林冠对降雨截留能力的研究

林冠截留能力是指在理想条件下林冠枝叶对任意降雨量的最大吸附量,随降雨量的增加而增加。当降雨量足够大时,林冠截留能力就等于林冠截留容量。所以,林冠截留容量是林冠截留能力的最大值。借鉴水文学中蓄满产流理论,构建林冠截留降雨能力模型。此外,结合一个具体林分的实测资料,介绍了林冠截留能力的近似确定方法,并与模型的模拟结果进行了比较。结果表明,两者非常吻合,表明文章建立的林冠截留能力模型是有效的,可以用于评判和比较不同林分对降雨截留作用的大小。     

激光雷达回波模型辅助的坡地森林冠层高度反演

大光斑激光雷达数据已广泛应用于森林冠层高度提取,但通常仅限于地形坡度小于20°的平缓地区。在地形坡度大于20°的陡峭山区,地形引起的波形展宽使得地面回波和植被回波信息混合在一起,给森林冠层高度提取带来巨大挑战。本文利用激光雷达回波模型和地形信息,提出了一种模型辅助的坡地森林冠层高度反演算法。该方法以激光雷达回波信号截止点为参考,定义了波形高度指数H50和H75,使用激光雷达回波模型与已知地形信息模拟裸地的激光雷达回波,将裸地回波信号截止点与森林激光雷达回波信号截止点对齐,利用裸地回波计算常用的波形相对高度指数RH50和RH75,对森林冠层高度进行反演。并与高斯波形分解法和波形参数法的反演结果进行了比较。研究结果表明:(1)利用所提取的波形指数RH50和RH75对胸高断面积加权平均高(Lorey’s height)进行了估算,在坡度小于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的估算结果与实测值线性拟合的相关系数(R2)分别为0.70,0.78和0.98,对应的均方根误差(RMSE)分别为2.90 m,2.48 m和0.60 m,模型辅助法略优于其他两种方法;(2)在坡度大于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的R2分别为0.14,0.28和0.97,相应的RMSE分别为4.93 m,4.53 m和0.81 m,模型辅助法明显优于其他两种方法;(3)在0°—40°时,模型辅助法对Lorey’s height估算结果与实测值的R2为0.97,RMSE为0.80 m。本研究提出的模型辅助法具有更好的地形适应性,在0°—40°的坡度范围内具备对坡地森林冠层高度反演的潜力。     

Observations and modeling of incoming longwave radiation to snow beneath forest canopies in the west Tianshan Mountains,China

Forest canopy reduces shortwave radiation and increases the incoming longwave radiation to snowpacks beneath forest canopies. Furthermore, the effect of forest canopy may be changed by complex topography. In this paper, we measured and simulated the incoming longwave radiation to snow beneath forest at different canopy openness in the west Tianshan Mountains, China(43°16'N, 84°24'E) during spring 2013. A sensitivity study was conducted to explore the way that terrain influenced the incoming longwave radiation to snow beneath forest canopies. In the simulation model, measurement datasets, including air temperature, incoming shortwave radiation above canopy, and longwave radiation enhanced by adjacent terrain, were applied to calculate the incoming longwave radiation to snow beneath forest canopy. The simulation results were consistent with the measurements on hourly scale and daily scale. The effect of longwave radiation enhanced by terrain was important than that of shortwave radiation above forest canopy with different openness except the 20% canopy openness. The longwave radiation enhanced due to adjacent terrain increases with the slope increase and temperature rise. When air temperature(or slope) is relatively low, thelongwave radiation enhanced by adjacent terrain is not sensitive to slope(or air temperature), but the sensitivity increases with the decrease of snow cover area on sunny slope. The effect of longwave radiation is especially sensitive when the snow cover on sunny slope melts completely. The effect of incoming shortwave radiation reflected by adjacent terrain on incoming longwave radiation to snow beneath forest canopies is more slight than that of the enhanced longwave radiation.     

哀牢山山顶苔藓矮林林冠腐殖土的养分含量和微生物生物量特征

山顶苔藓矮林是中国西南地区热带、亚热带高山顶部一类重要而特殊的湿性常绿阔叶林,附生植物非常发达,其中以分解、半分解枯死残留物为主的林冠腐殖土是山地森林生态系统一个重要的养分库。以云南哀牢山山顶苔藓矮林为对象,对其林冠腐殖土及林下0～10 cm,10～20 cm和20～40 cm地表不同深度土壤的营养元素含量、微生物生物量及呼吸速率等进行了分析和测定。结果表明,该山顶苔藓矮林中林冠腐殖土中有机C、全N、全Ca、全P和全Na的含量,水解N、NH4+-N与NO3—N以及速效K、速效P的含量明显地高于林下地表各层土壤;在土壤微生物生物量C、N和呼吸速率方面,雨季大于旱季,林冠腐殖土明显高于林下地表冠层土壤,而且随着林地土层深度的增加,其养分含量和生化活性出现出显著下降的趋势。林冠腐殖土较高的养分含量和生化活性在林冠繁茂的附生植物生长发育和维持林冠附生植物多样性格局方面具有重要的生态功能。     

