为17．8m,是平均冠层高度(26m)的0．68。同时,给出了ψm和ψh随梯度理查逊数Ri变化的数学表达式。     

长白山阔叶红松林的零平面位移和粗糙度

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上 16个月的风速、温度、湿度及气压的连续观测资料 ,根据中性层结条件下风速随高度的对数变化规律 ,利用廓线法中的牛顿迭代法计算了该森林的零平面位移d和粗糙度z0 ,结果表明 ,d和z0 均存在着较明显的季节变化 ,在生长季d较大 ,z0 较小 ,而非生长季恰好相反 ,标准化的零平面位移d/h和粗糙度z0 /h在生长季和非生长季平均分别为 0 86 7,0 76 4和 4 4 7× 10 -2 ,3 5 9× 10 -2 。与叶面积指数对比分析发现 ,d/h和z0 /h与叶面积指数分别存在正相关和负相关的关系。敏感性分析表明 ,牛顿迭代法求d和z0对风速的精度要求较高 ,需要精度高的仪器和长期的数据积累。     

中性大气稳定度条件下林冠湍流特征模拟

基于欧拉二阶闭合模型,利用2003年长白山阔叶红松林微气象资料,计算并分析了长白山阔叶红松林林冠内/上的湍流特征.结果表明:模拟得到的平均风速廓线与实测值吻合;雷诺应力在林内衰减较大,而近地面处几乎没有动量传输贡献;湍流强度、速度方差和速度偏度在林冠与大气交界面处达到最大,同时剪切也达到最强;速度偏度越大,则湍流间歇性越强,并且向下的湍涡越难穿透林冠内部;林内深处的大部分湍流能量不是由局地产生,而来自于林上.     

二氧化碳储存通量对森林生态系统碳收支的影响

涡度相关系统观测高度以下的CO₂储存通量对准确评价森林生态系统与大气间净CO₂交换量（NEE）有着重要的影响.本研究以长白山阔叶红松林为研究对象,利用2003年的涡度相关观测数据以及CO₂浓度廓线数据,分析了CO₂储存通量的变化规律及其对碳收支过程的影响.结果表明：涡度相关观测高度以下的CO₂储存通量具有典型的日变化特征,其最大变化量出现在大气稳定与不稳定层结转换期.利用涡度相关系统观测的单点CO₂浓度变化方法与利用CO₂浓度廓线方法计算的CO₂储存通量差异不显著.忽略CO₂储存通量,在半小时尺度上会造成对夜间和白天的NEE分别低估25%和19%,在日和年尺度上,会对NEE低估10%和25%;忽略CO₂储存通量,会低估Michaelis-Menten光响应方程及Lloyd-Taylor呼吸方程的参数,并且对表观初始量子效率α和参考呼吸R_ref的低估最大;忽略CO₂储存通量,在半小时、日及年尺度上,均会对总光合作用（GPP）和生态系统呼吸（R_e）低估约20%.     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

长白山阔叶红松林叶片气孔导度与环境因子的关系

通过对阔叶红松林主要树种叶片的野外测定,研究了长白山阔叶红松林叶片气孔导度对环境因子的响应,结果表明,阔叶红松林叶片的气孔导度与瞬时光合有效辐射（PAR）和温度（Ta）呈正相关,而与水汽压亏损（PVD）呈负相关。对气孔导度模型的验证表明：Jarvis的非线性模型比Ball的线性模型更适于阔叶红松林叶片的气孔导度模拟。长白山阔叶红松林叶片的气孔导度对环境因子的响应模型为：gs=PAR（1.606T2a＋118.19Ta-1878.67）/（355.70＋PAR）（-430.433＋VPD）。此模型有助于进一步估算叶片光合作用,通过尺度化模拟阔叶红松林群落生产力以及土壤-植物-大气系统之间的水热交换奠定了基础。     

长白山阔叶红松林土壤无机氮空间异质性

利用地统计学方法,研究了长白山阔叶红松林内土壤表层(0～10cm)铵态氮和硝态氮的空间异质性.结果表明:长白山阔叶红松林内土壤表层铵态氮和硝态氮的半方差函数可用球状模型或高斯模型拟合.土壤表层铵态氮和硝态氮的空间分布均呈现中等程度的空间自相关,结构比范围分别在0.70%～41.47%和32.26%～52.66%;铵态氮的空间自相关尺度小于硝态氮,变程分别为8.87和9.76m.土壤表层铵态氮和硝态氮在空间上呈斑块状分布;铵态氮的空间异质性程度高于硝态氮,硝态氮与土壤水分呈显著负相关关系(r=-0.3743,P0.05),而铵态氮与土壤水分无显著的相关关系.     

