苹果密植园与间伐园树冠层内叶片光合潜力比较

通过对成龄苹果密植园和间伐园树冠不同层次和部位叶片光合潜力及辐射通量密度、叶片N含量和比叶重等指标的比较分析,研究了苹果园改造前后辐射能和氮素利用效率差异及其与产量品质的关系.结果表明：间伐显著改善了冠层内的辐射环境,间伐园冠层内的辐射分布明显比密植园均匀,相对辐射通量密度小于30%的无效光区接近0,而密植园冠层内的最低相对辐射通量密度为17%,在相对高度03以下均为无效光区;间伐园内冠层叶片的光合效率显著提高,间伐园树冠中、下部叶片的光合速率比密植园分别提高了78%和102%;叶片的最大羧化速率和最大电子传递速率也有较大幅度的提升.苹果园冠层叶片的光合效率与叶片N含量存在显著的相关关系,而叶片N含量又与辐射通量密度存在显著的相关关系,因此,可根据冠层叶片相对N含量的垂直分布间接和定量地判断叶片的光合效率或相对辐射通量密度的空间分布.     

基于SHAW模型对农田小气候要素的模拟

能量平衡是作物冠层水热传输的基础,气象因子(如空气温度、湿度、风速和土壤温度)是影响作物活动的外界条件,而叶温反映作物的整体健康状况。对冠层状况的理解和模拟有利于了解小气候特征并加强农田管理。采用SHAW(theSimultaneousHeatandWater)模型模拟:冠层表面能量平衡,表面辐射温度,冠层中叶温、气象要素和土壤温度廓线,模型的输入数据来源于华北平原禹城综合试验站。模型很好的模拟了表面能量平衡、冠层表面辐射温度、土壤温度、冠层2/3高度以下叶温和2/3高度以上气象要素。模型模拟净辐射(Rn)的效率达到0.97,潜热(LE)和感热通量(Hs)的模拟效率分别为0.81和0.78,模拟的表面辐射温度与实测值吻合较好,其模拟效率为0.91,冠层2/3高度以下的叶温模拟效率为0.76～0.86,但该高度以上的模拟结果不理想。除了2cm深度外,各层土壤温度模拟较好。     

水稻多组分双向反射模型的研究

利用1999-2000年的水稻田间试验实测光谱数据,对水稻不同生长期特性建立的水稻多组分双向反向模型进行了一些主要因子的敏感性分析及模型模拟值与实测值的比较分析。结果表明,考虑水稻冠层叶、茎干、穗等作用及水稻不同生长期特点的水稻多组分双向反向模型,能较好地反映水稻多组分反向光谱的角度分布特征,较准确地模拟水稻不同条件下水稻的自然方向反向系数和冠层"热点"效应的非对称性分布。得到了薄层水体和土壤背景的一次反向辐射以及在冠层内部、薄层水体和土壤表面相互间的多次反向辐射随水稻各组分平均倾角的变化规律,冠层双向反向率随叶面积指数LAI的变化特征。     

基于Campbell椭球分布函数的大兴安岭地区主要树种叶倾角分布模拟

叶倾角分布(LAD)直接决定着植被冠层对辐射的截获量,同时对入射太阳辐射的大小与走向也起着决定性作用,是定量遥感中的关键参数.本研究基于Campbell椭球分布函数和迭代方法拟合大兴安岭林区主要树种的LAD,定量分析冠层叶片分层与不分层时模型的拟合情况及不同龄组对LAD的影响.结果表明： 大兴安岭地区6种主要树种的LAD均属于横椭球分布,针叶树的平均叶倾角小于阔叶树;无论对叶片分层处理与否,模型拟合叶倾角的结果与实测结果基本一致;白桦和落叶松的拟合结果与实测结果线性回归的相关系数分别是0.8268、0.8192,均方根误差分别是3.7%、4.3%,说明Campbell模型应用于森林冠层是可靠的;考虑龄组的影响时,虽然分层处理时叶倾角的分布趋势与龄组无关,但幼龄落叶松的平均叶倾角小于成熟落叶松,表明龄组对叶倾角分布取值有正向影响,而对消光系数取值有负向
影响.     

