植被对近地面层水热交换影响的参数化模型

应用植被对地表面与大气之间水热交换影响的参数化模型,研究了不同植被类型的覆盖度、土壤湿度下垫面的土壤温度、叶温、近地面层气温及地表面与大气之间热量和水分交换,并一相应的观测资料进行了比较,结果表明,模拟不同植被的不同植被的温湿状况、辐射特征和能量平衡关系是合理的。因此,该参数化模型可于中尺度气象模型、气候模拟和环境生态学的研究。     

植被在自然景观中的标志作用

植被是自然环境中的重要组成部分;同时,它对环境各要素和整个环境的形成和发展,又起着巨大的作用。环境与植被之间,经常进行着各种各样的能量交换和物质循环。植物光合作用所产生的氧,暂时回到大气库中,按现在的速度,大约需要2000年再循环一次;生物呼吸作用所释放的二氧化碳,进入大气库后,大约要经过300年再为植物所利用。地质大循环     

长白山天然林内CO2环境初探

大气圈和生物圈之间存在着强烈的CO_2交换过程,植被层对CO_2的吸收与释放是引起大气中CO_2浓度不断变化的主要原因。同时,大气CO_2浓度在空间和时间上的变化又是影响绿色植物光合生产力的一个因素。了解林分内CO_2浓度分布状况对研究一个林分的气体交换     

塔里木盆地陆面水文模式研究

研究土壤、植被、大气统一体内水分循环和能量交换过程的复杂特性,形成一人比较反映真实情况,定量模拟这些交换过程模式的重要性已引起大家的注意,早在１９６９年Ｐｈｉｌｌｐ就强调用这种统一体现观点去陆地与大之间的水热交换,生态工作者过去的许多工作都已说明发生在陆气交界面上的水热交换过程同覆盖陆地的植被状况有密切的关系,不同陆面生物圈结构物理及植物生理性质将对这种交换过程的起着决定性的作用,从而对气候与环境     

黄土高原植被恢复引发区域气温下降

黄土高原退耕还林(草)等生态恢复工程促进了地表植被覆盖增加,进而通过影响地表-大气之间热量交换影响区域气候过程。基于黄土高原1998—2000年和2008—2010年SPOT卫星反演的植被覆盖资料、54个地面气象站气温资料及EIN-Interim地表热通量数据,采用空间分析交叉验证及地表热量平衡分析的方法,从站点尺度探讨了退耕还林(草)工程初期和10年后黄土高原植被变化与气温和地表热通量变化之间的关系。研究表明,退耕还林(草)工程开展10年后,黄土高原气温最小值、最大值与平均值均有下降,植被覆盖增加与气温变量降低在空间上呈正相关。同时,植被覆盖增加与潜热通量增加、感热通量与大气下行长波辐射下降在空间上也呈正相关关系。这些结果表明,植被恢复可通过增加地表蒸散发作用对区域气候产生降温效应,会减缓气温升高对黄土高原生态系统的影响。     

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．     

植被与大气之间物质和能量交换过程的反演理论研究进展

介绍了研究植被与大气之间物质和能量交换过程的一个崭新理论——反演理论,主要包括拉格朗日方法、欧拉方法和欧拉 拉格朗日耦合方法.详细阐述了各种方法的理论框架,并简要说明了其应用范围,最后概述了反演理论的局限性和未来的发展方向.     

植物冠层与大气氨交换的研究进展

对植物与大气间NH3交换的研究进展进行了综述。大量研究表明,植物冠层能够与大气进行NH3交换．交换的大小和方向取决于细胞间隙与大气NH3分压的差异,即NH3补偿点。大部分农田植物的NH3补偿点大致在1～6nmol NH3／mol air范围内;在自然条件下,NH3补偿点可能接近气孔下腔中的NH3分压,也可能接近大气中的NH3浓度;生长在低氮输入生态系统(如沼泽地和森林)中植物的NH3补偿点几乎为零。当外界大气NH3浓度低于补偿点时,生长的植被会释放NH3：否则,植被就会吸收NH3。影响NH3补偿点的因素主要包括叶温、光照强度和空气湿度等环境因素以及质外体pH、光呼吸速率及谷氨酰胺合成酶活性等内部因素。在植物生长前期,与大气间的NH3交换以吸收为主。后期则以释放为主。植物吸收或释放NH3的大小．因研究者、试验材料和试验条件等不同而有很大差异。植物地上部分对NH3的吸收途径主要有2条,一是通过表皮层吸收;一是通过气孔吸收．通过表皮层吸收的NH3占气态NH3吸收的3％,不是主要吸收途径;NH3吸收丰要通过气孔进行,其吸收量和吸收速率取决于气孔导度、温度及光照等。目前对植物NH3释放机理的解释主要是光呼吸氮循环途径和植物衰老时的蛋白质降解途径．但有关光呼吸氮循环途径在植物体NH3挥发中的作用远末搞清。当前国内、外研究重点主要集中在植物与大气间NH3、交换的方向、强度、NH3补偿点及其影响因素,植物与大气间发生NH3交换的生理机制,人气NH3浓度增加对植物代谢和生理特征的影响等方面,而忽视了对植物生态学特征、源库特征、根系分泌物、养分利用效率和不同植物种群间竞争的影响。因此．进一步深入研究植物与大气间NH3交换。不仅可以丰富植物氮素营养理论,而且也具有十分重要的环境和生态学意义。     