不同郁闭度天山云杉林林冠截留量及穿透雨量特征研究

天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica(Rupr.)Chen et Fu)是构成天山山地森林生态系统的主体。选取天山森林生态系统定位研究站不同郁闭度天山云杉林作为研究对象,研究了不同郁闭度条件下天山云杉林冠截留量及穿透雨量的月变化特征、林冠截留量及穿透雨量与总降雨量间的数量关系,通过研究得出结论:林冠截留率与郁闭度表现出显著正相关关系,而穿透雨比率与郁闭度表现出显著负相关关系;穿透雨量、穿透雨比率及林冠截留量的月变化与总降雨量基本一致,林冠截留率则相反;郁闭度为0.8和0.6、0.4和0.2之间的穿透雨量无显著性差异,0.8和0.6与0.4和0.2之间差异明显,林冠截留量相邻郁闭度间均无显著性差异,而不相邻郁闭度之间均差异显著;建立了穿透雨量及林冠截留量与总降雨量间的数学关系,用以定量评价该地区天山云杉林水文生态效益。     

热带北缘裸地与桉树林地降水-地表侵蚀特性的对比研究

本文研究了水滴动能与地表侵蚀的相互关系问题，通过对相邻的两个地类：没有任何植被的光裸地和地表同样光裸但有人工桉树林的２个试验小集水区的对比研究，说明了单位雨量下的侵蚀强度与水滴动能存在最为紧密的关系。裸地地表的侵蚀强度决定于大气降水动能，而桉树林地的侵蚀强度却主要与林冠的穿透水水滴动能成正相关。总的说来，桉树林林冠的存在加大了林地所接受的降水动能，特别是在中小降雨强度的情况下更是如此，这就说明了营造人工林时，必须考虑到林冠结构与林地地表冲蚀的问题     

森林冠层边界层湍流传输的观测和数值模拟

文中分析和模拟了森林冠层上下动量、热量和水汽传输的特征。结果表明：冠层对动量的吸收十分明显,非局地扩散通量在冠层上下的动量传输中起着很大的作用;白天在冠层下层结稳定,但冠层下观测的感热通量向上传输;夜晚冠层下层结不稳定,但冠层下观测的感热通量向下传输,白天和晚上都出现了热量的反梯度传输现象,从而证明在热量输送中,非局地扩散通量不可忽视。同时对冠层上下的水汽交换特征的分析表明：非局地扩散通量是冠层内水汽向冠层上传输的主要机制。     

云南松林的林冠对土壤侵蚀的影响

研究发现滇西北高山峡谷区云南松也具有通过林冠截流减少有效雨量和降低雨滴对地表的滴溅能量,减少降雨对土壤的侵蚀程度,产生较大的直径的叶工引起的林冠滴溅效应,云南松林冠在整个雨季截留率平均达３６．２９％,使林下有效降雨仅为降雨量的６３．７１％,松林在整个雨季的林下溅蚀累积总量为４．９４ｋｇ／ｍ＾２,裸地为６．１２ｋｇ／ｍ＾２,表明松林减少１９．２８％,的溅蚀全量,但林地在雨季中后期的各阶段溅蚀全量却高     

阿尔卑斯山杉林冠层影响辐射传输的个例分析

利用瑞士Alptal观测站杉树林冠层上方、下方的辐射观测资料,分析了冠层对短波辐射的减弱及对长波辐射的增幅作用及其季节变化。结果表明,对比较密集的常绿针叶林,冠层对入射短波辐射的透过率随着太阳高度的降低而减小,春季以后趋于稳定;冠层对长波辐射的增幅作用随天气状况而变化,这种增幅作用在晴空条件下最显著,可达1.5倍。在冬季,因为太阳辐射较弱,冠层对长波辐射的增幅作用超过对短波辐射的减弱从而增加地面净辐射。在其它季节,太阳辐射比较强,冠层对短波辐射的减弱超过对长波辐射的增幅作用而减少地面净辐射。地面净辐射与冠层上方气温的变化趋势虽然在有些时段一致,但在伴随降雪过程的降温时段,地面净辐射与气温的变化趋势近乎反相,在积雪融化时段,地面净辐射的增加比气温升高更显著,尤其是在白天。     

降雨特征及小气候对秦岭油松林降雨再分配的影响

为了研究降雨特征及小气候对秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配的影响,连续3年观测降雨事件发生时油松林林外降雨、穿透降雨、树干茎流以及降雨特征和小气候因子,进行各因子间的相关性和多元回归分析。结果表明:降雨量级是影响林冠降雨再分配的最主要因素,穿透降雨量与降雨量、降雨量和降雨历时交互项、相对湿度呈正相关,与降雨历时和温度呈负相关。树干茎流量与降雨量、降雨量和温度交互项呈正相关,与温度呈负相关。林冠截留量与降雨量、降雨历时和温度呈正相关,与降雨量和降雨历时、温度的交互项呈负相关。雨前干燥期、风向、风速、蒸发速率、光合有效辐射和净辐射与穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量均无相关性。