北京市不同植物群落的降温增湿效应研究

在北京市植物园选取14个不同结构特征的植物群落作为研究对象,利用温湿度记录仪对其温湿度进行测定,分别研究郁闭度、平均冠幅、叶面积指数与降温增湿效应之间的相关性。结果表明,不同群落的降温增湿效果存在较大差异:碧桃(Prunus persica Batsch.var.duplex)、洋白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、杂种鹅掌楸(Liriodendron chinense×tulipifera)、杜仲(Eucommia ulmoides)群落的降温增湿效果较好,而绦柳(Salix matsudana f.pendula)、楸树(Catalpa bungei)、毛泡桐(Paulownia tomentosa)群落的降温增湿效果相对较弱。对实验数据进行统计分析可知,郁闭度与群落降温效应呈极显著正相关,与增湿效应呈正相关但不显著;平均冠幅与群落的降温效应呈显著正相关,但与增湿效应的正相关并不显著;叶面积指数对群落的降温效应起到一定促进作用,但对增湿效应影响不大。除此之外,其他影响植物群落降温增湿效应的结构特征有待进一步探讨。     

夏季栾树群落冠层结构对其环境温湿度的调节作用

为探究栾树群落降温增湿作用与其冠层结构参数的相关性在一天中的变化趋势,于天气晴朗的夏季对北京奥林匹克森林公园栾树群落内部和对照点的温度、相对湿度、群落冠层结构参数进行了铡定.结果表明:栾树群落的郁闭度与叶面积指数、平均叶倾角呈显著相关,且叶面积指数与平均叶倾角呈显著相关;在夏季8:00-18:00,栾树群落可降低空气温度0.43～7.53℃,在12:00左右达到降温最大值,增加相对湿度1％ ～ 22％,且在10:00左右增湿作用最显著,而在18:00-次日8:00降温增湿效果不明显;9:00-12:00,郁闭度和叶面积指数显著影响栾树群落的降温增湿作用;12:00-14:00,仅郁闭度与降温增湿作用显著相关;直到18:00,郁闭度和叶面积指数共同决定了栾树群落的降温增湿作用.因此,影响栾树群落降温增湿作用的冠层结构参数在一天中随着时间的推移发生变化.     

植被覆盖度对夏季降温效应的影响——以内蒙古为例

随着全球变暖的加剧,区域热环境问题日益凸显,植被的降温作用逐渐得到广泛关注。目前已有的研究多从样地尺度分析不同类型植被的降温效应。而区域尺度的研究多从定性的角度揭示地表温度与植被覆盖的关系,对评估植被的实际降温效应具有一定的局限性。以内蒙古为研究区,以MODIS地表温度数据为基础,采用近邻分析法,将森林、灌丛和草地的MODIS地表温度与相邻5km范围内的低覆盖地表作为对照,分析植被的降温效应以及植被覆盖度对降温效应的影响。从2015年7月地表温度平均值的结果来看,降温度数在蒙东、蒙中和蒙甘区均呈现森林>灌丛>草地。森林的降温范围在0.67-1.03℃,灌丛为0.60-0.95℃,草地为0.47-0.86℃。植被降温度数与植被覆盖度的回归拟合为对数分布,均呈显著正相关（P<0.01）。且在不同的植被覆盖度范围内植被降温效应具有显著差异,植被覆盖度水平较低时（<40%）,植被覆盖度的增加能更显著地降低地表温度。从整体来看,植被覆盖度每增加10%,森林降温0.12-0.39℃;灌丛降温0.1-0.2℃;草地降温0.049-0.075℃。综上,内蒙古作为全球气候变化最为敏感的区域之一,研究植被的夏季降温效应能够为内蒙古的气候调节服务评估提供重要的理论支撑及案例参考。     

