土壤大孔隙流研究进展

介绍了大孔隙及大孔隙流的定义、多种表现形式及其重要特征、产生机理和室内外实验研究概况,以及染色示踪、切片、穿透曲线、张力入渗仪、X射线CT扫描摄像和雷达探测等方法的研究进展,揭示这些实验方法的优点与存在的问题.并指出由于影响大孔隙及大孔隙流的因素较复杂,应将大量的野外实验和室内实验相结合,同时改进观测方法, 提高模拟手段,不断完善大孔隙流理论,使大孔隙流研究迈上一个新台阶.     

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.     

长白山阔叶红松林冬季雪面蒸发特征

利用2002-2005年冬季积雪期涡度相关水汽通量和微气象观测资料,对长白山阔叶红松林雪面蒸发动态及其与气象因子的关系进行分析.结果表明： 该涡度相关观测系统积雪期能量平衡闭合度为79.9%,潜热通量占净辐射的21.4%.研究期间,该区蒸发日变化呈单峰曲线形式,蒸发速率在融雪期大于稳定积雪期.30 min平均蒸发速率与净辐射呈线性关系,与气温呈二次曲线关系;蒸发日总量与净辐射呈二次曲线关系,与气温呈指数关系.积雪期蒸发日总量呈下降-稳定-上升的动态变化趋势,且上升期>下降期>稳定期,蒸发日总量最大值为0.73 mm·d^-1,最小值为0.004 mm·d^-1.2002-2003、2003-2004和2004-2005年积雪期蒸发总量分别为27.6、25.5和22.9 mm,占同期降水量的37.9%、19.5%和30.0%,平均蒸发日总量分别为0.17、0.19和0.17 mm·d^-1.     

枯落物覆盖对阔叶红松林土壤蒸发的影响

通过对枯落物覆盖下森林土壤蒸发的观测,研究了不同干重及类型的枯落物对土壤蒸发的影响,及其与含水率的关系。结果表明:土壤含水率相同,枯落物覆盖量越大,土壤蒸发量越小;不同类型的枯落物对土壤蒸发的抑制作用不同,在相同干重的枯落物覆盖下,未分解、半分解和分解的枯落物对土壤蒸发的抑制能力依次减弱。土壤蒸发量与枯落物质量呈对数关系。随土壤含水率的降低,土壤蒸发量减少,含水率在41%～38%时,每下降1%,75g、45g、15g枯落物覆盖下的土壤蒸发量依次减少2.38g、1.43g、1.30g,且在土壤含水率下降过程中,覆盖的枯落物分解程度越高,土壤蒸发速率降低越不显著。     

长白山生态功能区气候变化特征

为探究长白山生态功能区气候变化特征,本研究利用区域内及周边36个气象站数据与CN05.1格点数据集,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、累积距平法、Morlet小波分析等方法研究1961—2016年长白山生态功能区内温度(平均气温、四季气温、极端气温)、水分(年降水量、四季降水量、降水日数、相对湿度)、光照(日照时数与日照百分率)和风速因子的时空变化规律.结果表明: 1961—2016年,长白山生态功能区气温升高、日照减少、风速减弱、降水量周期振荡变化.其中,冬季气温[0.45 ℃·(10 a)^-1]与最低温度[0.74 ℃·(10 a)^-1]大幅上升.年平均风速显著降低[-0.21 m·s^-1·(10 a)^-1]但并未发生气候突变.年降水日数大幅降低[-7.01 d·(10 a)^-1],使其与东北地区气候变化特点有所不同.虽然功能区内年降水量倾向率为16.06 mm·(10 a)^-1,但不能以简单的趋势增加或减少来描述降水量变化特征,功能区内降水量变化以26年长周期叠加3年的短周期为主.研究结果对区域生态评估、生态系统响应气候变化、物候变化等研究具有指示意义.     

浑太森林流域径流过程模拟

基于浑河与太子河上游1998-2007年北口前站和南甸峪站水文数据以及清原、新宾和本溪县气象站点同期气象数据,应用DHSVM分布式水文模型模拟浑太流域的水文过程,验证模型的科学适用性,并提供最敏感模型参数的参考值.结果表明：浑河源区月径流模拟的Nash-Suttclife系数(E值)在率定期(1998-2002年)和验证期(2003-2007年)分别达到0.9675和0.8957,较好重现了研究区的月径流过程.太子河上游流域的年、月径流模拟值的E值均大于0.6,说明模型在浑太流域有较好的适用性、率定的参数方案有良好的可靠性.本文为无站点观测资料的流域水文研究建立了一个坚实的框架,并构建了合理的参数方案.     

