植被对于气候的反馈作用

根据地球表面两个平衡方程：热量平衡方程和水量平衡方程初步探讨了植被对于气候的反馈作用。研究结果指出,植被对于全球气候变化有减缓作用,植被的存在将使一地的径流量减少,增加了保水能力,对于一地降水量无显著影响,而对于气候变化的作用是增温还是降温须视具体地点的情况而定。对于中纬度地区,当某一区域的径流量的变化与下垫面反射率的变化满足关系：Δｆ ＝ ５Δα×１０－ ４ｇ／（ｃｍ ２·ｍ ｉｎ）时,地表温度并不因为下垫面反射率或径流量的变化而变化。这一研究结果还表明在制定全球变化对陆地生态系统影响对策时必须因地制宜,以保证地球成为一个适于人类生存与持续发展的生命支持系统     

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．     

长白山阔叶红松林生长季反射率特征

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上太阳总辐射和反射辐射资料 ,计算了 2 0 0 1年 5月 2 2日～10月 14日森林下垫面的每日整点反射率 .结果表明 ,森林的反射率与太阳高度角有关 ,在太阳高度角很小的日出和日落附近反射率较高 ,太阳高度角大于 30°时反射率变化不大 ,反射率的日变化曲线为U形 .森林的反射率与天空状况有关 ,晴天条件下低太阳高度时的反射率高值明显 ,U形曲线突出 ,昙天时曲线两端高值相对较低 ,U形曲线也相对平坦 ,阴天的日变化曲线则没有明显的规律 ,在某范围内波动 .生长季反射率的变化特点为 6月上旬较高 ,6月下旬稍有下降 ,7～ 9月较稳定 ,10月上旬则逐渐下降 ,反映了冠层叶片物候变化特征 .     

哀牢山亚热带常绿阔叶林与林外草地太阳辐射比较

太阳辐射是森林生态系统的主要能量来源,为探讨亚热带常绿阔叶林对太阳辐射的影响,本研究利用哀牢山亚热带森林生态系统研究站太阳辐射观测数据,对林外草地、林冠上的太阳辐射平衡各分量的年、季节变化特征进行了分析.结果表明:森林辐射的季节变化因随植被的变化而与林外草地辐射有所差异.森林有效辐射占总辐射的比率、反射率均低于林外草地,导致净辐射占总辐射比率高于后者.与我国各地的辐射分配率相比,哀牢山亚热带常绿阔叶林的净辐射占总辐射比率较高,反射率较低.总辐射与相近纬度同植被类型的鼎湖山、鹤山相比,分别高207.7和357.5MJ·m-2,这对生长在海拔2200m以上、温凉潮湿环境下的亚热带常绿阔叶林来说,显得异常重要.     

景观格局视角下晋西三川河流域径流变化归因分析

黄土高原大规模人类活动造成下垫面剧烈变化,流域景观格局改变,影响产汇流过程。学科融合视角下,基于Budyko水热耦合方程、景观指数计算以及回归分析等多学科方法,以晋西黄土丘陵沟壑区三川河流域为例,分析不同尺度景观格局变化造成流域径流量变化的原因,判别地理景观空间对产汇流过程的影响。结果表明：(1)1980年至今是研究区径流锐减阶段,其中下垫面变化对径流贡献率为60.81%;(2)1980年至今的下垫面变化造成流域景观斑块破碎、形状趋于规整,景观格局分割度、蔓延度提高;(3)利用逐步线性回归模型可将径流减少的景观格局变化定位到具体地理空间,流域东部、北部主要支流上游与两条支流汇流处的林地核心斑块面积减少以及城市建设区域对于水体连通性的破坏。通过跨学科方法探究景观格局与径流变化之间的潜在空间关联,揭示径流对景观格局变化的响应,可为黄土高原水资源管理与生态规划提供决策依据。     

河流流量对流域下垫面特性的响应

以美国切斯比克湾地区为例,对该区域150个小流域的下垫面特性(包括土地利用类型、地面不透水系数和土壤物理属性)进行了提取,根据1984—2004年间逐日流量观测数据计算出了33个水文指标,运用逐步回归方法在不同地理区分析了9种下垫面特性对其中17个重要水文指标的影响。结果表明:随着草地和林地比例的增加,流量趋于减小、流量变化趋于稳定,随着建设用地和不透水层的增加,流量增加、流量变化剧烈,随着土壤水文组等级的升高,流量减少;在整个切斯比克湾流域,对流域下垫面特性响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时,在阿巴拉契亚高地地区响应最为显著的水文指标是年极值流量、高脉冲个数及历时,在皮德蒙特山地响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时,在沿海平原地区响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时、流量变化的速率与频率。     