南京市不同纯林群落结构参数与夏季降温增湿效应关系研究

以往关于植物降温增湿效应主要基于绿带等大尺度测量和利用光合仪对叶片进行微观测量分析研究,模糊了植物群落结构差异的影响。该研究基于纯林群落的小尺度实测,采用stata虚拟变量回归分析法,探讨了降温增湿作用与群落疏透度、郁闭度的影响关系,并提出群落参数的最优阈值。结果表明:郁闭度和降温、增湿作用均呈显著的正相关,而疏透度和降温、增湿作用分别呈正相关和负相关,但影响都不显著。郁闭度在0.81~0.85,疏透度在0.31~0.35时,植物群落降温作用和增湿作用最优。同时,该文将树种类型作为一个相关因素,得出在降温作用上,枫香林和紫荆林的降温效果和广玉兰林相比无显著差异,而樱花林、鸡爪槭林、香樟林、红枫林的降温效果呈极显著性差异;在增湿作用上,桂花林、香樟林和红枫林的增湿效果和广玉兰林相比无显著差异,而乌桕、紫荆林的增湿效果差异显著。该研究结果为通过城市绿化建设缓解热岛效应的植物配置选择提供了科学依据,同时为城市绿地缓解热岛效应评价体系提供了量化的参考模式。     

华东热湿地区四种植物群落类型对降温效应的影响研究

中国城市化进程不断推进,城市热岛效应的强度和负面影响越来越大,因此研究绿地植物群落类型对城市降温效应的影响具有重要意义。在实地调研的基础上,采用多元统计和拟合函数模型等方法,利用叶面积指数、三维绿量等因子分析4种植物群落类型的降温效应,以揭示绿地植物群落类型对降温效应影响的内在机制。夏季,4种植物群落类型对降温效应影响趋势分布排序为：乔木—灌木—草坪群落>群植小乔木群落> 乔木—草坪群落>乔木—硬质铺装群落;其中乔木—草坪群落与乔木—硬质铺装群落的降温效应较为接近。将反映植物群落特征的因子导入拟合数学方程模型,从而形成对降温效应作用较好的群落结构。研究结果和研究创新之处在于研究结果阐述了绿地植物群落类型对降温效应影响的内在作用机制。     

上海环城林带保健功能评价及其机制

选取上海环城林带典型的植物群落,分别在夏季和冬季对群落的温湿度调节、负离子提升、抑菌、降噪和大气净化等保健功能进行测定和评价;同时结合群落结构因子,分析群落结构与保健功能之间的关系,并探讨了群落物种组成和结构特征对保健功能的影响,以期揭示群落保健功能发挥的机制.结果表明:夏季,落叶针叶林池杉群落除抑菌功能以外,在其他保健功能上均具有较好的效果,而落叶阔叶林全缘叶栾树群落和悬铃木群落效果较差,其他类型的群落居中;冬季,常绿阔叶林女贞群落在各种保健功能方面均具有较好的效果,其次为常绿落叶阔叶混交林的全缘叶栾树+香樟群落和杂交杨+香樟群落,其他类型的群落效果较差.群落各种保健功能与群落结构特征的相关性分析表明,叶面积指数和郁闭度在夏冬两季均与多种保健功能呈显著正相关,是指示群落保健功能优劣的重要结构因子.研究结果表明人工森林群落的保健功能可通过调整群落结构来提升,为城市森林的群落建构与管理提供了科学依据.     

上海城市绿地夏季降温效应及其影响因素

城市绿地在夏季高温时具有明显降温作用,但在不同地区降温效果及其影响因子存在一定差异。以上海市为例,基于高分影像和实地观测,调查分析了18个典型样地夏季降温效应及其关键影响因子。结果发现：上海城市绿地夏季日均降温1.17-5.60℃,其中67%观测样地降温幅度低于平均值（2.51℃）;绿地降温幅度与对照点的环境温度显著正相关,当外界环境温度低于26℃时,城市绿地降温效应不明显;此外,城市绿地覆被格局对其降温效应有明显影响,当绿地乔木密度增加5%、叶面积指数增大1或者水面比例增加20%时,可使夏季绿地降温率分别提高1.73%、1.66%和1.18%。因此,在全球气候变暖背景下,优化提升上海城市绿地覆被格局可有效提升夏季绿地降温效应。     