美国黑核桃实生苗生态生理过程对环境因素响应的数值模拟(Ⅲ):植株冠层光合作用数理模型

以1-2年生北加州黑核桃为试材,建立了具有较高分辨能力的植株群体结构、光分布模型和冠层光合作用模型．将植株冠层按叶面积指数划分为若干层次。上下层之间水平面上太阳辐照度按Monsi＆Saeki所提出的指数递减规律分布．冠层内太阳散射光的消光系数由冠层结构决定,而直射光的消光系数则决定于冠层结构与太阳在天空的位置．在同一层次。将叶片的叶倾角划分为6个等级。将叶片的水平位置划分为8个方位．设同一层次中水平面上的太阳辐照度相同。某一方位角和叶倾角的叶面的直接辐射由太阳视运动方程决定．以此为基础,分别计算“光斑区”和“遮荫区”内叶片的光合速率,并通过数值积分计算整个冠层的光合速率及光合日总量．用田间实测资料验证了冠层内太阳辐射分布模型和冠层光合作用模型．敏感性试验分析表明。模型对环境因子和生物学因素有良好的响应．     

开放式空气C02浓度增高对水稻冠层能量平衡的影响

大气CO2浓度升高对植物冠层能量平衡的影响是导致植物生长发育和水分利用率发生变化的环境物理原因．利用位于江苏省无锡市安镇的农田自由开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台,进行水稻冠层微气候和土壤热通量的连续观测,并结合能量平衡分析,研究了FACE对水稻冠层能量平衡的影响．结果表明,水稻冠层显热和潜热通量FACE与对照的差异日最大值出现在14：00左右,与空气相对湿度日最低值出现时间一致;潜热通量FACE与对照的差异日最大值变化在—15-—65J·m^-2·s^-1之间,显热通量FACE与对照的差异最低值变化在12—55J·m^-2·s^-1之间;显热和潜热通量FACE与对照的差异日最大值随冠层上方辐射平衡增加而增大．水稻冠层白天总显热通量FACE均高于对照,而总潜热通量FACE均低于对照．白天总显热和潜热通量FACE与对照的差异在同一生育期内随冠层上方净辐射增强而增大,在不同生育期随生育期推进而减少．开花期至蜡熟期,水稻冠层白天总潜热通量FACE比对照平均低6．7％．FACE使水稻冠层白天总显热通量及其占冠层上方辐射平衡的比例减少,而使总潜热通量及其占冠层上方辐射平衡的比例增大,但对土壤热通量及夜间显热和潜热通量的影响不大．开花期至蜡熟期水稻冠层白天总显热、潜热通量占冠层上方净辐射总量的比例FACE与对照之差平均为5．5％．     

北京市顺义区公路绿化植物群落的光环境特性

公路绿化是国土绿化的重要组成部分,对于促进社会经济和自然生态系统的和谐发展具有重要的作用.以北京市顺平路(S305)顺义段两侧绿化的毛白杨(Populus tomentosa)和垂柳(Salix babylonica)群落为研究对象,应用WinSCANOPY For Canopy Analysis冠层分析仪及软件采集、分析照片,研究比较了不同径阶的两种群落光环境特性和冠层结构指标:光合光量子通量密度(photosynthetic photon quanta flux density,PPFD)、总空隙度(gap fraction)、叶面积指数(leaf area index,LAI)、平均叶倾角(mean leaf angle,MLA)等,得出以下结论:不同径阶两种群落的冠层总辐射水平基本相同,林下直射和总辐射随胸径增加而降低,而林下散射没有明显变化规律;毛白杨群落总空隙度随胸径增加先降低后增加.垂柳群落总孔隙度随胸径增加而降低,并且平均值低于毛白杨群落;两种群落叶面积指数都随胸径增加而增加,但是垂柳群落叶面积指数稍大于毛白杨群落;两种群落平均叶倾角随胸径增加而降低,平均值约为32°;从消光系数分析,可以看出毛白杨群落冠层截获光辐射能力较强,林下光环境较差;对比林下散射变化情况与平均叶倾角变化情况,还可看出林下散射在一定程度上受冠层平均叶倾角的影响显著.因此,两种群落相比,毛白杨群落的总光辐射变化更明显,并且比垂柳群落差.如果只考虑光环境,垂柳群落更有利于建立绿化复层群落结构,这为公路绿化建立复层的、多样性的和稳定性的群落结构提供了基础分析和参考.     