长白山阔叶红松林三种树种树干液流特征及其与环境因子的关系

使用Granier热扩散式探针法,于2009年6—9月对长白山阔叶红松林3种主要树种(紫椴(Tilia amurensis)、色木槭(Acer mono)和红松(Pinus koraiensis))的树干液流速率进行连续测定,结合环境因子的同步观测,分析各树种树干液流的动态特征,并探讨液流速率与环境因子的关系。结果表明:3个树种的液流速率具有明显的单峰型日变化规律,相同天气条件下,液流启动时间和到达峰值时间相同,但停止时间不同,紫椴停止时间最晚。3个树种的日均液流速率季节变化趋势相同,均在8月份最大,6月份最小,液流速率日均值表现为紫椴色木槭红松。相关分析表明,光合有效辐射、饱和水汽压差是影响3个树种液流速率的主要环境因子;建立了依据环境因子推算液流速率的各月逐步回归模型。     

科尔沁草地不同大气稳定度下湍流特征谱分析

利用科尔沁半干旱风沙草原区涡度相关观测数据,计算并分析了不同大气稳定度条件下湍流的功率谱和协谱.结果表明:经向风速与纬向风速的功率谱在大气不稳定层结、近中性层结、稳定层结条件下谱形均相似,并遵循-2/3定律;近中性层结条件下垂直风速的功率谱没有惯性子区,此时仪器对脉动信号的捕捉不够完全,稳定层结条件下垂直风速功率谱表明观测层产生了泄流和平流;CO_2和H_2O浓度的功率谱分析表明,红外气体分析仪对高频信号的响应能力能够满足实际观测的需要,其功率谱的谱峰随大气稳定度的增强而向高频转移;垂直风速与3种标量的协谱谱形相似,不同大气稳定度下协谱惯性子区长度随大气稳定度的增强而变短,且均符合-4/3定律,说明三维超声风速仪与红外气体分析仪的空间间隔不会对通量观测结果造成显著影响.     

长白山阔叶红松林演替序列水分利用效率特征

水分利用效率是反映植物水分利用的客观指标,对其研究有助于了解陆地生态系统的碳水耦合机制。本研究利用稳定碳同位素技术分析了长白山阔叶红松林演替序列下3种林分(中龄杨桦林、成熟杨桦林、阔叶红松林)中优势树种的水分利用效率。结果表明: 3种林分的水分利用效率在不同演替阶段存在阔叶红松林＞中龄杨桦林＞成熟杨桦林的大小顺序,且同一树种在不同林分中水分利用效率不同,中龄杨桦林中山杨和白桦的水分利用效率高于成熟杨桦林,阔叶红松林中水曲柳的水分利用效率远高于其在中龄杨桦林,阔叶红松林中色木槭和蒙古栎的水分利用效率高于其在成熟杨桦林;优势树种的水分利用效率存在木材类型上的差异,总体呈现环孔材树种＞散孔材树种;阔叶红松林优势树种中,阔叶树种和针叶树种的水分利用效率在生长季呈现两种不同的变化趋势,水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴总体呈现先减小后增加的趋势,而红松呈现先增加后减小的趋势。生长季阔叶红松林的水分利用效率与温度呈显著负相关。不同的水分利用效率是长白山阔叶红松林优势树种适应演替进程、响应气候和环境变化的策略之一。     

森林流域坡面流与壤中流耦合模型的构建与应用

采用饱和入渗理论、Saint-Venant方程和Richards方程构建了以有限差分法求解的坡面流与壤中流耦合模型,并模拟了不同坡度和不同雨强下的坡面产汇流室内实验.结果表明：该模型模拟的坡面流和壤中流过程与实测过程基本一致,峰现时间、径流历时、峰值流量、出流总量模拟值与实测值的相对误差均较小,基本小于10%.模型的模拟精度较高,实用性较强,为深入研究壤中流机制和改进流域降雨-径流模型提供了理论依据.