城市湖泊湿地温湿效应——以武汉市为例

选择武汉城市三环内主城区14块湖泊湿地为研究对象,采用小尺度定量测定的方法,研究城市湖泊湿地与温湿效应间的关系。结果表明:(1)城市湿地温度值与面积指数、距离指数呈显著负相关,与景观形状指数呈显著正相关(P0.05);湿度值与面积指数、距离指数、环境类型指数呈显著正相关,与景观形状指数呈显著负相关(P0.05)。其中面积指数的贡献值最大。(2)14块湖泊湿地的降温增湿效应排序为湖泊11—14湖泊6—10湖泊1—5。当湖泊湿地面积为9.2—12.2 hm2时,其降温增湿效应明显;当湖泊湿地面积为308.4hm2左右时,降温效应显著且趋于稳定,湖泊湿地面积为67.6hm2左右时,增湿效应显著且趋于稳定(P0.05)。当湖泊湿地面积达到临界值之后,多斑块离散型(Dispersive)湖泊湿地布局对整个城市环境的降温增湿效应更为显著。     

城市绿地热效应全年变化特征及其与背景气象因子的关系

城市绿地能够调节热气候,是城市实现高质量可持续发展的重要空间载体。以往研究着重探讨城市绿地夏季降温效应的空间特征,较少分析绿地热效应的全年变化规律与潜在影响因子。在南京城区选择7个代表性城市公园,采用热气候定点观测方法获取公园大气温度全年观测数据,并与城市中心区参照点进行对比,分析公园热效应的全年动态变化规律及背景气象因子的影响。研究发现,由于植被覆盖率、冠层郁闭度及海拔不同,不同公园热效应的季节、昼夜规律存在显著差异,主要表现为3种形式：全年降温型,全年昼升夜降型,以及夏季全天降温、春秋冬季昼升夜降型。与城市中心区相比,公园夏季最高可降低气温7.7℃,冬季最高可增温3℃。大气温度、相对湿度,风速与太阳辐射4个背景气象因子能解释23.5%-77.4%的公园热效应变异。夏冬两季日间热效应主要受太阳辐射和气温的影响,夜间热效应主要受风速影响：太阳辐射每升高100W/m²,夏季日间降温强度减少0.3℃,冬季日间增温强度增加0.2-0.5℃;气温每升高1℃,夏季日间降温强度提高0.1-0.14℃,冬季日间增温强度提高0.05-0.08℃;风速每增加1m/s,夏季夜间降温强度减少0.05-0.78℃,冬季夜间降温强度减少0.4-1.1℃。研究结果有助于深入认识城市绿地热效应的复杂形成机制,并为夏热冬冷地区城市自然空间保护与气候适应性设计提供科学参考。     

上海城市森林群落结构对固碳能力的影响

基于上海市区航片数字化、代表性样地群落调查、优势树种生理参数测定和CITYgreen模型软件,对上海城市森林固碳能力进行评估,并探讨群落结构对固碳能力的影响。结果表明:上海城市森林总碳贮量为478472t,年碳固定量为6256t.a-1,平均碳密度为47.80t.hm-2,平均固碳率为0.625t.hm-2.a-1;城市森林的固碳率与郁闭度及群落密度均呈极显著正相关,而与平均胸径负相关;碳密度与郁闭度及平均胸径均呈极显著正相关,而与群落密度无显著相关;低密度高胸径群落比中、高密度群落具有更高的碳密度;混交林碳密度高于纯林,复层林碳密度和固碳率都高于单层林,且固碳能力的差异在一定程度上受平均胸径、群落密度等因子影响。     

Detecting successional changes in tropical forest structure using GatorEye drone-borne lidar

Drone-based remote sensing is a promising new technology that combines the benefits of ground-based and satellite-derived forest monitoring by collecting fine-scale data over relatively large areas in a cost-effective manner. Here, we explore the potential of the GatorEye drone-lidar system to monitor tropical forest succession by canopy structural attributes including canopy height, spatial heterogeneity, gap fraction, leaf area density (LAD) vertical distribution, canopy Shannon index (an index of LAD), leaf area index (LAI), and understory LAI. We focus on these variables’ relationship to aboveground biomass (AGB) stocks and species diversity. In the Caribbean lowlands of northeastern Costa Rica, we analyze nine tropical forests stands (seven second-growth and two old-growth). Stands were relatively homogenous in terms of canopy height and spatial heterogeneity, but not in their gap fraction. Neither species density nor tree community Shannon diversity index was significantly correlated with the canopy Shannon index. Canopy height, LAI, and AGB did not show a clear pattern as a function of forest age. However, gap fraction and spatial heterogeneity increased with forest age, whereas understory LAI decreased with forest age. Canopy height was strongly correlated with AGB. The heterogeneous mosaic created by successional forest patches across human-managed tropical landscapes can now be better characterized. Drone-lidar systems offer the opportunity to improve assessment of forest recovery and develop general mechanistic carbon sequestration models that can be rapidly deployed to specific sites, an essential step for monitoring progress within the UN Decade on Ecosystem Restoration.     