拉格朗日逆分析在森林蒸散模拟中的应用

以长白山阔叶红松林为研究对象,根据Raupach提出的LocalizedNearField(LNF)理论为依据,耦合垂直速度标准差σ_w(z)和拉格朗日时间尺度T_L(z),建立林冠内水汽源汇强度和平均浓度廓线之间的关系;利用拉格朗日逆分析法(inverseLagrangiandispersionanalysis,IL)提出了通过林冠水汽浓度梯度计算林冠内的水汽源汇强度进而推算森林蒸散的方法.最终得到的结果与开路涡动相关系统的观测数据比较显示,对于白天水汽累积通量的模拟精度达到87.3%;IL模拟值高于EC实测值,大约高出15%～25%;林冠白天水汽通量远大于夜间,占日水汽总通量的70%以上.6～8月的水汽白天累积总通量高于5月和9月.     

林窗模型的几个基本问题的研究:I.模拟样地面积的效应

以中国东北长白山阔叶红松林为例,应用林窗模型NEWCOP探索了不同模拟样地面积对林窗模型输出结果的影响.结果表明,模拟样地面积大小变化可影响模拟出的森林群落的树种组成和模拟样地的林窗出现周期,通过应用这一特点确定了阔叶红松林的林窗面积为400～800m².     

长白山阔叶红松林生态系统碳动态及其对气候变化的响应

应用基于干物质生产理论的过程模型（Sim-CYCLE）估算了1982—2003年间长白山阔叶红松林生态系统总第一生产力（GPP）、净第一生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）及其季节动态变化以及碳储量（WE）、植物碳储量（WP）和土壤碳储量（WS）,并分析了这些指标在当前气候情景和碳平衡情况时的差异及其对未来气候变化情景的响应.结果表明：在当前气候情景下, 长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP分别为14.9、8.7和2.7 Mg C·hm^-2·a^-1,三者分别比实测值减少2.8 Mg C·hm^-2·a^-1、增加1.4 Mg C·hm^-2·a^-1和增加0.2 Mg C·hm^-2·a^-1;长白山阔叶红松林6—8月的NEP占全年总量的90%以上,其中,7月最高（1.23 Mg C·hm^-2·month^-1）;研究区WE、WP和WS分别为550.8、183.8和367.0Mg C·hm^-2,其与实测值均具有较高的一致性.从当前气候情景下到达碳平衡前,长白山阔叶红松林碳储量均有不同程度的增加,GPP和NPP分别为17.7和7.3 Mg C·hm^-2·a^-1,表明研究区碳“汇”的作用随着碳储量的增加逐渐减弱;温度增加2 ℃时,不利于长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP的增长,CO²浓度倍增则可有利地促进三者的增长,CO²浓度倍增、温度增加2 ℃对GPP、NPP和NEP增幅的影响与单纯CO₂浓度倍增的影响相似,气候变化情景对长白山阔叶红松林碳储量的影响规律与对生产力幅度的影响相同,这可能是生态系统生产力影响碳积累所致.     

冻融交替对长白山不同林型土壤两种温室气体排放的影响

以长白山5种林型土壤(硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林、长白松林和蒙古栎林)为对象,利用原位培养连续取样法研究了冻融过程中5种林型土壤CO₂和N₂O排放特征及相关机理。结果表明:冻融期5种林型土壤是CO₂和N₂O的源。次生白桦林和红松阔叶林土壤CO₂和N₂O的平均通量显著高于其他3种林型。除硬阔叶林外,各林型土壤CO₂通量与土壤含水量间存在显著负相关,但不同林型的土壤CO₂排放对水分敏感性差异较大;除硬阔叶林外,各林型土壤N₂O通量与土壤含水量间存在显著正相关,但水分敏感性因林型而异。5种林型土壤CO₂和N₂O排放通量均与土壤表层温度呈二次函数关系。     

长白山自然保护区阔叶红松林林隙更新的研究

通过对林隙及非林隙林分组成树种数量特征的对比分析,研究了长白山自然保护区阔叶红松林中主要树种对林隙的更新反应特点,阐述了林隙在阔叶红松林结构与多样性维持中的作用．随着林隙与非林隙的交替变化,红松和阔叶树以及主林层和中下层树种的相对优势（或重要性）亦呈现出交替变化的规律．林隙提高了阔叶红松林的物种丰富度,增加了其多样性,为不同特性物种的共存提供了可能,从而保持了阔叶红松林的整体稳定性．     

长白山阔叶红松林能量平衡和蒸散

利用开路涡动相关系统的连续观测结果,分析了长白山阔叶红松林2008年能量平衡各分量和蒸散量的特征,并对生长季和非生长季能量各分量和蒸散量的差异进行了比较.结果表明:该观测系统能量闭合度为72%,处于国际同类观测的中等水平;能量各分量日、季差异显著,生长季森林生态系统最主要的能量支出项为潜热通量,约占可用能量的66%,非生长季最主要的能量支出项为感热通量,约占可用能量的63%.长白山阔叶红松林2008年蒸散量为484.7 mm,占同期降水量(558.9 mm)的87%,证实森林蒸散耗水是我国北方温带森林最主要的水分支出项.     

