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。     

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.     

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。     

喀斯特地区典型针叶林的降雨截留分配效应

以贵州喀斯特地区典型针叶林为研究对象, 采用定位观测方法对降雨分配特征进行研究。观测期内采集到 36 场降雨数据, 林外降雨总量为 300.66 mm, 主要以小雨为主。10 月降雨量最大, 占观测数据中降雨量的 57.29%, 3 月降雨量最小, 占观测数据中降雨量的 1.43%。树干流总量为 31.34 mm, 占降雨总量的 10.42%。树干流量变化范围为 0-4.7 mm, 树干流率变化范围为 0-34.55%。穿透雨总量为 218.02 mm, 占降雨总量的 72.51%, 穿透雨量随着降雨量的增大而逐渐增大, 穿透雨率与林外降雨量存在一定的相关性, 林外降雨量越大, 林间穿透雨率越大。灌木层截留总量为 29.11 mm, 占降雨总量的 9.68%, 灌木截留量随降雨量的增大而增大, 但截留率与降雨量之间没有明显的相关关系。林冠截留总量为 51.24 mm, 占同期降雨的17.04%, 树冠截留量随着降雨的增大而增大, 林冠截留率随降雨增大而减小。     

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。     

岷江上游亚高山川滇高山栎林的降雨再分配

基于2007年6-9月岷江上游地区的气象数据,采用定位研究方法对该区川滇高山栎林的降雨再分配进行了研究.结果表明：研究期间,林外总降雨量486.7 mm,林内穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的82.6%、0.9%和16.5%;穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈极显著的线性关系(P<0.01,n=49),穿透雨率和树干茎流率与降雨量的关系可用非线性曲线表示;当林外降雨量>3.2 mm时开始出现树干茎流,且树干茎流量(L)与树干基面积(cm²)呈明显的指数关系(R²=0.623).林冠截留率随降雨量(mm)的增加呈双曲线递减;林冠截留率与降雨量、降雨持续时间、降雨强度、降雨时空气相对湿度均呈极显著负相关(P<0.01,n=49),而与风速呈极显著正相关(P<0.01,n=49).     

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。     

广西马尾松和红锥纯林降水再分配及冠层淋溶效应

明析马尾松(Pinus massoniana)和红锥(Castanopsis hystrix)纯林降水再分配及冠层淋溶效应的差异,可为南亚热带针叶人工林改造提供水文数据。依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站,通过野外测定和室内分析相结合的方法,利用林下布设的30个自记雨量筒,测定了2016年1—12月的大气降水、穿透雨及树干径流,同时采集7—12月10次降水事件水样,监测其化学成分。结果表明:观测期间降雨总量为1070.2 mm,马尾松和红锥纯林穿透雨分别为823.0和693.2 mm,占降雨量的76.9%和64.8%;树干径流分别为3.2和9.9 mm,占降雨量的0.3%和0.9%;林冠截留量分别为244.0和367.1 mm,占降雨量的22.8%和34.3%,说明马尾松和红锥纯林对降水再分配的作用是不同的,红锥纯林具有更好的林冠截留能力。降水对红锥纯林冠层4种盐基离子(K~+、Mg~(2+)、Na~+、Ca~(2+))的淋溶量为17.53 kg·hm~(-2),是马尾松纯林的0.7倍,但酸缓冲是马尾松纯林的1.6倍。与马尾松纯林相比,红锥纯林具有更好的避免冠层养分淋溶和应对酸沉降的能力。     

桉树人工林冠层、凋落物及土壤水文生态效应

水文功能是森林生态功能的重要方面,为了解桉树人工林的水文生态效应,采用定位研究并结合室内测定的实验方法,研究了广东肇庆桉树人工林冠层降雨再分配、凋落物持水能力、土壤水分物理及蓄水能力。结果表明,研究期间(2006-05-2007-05)的大气降雨量为2016.7mm,通过林冠层后降雨被重新分配,穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的85.70%、3.62%和10.68%。产生树干茎流的临界降雨量为3.93mm,穿透雨量、树干茎流量与林外降雨量均呈极显著正相关(P0.01);林冠截留率与降雨量呈显著的负相关(P0.05),降雨量超过20mm后,林冠截留率基本保持稳定。本研究桉树人工林的凋落物最大持水量为4.27mm,凋落物中树叶的最大持水量最大,为2.54mm。0-100cm土层的最大蓄水量为470.06mm,其中非毛管蓄水量为98.22mm,土壤总孔隙度和非毛管孔隙度随土壤深度增加呈递减趋势;0-10cm土壤层的初渗速率和稳渗速率分别为25.03mm.min-1和8.83mm.min-1,且随土壤深度增加而逐渐减小。     

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。     

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。     

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.     