祁连山区青海云杉林冠层叶面积指数的反演方法

叶面积指数(Leaf area index, LAI)是陆地生态系统的一个十分重要的结构参数。随着空间精细化模型的发展和基于过程的分布式模拟技术的应用, 对LAI的区域估算显得越来越重要, 但目前尚缺乏有效的估算手段。该项研究以青海云杉(Picea crassifolia)林为研究对象, 利用LAI-2000冠层分析仪、鱼眼镜头法和经验公式法对林冠层LAI进行了测定, 观测值分别为1.03~3.70、0.48~2.26和2.27~8.20, 显然, 仪器测定值偏低。针对针叶的集聚效应导致仪器测定值偏低的现象, 利用跟踪辐射与冠层结构测量仪(TRAC)测定的青海云杉林聚集系数计算调整系数, 对鱼眼镜头法获取的LAI值进行订正。根据高分辨率的遥感数据反演青海云杉林的植被指数与LAI的关系, 最后获得了较合理的该地区林冠层LAI的空间分布图。     

Interactions between Canopy Structure and Herbaceous Biomass along Environmental Gradients in Moist Forest and Dry Miombo Woodland of Tanzania

We have limited understanding of how tropical canopy foliage varies along environmental gradients, and how this may in turn affect forest processes and functions. Here, we analyse the relationships between canopy leaf area index (LAI) and above ground herbaceous biomass (AGB_H) along environmental gradients in a moist forest and miombo woodland in Tanzania. We recorded canopy structure and herbaceous biomass in 100 permanent vegetation plots (20 m × 40 m), stratified by elevation. We quantified tree species richness, evenness, Shannon diversity and predominant height as measures of structural variability, and disturbance (tree stumps), soil nutrients and elevation as indicators of environmental variability. Moist forest and miombo woodland differed substantially with respect to nearly all variables tested. Both structural and environmental variables were found to affect LAI and AGB_H, the latter being additionally dependent on LAI in moist forest but not in miombo, where other factors are limiting. Combining structural and environmental predictors yielded the most powerful models. In moist forest, they explained 76% and 25% of deviance in LAI and AGB_H, respectively. In miombo woodland, they explained 82% and 45% of deviance in LAI and AGB_H. In moist forest, LAI increased non-linearly with predominant height and linearly with tree richness, and decreased with soil nitrogen except under high disturbance. Miombo woodland LAI increased linearly with stem density, soil phosphorous and nitrogen, and decreased linearly with tree species evenness. AGB_H in moist forest decreased with LAI at lower elevations whilst increasing slightly at higher elevations. AGB_H in miombo woodland increased linearly with soil nitrogen and soil pH. Overall, moist forest plots had denser canopies and lower AGB_H compared with miombo plots. Further field studies are encouraged, to disentangle the direct influence of LAI on AGB_H from complex interrelationships between stand structure, environmental gradients and disturbance in African forests and woodlands.     

The effects of tree characteristics on rainfall interception in urban areas

Trees in urban areas have significant effects on the urban ecosystem. They can be used to improve the water cycle in urban areas by increasing evaporation and reducing runoff through rainfall interception. Street trees placed in planters on impervious areas reduce runoff by intercepting rainfall and by temporarily storing raindrops on leaves. Therefore, understanding tree canopy geometry and the effect of rainfall interception is important in urban hydrology. In this study, we assessed the effect of tree canopy morphology on rainfall interception using four major street tree species, Sophora japonica L., Ginkgo biloba L., Zelkova serrata (Thunb.) Makino, and Aesculus turbinata Blume, in Seoul, South Korea. We measured throughfall for each tree and also derived three-dimensional data of tree canopy morphology with a terrestrial laser scanner. Tree height, canopy crown width, leaf area index (LAI), leaf area density, mean leaf area, and mean leaf angle were used to determine canopy morphology. The interception rate was mostly affected by the LAI; a higher LAI tended to result in a higher interception rate. Leaf area affected the rainfall interception rate when trees had similar LAIs. These findings on individual tree canopy rainfall interception can help us to understand the importance of rainfall interception in hydrology and for ecological restoration when planning urban green spaces.