洞庭湖白沙洲4种植被系统与大气中碳素交换

近年来由于气候变化,极端天气现象及其相应的自然灾害的频繁发生,致使人类面临严峻的挑战,全球环境问题已备受瞩目。湿地碳循环在全球气候变化中具有不可忽视的作用,研究湿地系统与大气中碳素的交换,有助于深入了解湿地生态系统对大气环境的影响。在生物量和土壤温室气体排放测定的基础上,对洞庭湖白沙洲湿地4种主要植被系统与大气碳素交换进行研究,结果表明:杨树人工林、芦苇和苔草3种植被系统净生产力吸收大气中碳量分别为9.88、6.83.thm-.2a-1和4.07.thm-.2a-1,土壤排放碳量(包括CH4中的碳素)分别为3.08、2.79.thm-.2a-1和2.80t.hm-.2a-1,3种植被系统每年净吸收大气中的碳6.80、4.07t.hm-.2a-1和1.27t.hm-.2a-1,都是大气CO2的汇;黑藻与竹叶眼子菜混交群落净生产力吸收大气碳1.23.thm-.2a-1,土壤排放的碳1.32t.hm-.2a-1,该系统每年向大气净排放0.09t.hm-.2a-1,是一个弱的CO2排放源;将CH4温室效应是CO2的21倍折算成CO2量,杨树林土壤排放CO2量(包括CH4折算成CO2量)为16.19t.hm-.2a-1,比植被净生产力吸收的少16.64t.hm-.2a-1,对大气温室效应而言,该系统是温室气体的汇;芦苇、苔草以及黑藻与竹叶眼子菜混交群落土壤排放CO2量(包括CH4折算成CO2量)分别是43.68、39.19t.hm-.2a-1和32.22t.hm-.2a-1,比植被净生产力吸收的还多20.60、24.27.thm-.2a-1和27.71.thm-.2a-1,对大气温室效应而言,这3种湿地植被系统都是温室气体排放源。     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

Effects of Boundary Layer Conductance on Leaf Gas Exchange

Using an improved gas-exchange technique for leaf chamber the authors' conclusions derived from electrical analogy analysis and simulation have been tested. In most devices for gas-exchange measurements, a fixed ventilation speed is used, which results in a fixed boundary layer conductance of leaf, but the results of experiments are often used to predict canopy transpiration or photosynthesis where the boundary layer conductance changes with the position of the leaf in the canopy and the wind speed above the canopy. To change the boundary layer conductance of a leaf, a barrier of variable size was inserted into the leaf chamber to decrease the wind speed over the leaf. The responses of stomatal conductance, net photosynthetic rate, and transpiration rate to light were then measured. The relationships amongst them have been tested. The experimental results matched well with the results predicted by electrical analogy analysis and simulation in most cases.     

Stand microclimate and physiological activity of tree leaves in an oak-hornbeam forest

Summary In an uneven-aged, multi-species oak-hornbeam forest at Báb, SW Slovakia (former IBP Forest Research Site), a series of micrometeorological and ecophysiological measurements started in 1985. The aims of the work are to improve understanding of physiological processes (photosynthesis, respiration, and transpiration) of adult trees and stand microclimate, to collect data for simulation of the canopy (stand) photosynthesis and for ecological synthesis of the functioning of the forest ecosystem. In this paper, photosynthetically active radiation (PAR), air temperature (AT) and relative humidity (RH), wind speed (WS), and CO₂ concentration ([CO₂]) in and above the forest are characterized for the fully leaved season, using diurnal courses, vertical profiles and isodiagrams (isopleths). Approximately 50% of incident PAR was absorbed by the upper 4–5 m layer of leaves and only approximately 5% or less penetrated to the forest floor. Vertical gradients of AT and RH were generally low, but large differences in diurnal ranges of AT and RH were observed between vertical levels. The upper leaf canopy greatly reduced WS, and at a height of about 14 m above the ground it was close to zero. The highest diurnal [CO₂] maximum and variations occurred at 1 m above the ground, and the lowest above the forest. In good light conditions in the forest, the entire leaf canopy (overstorey and understorey canopy) is a large sink of CO₂. At night the forest stand is a source of CO₂, the largest internal source being the soil and forest floor.     