农林复合生态系统与低层大气间的通量研究

根据近年在黄淮海平原大面积农林复合区的观测资料,采用简单的一维模型,讨论了此类复合系统与低层大气之间的热量、动量和水汽通量,比较了不同的结构林网形成的通量差异。结果表明,由于林冠层的摩擦作用,农林复合生态系统上空风速随高度增大较快,动量输送总是向下的。在层结稳定的夜间,其数值较大,而在湍流比较活跃的正午前后,由于垂直风切变减弱,动量输送也相应减小。夜间农林作物冠层的辐射冷却加强,近地层逆温梯度增大,加之作物冠层内部因辐射冷却而造成水汽凝结,冠层上部水汽大于冠层内部,此时热通量和水汽通量均向下。这一现象在白天日出后开始逆转,日出后,地面升温加快,并逐渐形成超绝热梯度,致使热量通量向上。此时农林作物蒸腾加剧,冠层高度范围内水汽含量增大,造成水汽向上输送。文中还讨论了一维模式的缺点,指出了进一步研究生态系统与大气相互作用的重要性.     

人工同龄纯林冠层辐射场模拟模型 II.应用与验证

应用建立的人工同龄林辐射场模型对杉木 (Cunninghamialanceolata)人工林冠层辐射场进行了模拟 ,以实测的冠层辐射数据对模型进行了验证 ,对模型的不确定性以及叶面积密度和叶片散射的影响进行了计算和分析。结果表明 ,模拟和实测辐射场及日总量无显著差异 ,所建模型适于对杉木人工林冠层辐射的模拟。模型可能的误差来源包括树冠形状的不规则性、树冠大小和高低的不一致性、叶片在小范围内的簇生性等。考虑二维叶面积密度 (LAD)分布的模拟结果优于平均LAD。叶片的散射辐射约占总辐射的 3%～ 11%,且越靠近树冠里层和下部 ,散射作用越大。     

城市森林冠层对小气候调节作用

为了客观反映城市森林冠层的温湿效应,发挥城市森林冠层调节小气候的作用,使用Decagon微气象监测系统对南京城市森林冠层光照、温度、相对湿度等微气候因子进行长期监测,以林外的实验观测作为对照,分析了城市森林冠层内部小气候特征和对小气候的调节作用。结果表明:生长期冠层内部太阳辐射呈双峰或多峰曲线变化,林外与冠层内部太阳辐射差由大到小为夏季、秋季、春季、冬季;冠层内部与林外的气温和相对湿度日变化规律均呈抛物线变化,夏、秋季冠层降温作用高于春、冬季,春、夏、秋季白天冠层与林外温差大,夜间温差小,春、夏、秋季冠层相对湿度在任意时段均高于林外,冬季午后冠层相对湿度低于林外,城市森林冠层在夏、秋季的保湿效果优于春、冬季,城市森林冠层气温日最高值出现时刻比林外约晚30 min;除冠层内部太阳辐射与林外气温相关性不显著外,其他气象因子之间均呈极显著的相关性(P0.01)。城市森林冠层在削减太阳辐射、降温增湿、缓和冠层内部温湿度变化和对高温的滞后效果等调节小气候和改善气候舒适度方面具有显著的作用。     

粤西及相邻地区太阳总辐射、光合有效辐射能量和光量子通量时空分布

应用普适全国的计算太阳辐射、光合有效辐射和光量子通量模型,系统地研究了粤西的高要、封开和临近地区梧州的太阳辐射、光合有效辐射和光量子通量的年总量、月总量以及相应的年平均日总量和日平均日总量。结果表明,太阳辐射、光合有效辐射和光量子通量的年变化有相似的规律;而地区变化有以下特点：梧州和封开明显类似,而高要与上两地差异稍大。     