     

华北落叶松人工林蒸散及产流对叶面积指数变化的响应

定量评价林地蒸散和产流等水文过程对冠层叶面积指数(LAI)的响应,对于深入认识森林植被的生态水文过程及其发生机制,实现半干旱区林水综合管理和区域可持续发展是非常必要的。应用集总式生态水文模型BROOK90,模拟分析了不同降水年型(丰水年、平水年、枯水年)下,位于半干旱区的宁夏六盘山叠叠沟小流域内华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林的水文过程对冠层LAI变化的响应关系。结果发现:林分总蒸散量、冠层截留量、蒸腾量与LAI都呈显著的正相关关系(R~20.99,P0.01),而土壤蒸发量、产流量则与LAI均呈显著的负相关关系(R~20.99,P0.01);在不同的降水年型下,各水文过程变量与LAI的关系都可以很好地用指数函数来表达,且都存在着一个LAI阈值。当LAI低于阈值时,各水文过程变量随LAI的变化幅度较大;但高于阈值时,各变量的变化十分缓慢并趋于稳定。在不同降水年型下,各变量LAI阈值之间存在着一定的差异。一般地,丰水年各变量的LAI阈值要大于枯水年,尤其是冠层截留和土壤蒸发。在丰水年,各水文过程变量随LAI增加而变化的速率要比在平水年、枯水年更快,说明在水分充足年份中各变量的波动更多取决于LAI变化,而在水分亏缺的年份中则可能更多地受到水分条件的限制。模拟结果表明,通过减少冠层LAI(如间伐)导致的林分的降低蒸散耗水和增加产流的作用是有限的,这是由于林分蒸散降低的幅度要比LAI降低的幅度小。例如,在平水年,当LAI从4.2变为2.0(减少幅度52.4%)时,林分年蒸散仅从357.2 mm减少至333.9 mm(减少幅度6.5%)。     

坝下地区防护林不同树种生长特征

采用标准样地调查法对防护林林分结构指标进行调查,研究河北坝下地区丰宁县小坝子乡不同防护林树种榆树、杨树及油松的动态变化规律.结果表明: 该区域榆树、杨树和油松纯林的平均年龄均为10年,杨树纯林的平均胸径和树高分别是榆树纯林的2.3和3.8倍,是油松纯林的2.3和3.0倍.杨树纯林的平均胸径、树高、叶面积指数(LAI)、活枝下高等指标显著大于榆树纯林和油松纯林.与杨树混交林相比,杨树纯林的林分密度高10.8%,纯林平均胸径则低5.2%,平均树高低11.3%;与榆树混交林相比,榆树纯林的林分密度高6.6%,纯林平均胸径、树高分别低7.8%和14.2%;与油松混交林相比,油松纯林的林分密度大4.9%,纯林平均胸径和树高分别低29.3%和31.8%.各林分类型的平均胸径、树高与密度呈显著负相关;平均LAI与密度和活枝下高呈显著正相关,与胸径、树高呈显著负相关;平均活枝下高与密度呈显著正相关.针阔混交林的胸径和树高生长显著优于针叶纯林.该区域防护林综合生长潜力呈上升趋势,而横向生长潜力总体上呈下降趋势.     