西双版纳热带季节雨林风时空变化特征初步分析

利用西双版纳热带季节雨林观测铁塔不同高度的风速及风向观测资料,分析了风的年、季节和日变化特征.结果表明,林冠上风速较强,林冠下风速较弱;林内风速的日变化和垂直变化均不明显.30～50 m范围内,风速垂直变化最显著,但年变化不大;50 m以上风速年变化显著,但垂直变化稍小.干热季(3～4月)风速最大,雨季(5～10月)次之,雾凉季(11～翌年2月)最小.昼间风速大于夜间.在昼间,上午风速最小,下午次之,中午最大.受地理位置和地形影响,风向具有明显的日变化特征,主导风向昼间为偏东南风,夜间为偏西风.昼间零平面位移(d) 值上午最大,中午次之下午最小,其年变化幅度呈现下午幅度大,上午和中午幅度小的趋势.粗糙度(Z₀)昼间值呈现下午>中午>上午的趋势,且下午Z₀值显著大于其他两个时段.     

The role of canopy gaps in the regeneration of coastal dune forest

In regenerating coastal dune forest, the canopy consists almost exclusively of a single species, Acacia karroo. When these trees die, they create large canopy gaps. If this promotes the persistence of pioneer species to the detriment of other forest species, then the end goal of a restored coastal dune forest may be unobtainable. We wished to ascertain whether tree species composition and richness differed significantly between canopy gaps and intact canopy, and across a gradient of gap sizes. In three known‐age regenerating coastal dune forest sites, we measured 146 gaps, the species responsible for gap creation, the species most likely to reach the canopy and the composition of adults, seedlings and saplings. We paired each gap with an adjacent plot of the same area that was entirely under intact canopy and sampled in the same way. Most species (15 of 23) had higher abundance in canopy gaps. The probability of self‐replacement was low for A. karroo even in the largest gaps. Despite this predominance of shade‐intolerant species, regenerating dune forest appears to be in the first phase of succession with ‘forest pioneers’ replacing the dominant canopy species. The nature of these species should lead to successful regeneration of dune forest.     

无瓣海桑和秋茄人工林的减风效应

以海南东寨港三江湾无瓣海桑和秋茄人工林为研究对象,观测红树林内距向海林缘50 m、地面以上2 m高处的风速、风向特征,研究红树林的减风效应.结果表明:无瓣海桑和秋茄人工林均对偏北方向由海向岸的风速有明显的减弱效应,林带内50 m处的平均风速减低85％以上,并且秋茄林的减风效应更显著.随着风速的增加,林分的减风效能呈先下降后平缓的趋势.当风速低于5m·s-1时,无瓣海桑人工林内50 m处的平均风速减低89.8％;当风速在lOm·s-1以上时,其风速减低率趋于稳定;当风速＞15 m·s-1时,平均风速减低58.9％ ～63.6％.与冷季相比,无瓣海桑人工林暖季的减风效应更显著.在台风等极端天气状况下,无瓣海桑人工林内50 m处的平均风速和极大风速分别减低59.4％和53.2％.     

科尔沁沙地人工杨树林生态服务效能评价

采用定位观测法,系统评价了杨树(Populus simonii)林的防风、抗蚀和滞尘等生态服务效能及其间接价值,同时定量探讨了风速减弱系数与实测林地叶面积指数的关系。结果表明,在研究区主害风(西北风)天气下,林地迎风区6H(H为平均树高)、3H、林地中央、林地背风区林缘、6和8H处2m高度的日平均风速与对照点(流动沙丘)相比均有不同程度减弱,风速减弱系数在18．3％～66．2％之间。林地背风区6H处0．25、0．5、1和2 m 4个高度的月平均风速减弱系数与林地叶面积指数呈显著非线性相关,其间存在良好的三次曲线关系(P<0．0001,R²=0．43～0．94,n=80)。在主害风天气下,林地各观测点的地表日风蚀量与对照点相比大幅度降低,平均降幅85．2％～99．9％。在观测期内,林地中央的日平均降尘量为13.2 kg·hm^-2,而林地迎风区6H处的日平均降尘量为9．9 kg·hm^-2,林地的日滞尘能力约为3．3kg·hm^-2。       