玉米冠层内太阳直接辐射三维空间分布的模拟

太阳直接辐射在植物冠层内的空间分布特征影响植物生理生态功能 ,是衡量植物群体结构是否合理的重要指标。利用田间实测的玉米冠层内植株各器官的三维空间坐标进行冠层结构分析 ,将冠层内的植株器官表面划分成小面元 ;根据几何光学中光的直线传播原理 ,利用面元沿太阳光线的平行投影和投影深度排序 (Z- buffer)算法计算冠层内面元受太阳光直接照射的情况 ,建立了太阳直接辐射在玉米冠层内三维空间分布的模拟模型。模型可计算出作物冠层内任选植株的器官表面或冠层内地面上的太阳直射光斑 (Sunflecks)分布 ,也可输出选定空间位置或范围上的太阳直接辐射的分布 ,同时可实现模拟结果的三维可视化。根据此模型的模拟结果可对太阳直接辐射在玉米冠层内的空间分布进行各种分析。利用玉米冠层内光斑的三维分布测定试验 ,在光合有效辐射 (PAR)波段对模型进行了检验。模型适用于任意三维结构可测并可进行面元化划分的植物群体或个体     

粤西及相邻地区太阳总辐射,光合有效辐射能量的光量子通过量时空分布

应用普适全国的计算太阳辐射、光合有效辐射和光量子通量模型,系统地确定了粤西的高要,封开和临近地区梧州的太阳辐射,光合有效辐射和光量子通量的年总量,月总量以及相应的年平均日总量和日平均总量,结果表明,太阳辐射,光合有效辐射和光量子通量的年变化有相似的规律;而地区变化有以下特点：梧州和封开明显类似,而高要与上两地差异稍大。     

太阳辐射对稻田甲烷排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一,而太阳辐射减弱对稻田甲烷(CH4)排放的影响尚不明确,且缺少高光谱遥感用于估算稻田CH4排放的研究.通过田间模拟试验,研究了不同遮阴强度对稻田CH4排放和水稻冠层光谱特征的影响,并基于冠层高光谱数据估算了CH4排放通量.采用单因子试验设计,遮阴强度设3个水平,即对照(不遮阴,CK)、轻度遮阴(S1,单层遮阴,遮阴率为60%)和重度遮阴(S2,双层遮阴,遮阴率为84%).结果表明:与对照相比,遮阴明显降低了稻田CH4排放,但重度遮阴下CH4排放高于轻度遮阴;近红外波段水稻冠层反射率表现为CK>S2>S1;水稻冠层光谱反射率(699~1349 nm)与CH4排放通量呈极显著正相关,最高相关系数达0.64,6种植被指数与CH4排放通量也呈极显著相关,其中比值植被指数(RVI)与CH4排放通量的相关系数最大,达0.84;建立了以RVI、归一化植被指数(NDVI)和507 nm原始反射率(ρ507)为参数估算CH4排放通量的逐步回归模型,决定系数R2分别为0.86和0.85,利用该模型可为开展区域稻田温室气体排放的遥感监测提供试验依据.     

大气热层结条件对林冠显热的影响

应用欧拉二阶闭合模型研究了大气热层结条件下森林冠层显热通量源汇分布和通量特征.结果表明:白天,冠层上的不稳定层结和冠层下的稳定层结是森林冠层大气层结的一种特有现象;温度廓线的变化表明林冠高度2/3处存在较强的热源;冠层内大气处于弱稳定状态时,热量继续向上输送,呈现出热通量的反梯度输送.显热通量日变化的模拟值与实测值吻合,其R2=0.9035(P0.01).在显热收支方程中添加浮力项,可提高反演模型在实际大气中的模拟精度,从而改善模型对热通量收支的模拟能力.     

大豆和玉米冠层光合有效辐射各分量日变化

通过实测大豆和玉米冠层光合有效辐射各分量并计算其反射率、透射率,分析了各分量日变化规律及其影响因素。结果表明:光合有效辐射分量(FPAR)在一天中均接近于常数,特别是在8:00—11:00和14:00—16:00相对稳定;晴天大豆冠层入射光合有效辐射变化曲线较阴天平滑,反射率和透射率曲线没有阴天平滑;由于云层的吸收和散射作用,阴天中光合有效辐射(PAR)最大值的出现时间比晴天晚1h左右;植被冠层空间异质性对光合有效辐射各分量影响较大,不同作物类型的各分量之间有较大差异;大豆冠层空间异质性较玉米小,其光合有效辐射各个分量曲线较平滑;线性光量子传感器与太阳入射方向垂直投影线成30°时,冠层入射光合有效辐射平均偏离度值最小,为0.657%。     