紫耳箭竹克隆形态可塑性对典型冠层结构及光环境的响应

在重庆金佛山国家自然保护内,选择了3种典型群落类型(落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林),使用Hemiview数字植物冠层分析系统量化群落冠层结构和光环境特征,并对林下紫耳箭竹(Fargesia decurvata)的形态可塑性特征进行调查,分析冠层结构和光环境特征改变下紫耳箭竹形态可塑性的差异,并探讨它们之间的相互关系。结果表明:(1)随着落叶阔叶林"常绿落叶阔叶混交林"常绿阔叶林演替的进行,群落的冠层开度降低,叶面积指数增加,平均叶倾角变小,趋于水平化,冠层对光的截获能力提高,林下光照的强度降低(P0.05)。(2)随着光照强度的降低,紫耳箭竹分株矮小化,叶片变窄,生物量积累降低,但通过增大比茎长、叶面积率和比叶面积提高对光的利用效率,并增大分枝角度和比隔长有效适应弱光环境。(3)在光照条件差的常绿阔叶林下,紫耳箭竹降低对地下茎的投资,将较多的生物量用于秆的增高增长和叶片的生长;而在光照条件好的落叶阔叶林环境下,紫耳箭竹降低对枝、叶生物量的分配,则加大对地下茎的投资,可认为是克隆植物对水分资源所表现的一种觅食行为。研究表明,紫耳箭竹种群随着冠层结构的改变发生了明显的可塑性变化,这些可塑性变化是种群对冠层结构和光环境差异的适应性反应的结果,有利于增强种群对异质生境中光资源的获取和利用;群落内部可以通过调控冠层结构的改变协调和控制小径竹种群的发展。     

辽东山区次生林乔木优势树种幼苗更新动态

以辽东山区次生林4 hm²动态监测样地为平台,2014—2016年连续3年对样地进行乔木优势树种幼苗调查和半球面影像拍摄,分析森林更新过程中林下乔木幼苗和冠层结构的动态,研究幼苗的天然更新规律及其对冠层结构变化(以叶面积指数LAI的变化来表示)的响应.结果表明: 调查期间冠层LAI先减少后增加,且存在显著的年际差异.12种乔木优势树种幼苗对冠层结构变化存在明显的响应,且不同树种幼苗的响应明显不同;中性树种幼苗的相对多度或频度一般会随着冠层LAI的减小而增大;阳性树种幼苗的相对多度或频度一般会随着冠层LAI的增大而减小.2014—2016年乔木优势树种幼苗的多响应置换过程分析表明,优势树种幼苗的数量组成和分布存在显著差异,且年际间的差异逐渐减少.调查期间优势树种幼苗指示种发生明显变化,也反映出其对冠层结构变化的响应.     

基于多角度植被指数的马尾松林LAI反演方法

CHRIS/PROBA是目前具有最高空间分辨率（17 m×17 m）的星载多角度高光谱数据,该款数据在反演植被垂直结构参数,如树高、叶面积指数（leaf area index,LAI）等方面具有重要的应用前景。基于四尺度几何光学模型得到马尾松（Pinus massoniana Lamb.）冠层的归一化差分植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）各向异性分布规律,利用CHRIS红光特征波段和近红外特征波段构建一种新型多角度植被指数（normalized hotspot-dark-spot difference vegetation index,NHDVI）,并将其应用于CHRIS数据对马尾松林的LAI遥感估算上。结果显示：（1）相比归一化差分植被指数（NDVI）与土壤调节植被指数（soil adjusted vegetation index,SAVI）而言,NHDVI能很好地融合光谱信息与角度信息,与地面实测LAI的决定系数达到0.7278;（2）利用NHDVI-LAI统计回归模型方法来反演LAI值,将得到的LAI值与地面实测值进行相关性分析,结果拟合优度达到0.8272,均方根误差RMSE为0.1232。与传统植被指数相比,包含角度信息的多角度植被指数对LAI的反演在精度上有较大提升,同时比基于辐射传输模型的反演方法更简易、实用。     

First direct landscape-scale measurement of tropical rain forest Leaf Area Index, a key driver of global primary productivity

Leaf Area Index (leaf area per unit ground area, LAI) is a key driver of forest productivity but has never previously been measured directly at the landscape scale in tropical rain forest (TRF). We used a modular tower and stratified random sampling to harvest all foliage from forest floor to canopy top in 55 vertical transects (4.6 m²) across 500 ha of old growth in Costa Rica. Landscape LAI was 6.00 ± 0.32 SEM. Trees, palms and lianas accounted for 89% of the total, and trees and lianas were 95% of the upper canopy. All vertical transects were organized into quantitatively defined strata, partially resolving the long-standing controversy over canopy stratification in TRF. Total LAI was strongly correlated with forest height up to 21 m, while the number of canopy strata increased with forest height across the full height range. These data are a benchmark for understanding the structure and functional composition of TRF canopies at landscape scales, and also provide insights for improving ecosystem models and remote sensing validation.