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)。     

科尔沁沙地樟子松林降雨再分配特征

以中国科学院乌兰敖都荒漠化实验站35年生樟子松人工林为研究对象,通过对降雨、穿透雨、树干径流和林冠截留的观测,研究樟子松林对降雨再分配作用,分析各部分产生的阈值,确定降雨有效补给量。结果表明:2015年5—9月共观测到降雨事件31次,呈现小数量、低强度的特征,樟子松林地穿透雨、树干径流和林冠截留分别占同期降雨量的69.28%、1.26%和29.45%。林地有效补给量为117.67 mm,占降雨量的70.54%。穿透雨随降雨量增加而线性增加,发生阈值为0.85 mm降雨量;树干径流与降雨量呈二次多项式关系,当降雨量达到2.44 mm时,产生树干径流;林冠截留随降雨量呈现幂函数关系,截留率随降雨量呈指数减少趋势。降雨再分配比例受降雨等级影响,当降雨等级为15~20 mm时,林内有效降雨比例最高(90.35%)。明确樟子松林降雨再分配特征和比例变化对理解降雨补给作用和林地衰退的水分机制具有重要意义。     

基于修正的Gash模型模拟小兴安岭原始红松林降雨截留过程

原始红松林是我国小兴安岭地区的顶级植物群落,理解它的降雨截留过程,对区域生态、水文环境具有重要意义.采用定位研究法,于2010-2011年21场降雨数据对原始红松林的降雨截留和分配效应进行系统研究,并结合当地的气象和林分资料,利用修正的Gash模型对小兴安岭原始红松林进行林冠截留模拟.该模型对穿透雨、树干茎流、截留量的模拟值分别为:370.91、16.14、130.07 mm.穿透雨模拟值比实测值低2.28 mm,相对误差1.75％,树干茎流模拟值高于实测值8.12 mm,相对误差50.3％,林冠截留量模拟值比实测值低2.35 mm,相对误差为1.81％.穿透雨和林冠截留量的模拟值和实测值有较好的一致性,树干茎流的模拟值和实测值相差较大.综合结果表明:修正的Gash模型对小兴安岭地区原始红松林降雨截留拟合具有很好的适用性.     

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。     

岷江上游两种生态系统降雨分配的比较

植被的降雨分配作用对理解生态系统的水文功能具有重要的意义。该文对四川岷江上游岷江冷杉(Abies faxoniana)针叶林和川滇高山栎(Quercus aquifolioides)灌丛两种生态系统的降雨分配及降雨截留的影响因素进行了研究,探讨了植被分配降雨及截留降雨的影响机制和影响因素。文中采用定位观测的方法研究降雨分配。针叶林中冠层降雨截留占33.33%,树干茎流占0.07%,穿透雨占66.60%;而灌丛的冠层截留降雨为24.95%,穿透雨为75.05%;针叶林地被物的蓄留水能力(1.746 mm)要大于灌丛地被物的持水能力(0.941 mm);针叶林土壤的容积含水率(39.66%)也要高于灌丛土壤的容积含水率(38.19%);两种生态系统中的穿透雨率与降雨量的关系均可用逻辑斯谛方程较好地模拟。文中还选取了降雨量、降雨强度、降雨持续时间、两次降雨的间隔时间和次降雨期间的气温等5种因子分析影响两种生态系统降雨截留的主要因素。根据截留降雨与上述5种因子的偏相关分析结果:针叶林冠层的降雨截留主要受降雨量、降雨持续时间和间隔时间的影响;灌丛的降雨截留主要受降雨量、气温与降雨持续时间的影响。文中从当地的降雨特征与两种生态系统微气候差异的角度分析了两种生态系统降雨分配及降雨截留影响因素差异的原因。     

黄土高原丘陵沟壑区柠条和沙棘灌丛的降雨截留特征

2011年5-10月,以黄土高原人工造林的主要灌木树种柠条和沙棘为对象,研究了降雨量及降雨强度对其截留量、穿透雨量和树干茎流量的影响.研究期间共观测到降雨47次,以小降雨事件为主,年降雨总量为208.9 mm,平均降雨强度为2.82 mm·h-1,其中降雨量为2～10 mm,降雨强度为0.1～2 mm·h-1的降雨事件出现次数最多.柠条和沙棘的截留量、穿透雨量、树干茎流量分别为58.5 mm、124.7 mm、25.7 mm和38.2 mm、153.1 mm、17.6 mm,分别占降雨量的28％、59.7％、12.3％和18.3％、73.3％、8.4％.柠条和沙棘的截留量、穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈显著正相关,并且两种灌木的截留率、穿透雨率和树干茎流率与降雨量、最大10 min雨强之间均呈指数相关或幂函数相关.     

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.     

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.