Modelling the effects of changes in solar radiation on gross primary production in subtropical evergreen needle-leaf plantations

太阳辐射是陆地生态系统碳水循环的能量来源。太阳辐射的变化对植被吸收大气CO₂具有重要影响。该文通过辐射观测数据建立散射辐射比例与晴空指数的关系, 结合生态过程模型(BEPS)和通量观测数据, 模拟分析了太阳辐射变化对千烟洲常绿针叶林总初级生产力(GPP)的影响。研究结果表明: 千烟洲森林生态系统的阴叶对年GPP总量的贡献达67%, 太阳辐射变化对阴叶光合作用的影响决定了冠层GPP的变化; 太阳辐射强度和分布的年际差异导致年GPP对太阳辐射变化的响应不同, 2003、2004和2005年太阳辐射分别变化-5.44%、-1.83%和6.26%, 可使千烟洲生态系统当年GPP总量达到最大值; 在季节上, 太阳辐射的增加会导致5-6月GPP上升, 7-9月GPP下降, 使年GPP变化程度降低; 在天尺度上, 晴空指数在0.43时, 太阳辐射变化对GPP的影响最小。     

太阳辐射变化对亚热带人工常绿针叶林总初级生产力影响的模拟分析

太阳辐射是陆地生态系统碳水循环的能量来源。太阳辐射的变化对植被吸收大气CO₂具有重要影响。该文通过辐射观测数据建立散射辐射比例与晴空指数的关系, 结合生态过程模型(BEPS)和通量观测数据, 模拟分析了太阳辐射变化对千烟洲常绿针叶林总初级生产力(GPP)的影响。研究结果表明: 千烟洲森林生态系统的阴叶对年GPP总量的贡献达67%, 太阳辐射变化对阴叶光合作用的影响决定了冠层GPP的变化; 太阳辐射强度和分布的年际差异导致年GPP对太阳辐射变化的响应不同, 2003、2004和2005年太阳辐射分别变化-5.44%、-1.83%和6.26%, 可使千烟洲生态系统当年GPP总量达到最大值; 在季节上, 太阳辐射的增加会导致5-6月GPP上升, 7-9月GPP下降, 使年GPP变化程度降低; 在天尺度上, 晴空指数在0.43时, 太阳辐射变化对GPP的影响最小。     

多组分植被方向反射系数的解析计算模型

基于植被介质中的辐射传输理论和几何光学原理,提出了一个计算非随机、多组分植被多波段、多角度反射光谱的综合解析模型.此模型以作者以前建立的叶冠层模型和多组分模型为基础,通过对任意空间取向植被组分对冠层“热点”效应贡献的定量计算及在多次散射系数的估算中考虑冠层所有组分的作用,全面、深入地概括了植被冠层的多种组分以及它们的几何结构和光学性质的空间变化对植被多角度反射光谱的影响。模拟与实测结果的比较得出:模型基本上能抓住多组分植被反射光谱的角度分布特征,模拟出叶冠层模型所不能得到的自然植被方向反射系数和冠层“热点”效应的非对称性分布.模型的模拟结果表明,冠层“热点”效应在冠层组分的平均倾角约20°时达最大,然后随平均倾角的增大,“热点”效应明显减弱.     

落叶阔叶林内的光合作用和气孔传导率特征(英文)

本文根据Wang和BMdocchi(1989)最近提出的冠层辐射模型,进一步给出了一个模拟冠层光合作用速率和气孔传导率的模式.模式将冠层中每一层的叶面积分为向光叶、半影叶、和全遮荫叶三种,并分别计算其光合作用速率和气孔传导率。计算得到的光合速率廓线表明,在落叶阔叶林内,冠层下部的叶片常处于光照不足状态;半影效应使得透过林冠达于底部的辐射量增大,这对于林下植物的光合作用是有利的。 模式计算值与实测值之间的微弱差别应归因于纯辐射模型无法考虑湍流输送机制造成的CO_2传输和冠层底部耐荫性叶对于低光照的适应能力。