海南尖峰岭热带山地雨林近冠层CO2及通量特征研究

采用梯度法及CI-301PS CO2系统,实现了海南尖峰岭热带山地雨林近冠层CO 2、微气象因子梯度观测研究,结果表明雨季晴、晴间少云及多云天气,900～1800CO 2浓度平均值分别在349～350ml/m3(冠上2.8m)、346～348ml/m3(冠上0.8m)、345～349ml/m3(林内16m)、352～357ml/m3(林内5m),较旱季相应天气分别小14～17.5、10.1～23.7、1 6.4～35.7和18.1～36.1ml/m3;100～800,则雨季CO2浓度大于旱季;梯度浓度廓变量和实时动力计算反映出,800～1800CO2通量由大气向林冠层,旱、雨季平均CO2通量分别为(0.61×10-6kg/(m2·s)和0.71×10-6kg/(m 2·s),1900通量甚微,2000～700CO2通量则由林冠向大气,平均CO2通量分别为0.36×10-6kg/(m2·s)和0.32×10-6kg/(m2·s);雨季昼夜大气流向冠层的净CO2通量是相应旱季的1.56倍.总辐射、冠顶净辐射通量以1300～1 500为最大时域,相对林内21m,80%的辐射热能被冠层吸收,与CO2通量正相关;晴天冠上潜热、感热最高值分别在1300～1400和900,反映热带山地雨林近冠层的汇、源即白昼光合固定CO2大于夜间呼吸排放CO2效应,且雨季高于旱季.     

中性大气稳定度条件下林冠湍流特征模拟

基于欧拉二阶闭合模型,利用2003年长白山阔叶红松林微气象资料,计算并分析了长白山阔叶红松林林冠内/上的湍流特征.结果表明:模拟得到的平均风速廓线与实测值吻合;雷诺应力在林内衰减较大,而近地面处几乎没有动量传输贡献;湍流强度、速度方差和速度偏度在林冠与大气交界面处达到最大,同时剪切也达到最强;速度偏度越大,则湍流间歇性越强,并且向下的湍涡越难穿透林冠内部;林内深处的大部分湍流能量不是由局地产生,而来自于林上.     

东灵山油松林和辽东栎林下土壤资源和光资源的空间特征

油松林和辽东栎林是中国暖温带具有代表性的森林植被林型。为揭示油松林和辽东栎林下土壤资源和光资源的空间特征,在东灵山相应植被下各设置一条100 m样线,利用HH 2高精度土壤水分仪(美国生产)沿样线每隔1 m测定土壤水分含量,并分析相应点土壤有机质含量;利用H em iV iew林冠分析系统每隔10 m测定森林的叶面积指数、林冠覆盖度、林冠均匀性、光资源状况;采用半方差方法分析土壤水分和有机质的空间异质性。(1)油松林与辽东栎林的叶面积指数、林冠覆盖度、辐射因子和林下光资源没有显著差异,但油松林林冠均匀性显著小于辽东栎林。(2)辽东栎林的间接辐射因子与林下总辐射呈显著正相关(R2=0.466,p=0.030),而油松林的间接辐射因子与总辐射无显著相关(R2=0.203,p=0.191)。(3)光资源的数量及其组成在油松林和辽东栎林下的变化非常相似,但光资源的组成与林冠特征的关系在两种森林间存在差异。(4)油松林下土壤水分和土壤有机质含量低于辽东栎林,但异质性恰好相反;油松林下这两种因子不具有显著的空间自相关性,而辽东栎林下具有显著的空间自相关性。(5)自然条件下,10 m尺度的林下辐射强弱与土壤水分之间并不存在显著负相关。     

Microclimate gradients across a forest edge

Despite the importance of forest edges in ecology, only one study has previously been carried out in New Zealand on the modification of climate across forest edges. We measured light exposure, wind speed, air and soil temperature, and vapour pressure deficit (VPD) perpendicular to a north-south aligned, mature, edge of native broadleaf rainforest adjoining grazed pasture. At a point 80 m into the forest from the edge, light was only c. 0.7% and wind speed c. 20% of that in the open, and there was much less diurnal fluctuation in soil temperature, air temperature and VPD. The gradient of microclimate near the edge, as measured with a third (mobile) weather station, was abrupt for soil temperature and similar to the pattern of light exposure, with almost complete change over about 10 m. The gradient was less steep for wind speed, air temperature and VPD, with at least 40 m being required to stabilise these variables when wind was directed into the forest. These findings suggest that forest buffers of at. least 40 m may be needed to protect forest reserves and streams from climatic exposure.