基于Budyko假设的洮河与大夏河径流变化归因识别

受气候变化和人类活动的影响,世界许多河流水文过程发生了显著的变化。研究河川径流变化特征及其原因对流域水资源管理和规划有十分重要的意义。以黄河上游支流洮河、大夏河为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变分析等方法探究河川径流的趋势变化、阶段特征,并采用Budyko水热耦合平衡方程定量评估径流变化影响因素的贡献率。研究发现洮河与大夏河流域年径流深均呈显著减少趋势,减少速率为：-1.85 mm/a、-1.36 mm/a （P≤0.01）。通过突变检验可将洮河的径流序列分为基准期1961-1987年,剧烈人类活动期1988-2017年,而大夏河的基准期为1961-1985年,人类活动期1986-2017年。洮河、大夏河流域下垫面变化对径流变化的贡献率超过60%,降雨次之,潜在蒸散发最弱,约贡献10%。流域下垫面改变是引起研究区河川径流变化的主要因素。     

森林动物在森林生态系统中的作用

森林动物是森林生态系统的一个必不可少的组成部分,研究森林动物在森林生态系统中的作用与影响,对于建立和维护一个好的森林生态系统,以及对于森林的更新、演替进而对于整个地球和人类都具有极为重要的现实意义。一、森林动物的组成和分布     

基于有限元模拟的咖啡粉充填密度对咖啡胶囊内冲泡流场影响研究

目的：研究咖啡粉孔隙率对咖啡胶囊内冲泡流场及其达到稳态时间的影响,寻找咖啡胶囊内最佳咖啡粉充填密度。方法：基于自由流动和多孔介质流动理论,应用Comsol Multiphysics软件耦合Navier-Stokes方程和Brinkman方程,对咖啡胶囊不同孔隙率下胶囊内冲泡流场进行有限元模拟,研究流场分布规律。利用示踪法计算冲泡流场达到稳态的平衡时间,并构建咖啡粉不同孔隙率对平衡时间的经验公式。采用相同方法模拟手冲咖啡机中的冲泡流场,通过比较意式咖啡机出口流量和模拟出口流量验证方法准确性。结果：意式咖啡机出口流量和模拟出口流量基本一致,误差小于6.10%,表明本研究使用的方法能够用于表征咖啡粉冲泡流场分析。对咖啡胶囊内冲泡流场的模拟结果显示,咖啡胶囊孔隙率越小,咖啡胶囊稳态冲泡流场整体流速越小,且流场达到稳态时间越长。在注水孔、通孔膜小孔和出口附近流速和速度梯度显著增大,靠近杯壁方向流速减小。构建的咖啡粉孔隙率对平衡时间的经验公式能够准确预测不同孔隙率下咖啡粉中流场的平衡时间。结论：通过Comsol软件耦合Navier-Stokes方程与Brinkman方程能够用于模拟咖啡冲泡过程中的流场分布,通过咖啡孔隙率与平衡时间的经验公式有助于确定咖啡胶囊冲泡风味最佳的孔隙率,为咖啡胶囊风味改进中咖啡粉充填密度的选择提供科学依据。     

中亚热带森林区通量观测的源面积探讨

 利用2002～2003年典型中亚热带森林地区(千烟洲站)通量观测资料,运行FSAM（Flux-source-area-model）解析模型初步确定该站的通量源面积。结果表明：通量源面积随测量高度、测量时间和大气稳定度变化;风向的季节变化,使得通量源面积分布方向也变化;该测站有足够大的风距,测量结果能代表仪器所在地的现场特征,即森林下垫面特征。另外,相同时间的风向和通量数据绘图表明：在Z/L满足模型运行要求时,通量数据几乎集中在一个方向上(随风向变化)。模型结果在水平均匀湍流下得到,满足模型基本要求。在该测站中,FSAM模型只能模拟昼夜层结稳定,湍流不活跃时的通量源面积。今后重点是进一步查明森林内、外湍流特点,改进模型,使之对该测站的适用性更广。