长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质

对长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质进行了观测和对比分析.结果表明:两种森林类型的土壤容重和各种孔隙度随土壤深度的变化趋势相同,即随着土壤深度的增加,容重和毛管孔隙度逐渐增加,总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐降低;两种森林类型土壤物理性质的差异比较明显,阔叶红松林0～100 cm土层的平均土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别为1.41 g·cm^-3、52.31%、46.11%和6.20%,暗针叶林地土壤分别为0.98 g·cm^-3、50.65%、40.32%和10.33%;阔叶红松林和暗针叶林地土壤100 cm土层贮水能力相差较大,分别为619.89和1 033.05 t·hm^-2.两种森林类型的土壤水分特征曲线与一般土壤水分特征曲线相一致.     

受干扰长白山阔叶红松林林分结构组成特征及健康距离评估

通过样地调查对不同干扰方式产生的过伐天然林、次生白桦林和人工落叶松林等群落的结构组成进行分析和分类探讨,并选取能够表征结构完整性和稳定性的一些指标因子,利用健康距离法对长白山阔叶红松林区的森林生态系统健康进行了评估实践,结果按顺序依次为：原始阔叶类0．14<结构转换型0．23<结构保留型0．32<结构破坏型0．33<严重干扰类型0．44<次生白桦林0．53<人工落叶松林0．68．以期对阔叶红松林生态系统的恢复和区域林业可持续发展提供参考．     

长白山三种林型对蛾类群落结构和多样性的影响

选择长白山阔叶红松林、白桦林和落叶松林3种林型,对各林型蛾类的群落结构和多样性进行了比较。结果表明:蛾类各科(亚科)在3种林型中的比例分配明显不同。阔叶红松林中尺蛾科数量占优绝对优势,占47.0%,其次是舟蛾科,为9.3%。优势种为台褥尺蛾,占17.2%;从蛾类总种数和蛾类个体总数上看,白桦林中蛾类物种丰富度、多度和多样性指数明显高于阔叶红松林和落叶松林,优势度指数则最低;白桦林的优势种有尘尺蛾、枞灰尺蛾和双星白枝尺蛾;在落叶松林中,灯蛾科、波纹蛾科和枯叶蛾科的多度都比阔叶红松林和白桦林高,其优势种为阿泊波纹蛾。     

东北阔叶红松林分布区生态气候适宜性及全球气候变化影响评价

以在植被分布中起重要作用的温度指标(生长度·日,GDD)和水分指标(可能蒸散率,PER)为基础提出温度·水分影响函数f(GDD,PER),评价丁东北阔叶红松林分布区生态气候环境质量即生态气候适宜性．将f(PER,GDD)≥0．70划为阔叶红松林核心分布区;0．35≤f(PER,GDD)＜0．70划为适宜分布区;f(PER,GDD)<0．35划为边缘分布区．东北阔叶红松林分布区面积为39．99km^2,其中核心分布区面积7．13×10^4kg^2,适宜分布区12．27km^2,边缘分布区20．59km^2。同时结合大气环流模式(GISS、OSU)的气候变化情景评价了全球气候变化对东北阔叶红松林分布区生态气候适宜性的影响．结果表明,于暖化气候条件下东北地区阔叶红松林分布区明显减小,生态适应性显著下降。     

小兴安岭三种林型叶面积指数的估测

利用Winscanopy2006冠层分析仪测定2009年7月初至11月初小兴安岭白桦次生林、谷地云冷杉林、阔叶红松林的有效叶面积指数(LAI_e),并将经过木质部分所占比率、冠层水平集聚和簇内集聚校正的11月初LAI_e作为真实叶面积指数(LAI_t),结合凋落物法测定3种林型的LAI_t及其季节动态.结果表明： 调查期间,白桦次生林的LAI_e在7月达到峰值(2.21),谷地云冷杉林、阔叶红松林的LAI_e在8月达到峰值,分别为2.57、2.68.白桦次生林、谷地云冷杉林、阔叶红松林的LAI_t均在7月达到峰值,分别为3.44、3.86、6.93;相对于本文探讨的方法,光学仪器所测定的LAI_e在最高叶面积指数期分别低估33.1%、32.9%、66.0%;而在整个调查期内,谷地云冷杉林和阔叶红松林LAI_e平均低估22.8%和56.5%,白桦次生林平均高估13.2%.
     

辽东山区天然更新红松幼苗种群结构与动态

本研究以辽东山区红松人工林为种源的3种不同林带(落叶松林带、针叶混交林带和阔叶混交林带)内天然更新红松幼苗为对象,运用静态生命表和生存分析方法研究天然更新红松幼苗的种群结构与动态特征.结果 表明:3种不同林带内天然更新红松幼苗的年龄结构呈"(n)"型左偏态分布,前期幼苗数量较多且死亡率较高,后期不断减少,属于衰退型种群...