水文尺度转换探讨

水文尺度问题是当今水文学研究的热点和前沿.水文尺度包括过程尺度、观测尺度和模拟尺度三方面含义.主导过程尺度作为尺度的特征量,是水文研究中的重点.水文尺度转换工作包括了对水文模式、参数、状态变量和输入的尺度转换四方面,每一方面都有其特殊的研究方法.水文系统的有组织复杂性、时空变异性和数据不足是当前水文研究的难点所在.自然河网的自相似特性使其成为水文尺度研究的重要组成部分.进一步深入研究水文尺度问题需要多种研究思路、技术手段和理论工具的结合.     

长白山阔叶红松林CO2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系.结果表明：（1）在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量（NEE）随温度Ta的变化趋势为,在Ta〈20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月〉6月〉8月〉9月〉5月〉4月〉10月.（2）应用Michaelis-Menten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为：Re=0.0607 exp（0.0666Tα）,R^2=0.96.夜间生态系统呼吸的Q10为3.15.（3）通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大.     

科尔沁草甸生态系统水分利用效率及影响因素

生态系统水分利用效率(WUE)是衡量碳水循环耦合程度的重要指标。利用科尔沁温带草甸草地碳水通量观测数据,对该生态系统总初级生产力水分利用效率(WUEGPP)的日季变化规律及对环境和生理因子的响应进行分析。结果表明:(1)WUEGPP日变化呈下降-稳定-上升的变化趋势,最大值出现在日出后1—2 h,阴天条件下WUEGPP高于晴天,生长中期WUEGPP高于生长初期和末期;(2)总初级生产力、总蒸散和WUEGPP季节变化均呈夏季高、春秋低的形式,生长季平均值分别为0.57 mg m-2s-1、0.08 g m-2s-1和5.97 mg/g,最大值分别为1.49 mg m-2s-1、0.16 g m-2s1和13.62 mg/g;(3)总初级生产力与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系;总蒸散与气温呈二次曲线关系,与饱和差、叶面积指数和冠层导度相关性均不显著;(4)WUEGPP与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系,饱和差、冠层导度和叶面积指数分别为2.0 k Pa、0.0015 m/s和4.2是控制WUEGPP增加的阈值;(5)净生态系统生产力水分利用效率(WUENEP)和净初级生产力水分利用效率(WUENPP)季节变化规律与WUEGPP一致,均值分别为3.47和5.47 mg/g。     

大气向下长波辐射参数化模型在长白山地区的适用性

利用中国科学院长白山森林生态系统定位站的近地面气象观测数据,分析评价了目前被广泛使用的8个晴天与8个云天大气长波辐射参数化模型的模拟性能.结果表明:晴天时Satterlund模型最适用,其偏差(BIAS)与均方根误差(RMSE)分别是-23.34和28.55W·m-2;系数校正后,虽然其参数值变化不大,但其模拟效果有很大提高,BIAS与RMSE分别降低为-6.33和18.08 W·m-2;云天时Jacobs模型最准确,BIAS和RMSE只有0.38和29.29W·m-2.对模型中大气发射率的敏感性分析表明,大气发射率对水汽压的变化最敏感,对温度的变化不敏感.应用优选模型(晴天和云天)得到的模拟值与观测值的日变化趋势基本一致,但在云量发生突变的节点上模拟效果不太理想.     

箱式气体交换观测系统及其在植物生态系统气体交换研究中的应用

基于箱式法构建的箱式气体交换观测系统是植物生态系统碳水循环研究的常用方法,其在土壤和植物组织尺度的气体交换研究中的作用尤为重要.本文根据箱式气体交换观测系统的气路结构,对闭路、半闭路、开路和半开路系统的原理和计算方法进行了详细总结;汇总了目前常用的商业箱式气体交换观测系统,并回顾了自制系统的研制和应用历程;最后简要探讨了箱式气体交换观测系统存在的问题及其改进方式.     

长白山阔叶红松林降雨截留量的估算

林冠截留降雨过程是森林流域水分循环的重要组成部分,以往的研究多为1次或多次降雨量与截留量的关系,很少考虑雨强和树木特征.文中利用林冠截留降雨半经验半理论模型,以雨强和叶面积指数为模型输入,林冠湿润程度为参数,结合Penman-Monteith公式,有效地模拟了长白山阔叶红松林次降雨的截留过程和2004年5～9月的林冠截留总量.结果表明,研究期间的林冠截留总量为39.96 mm,占降雨总量的10.2%,与实测资料吻合.根据模拟结果,探讨了不同时间尺度上截留量与降雨量之间的关系,随着时间尺度的增大,截留量与降雨量的相关关系趋于明显.     

时间序列修订对森林二氧化碳通量的影响

对长白山阔叶红松林2003年生长季的涡动相关实测时间序列进行了去倾修订与超声风速仪倾斜修订,并分析了不同修订方法对森林CO2通量计算值的影响．结果表明,基于未修订时间序列计算得到的森林CO2通量(Fcraw)被高估．线性与非线性去倾对Fcraw的修订量分别为1．6％、1．8％,两者差异很小．平面拟合坐标变换与流线坐标变换对Fcraw的修订量分别为3．7％、4．7％,两者差异较大．对线性去倾后的时间序列分别进行流线坐标变换与平面拟合坐标变换,二者对Fcraw的修订量分别为5．5％与4．6％．建议对时间序列进行线性去倾与平面拟合坐标变换综合修订．     

长白山阔叶红松林土壤水分动态研究

在1990～1992年和2003年对长白山阔叶红松林土壤水分动态进行定位观测研究.结果表明,土壤水分年内变化可划分为5个时期：春季聚水阶段、旱季耗水阶段、雨季蓄墒阶段、秋季失墒阶段和冬春土壤水分相对稳定阶段.利用标准差和变异系数对土壤水分垂直变化进行分层,得出土壤水分剖面分布分为速变层、活跃层和次活跃层,并用相关分析方法分析了各层次间土壤水分及其与其间降水量的关系.     

杂谷脑河流域河网统计自相似性

河网自相似性是水文尺度研究的重要方向,统计自相似研究不同尺度下河网参数概率分布函数的相似性.从统计自相似的角度,推导出河网参数、全河网分布和单级河道分布的关系,并用杂谷脑河DEM进行验证;对所得数据进行Kolmogorov Smirnov双样本检验,结果显示,推导结论与实际数据吻合,说明整个河网和单级河道之间是复杂的层叠关系,而不是简单的比例关系.     

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.