江西大岗山杉木人工林降雨截留特征及修正Gash模型的模拟

为研究杉木人工林降雨截留特征,选择江西大岗山国家森林生态系统定位研究站杉木人工林固定观测试验样地,对其大气降雨量、穿透雨量和树干茎流量进行定位观测,采用修正的Gash模型对其降雨截留过程进行模拟。结果表明,研究期间观测到的林外降雨量、穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别为1289.5,955.2,57.1,277.2mm,模拟的穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别为946.4,53.6,289.5mm,占降雨总量的73.4%,4.2%和22.4%,相对误差分别为1.0%,6.1%和4.4%。模拟结果和实测值具有很好的一致性,说明修正的Gash模型在江西大岗山杉木人工林降雨截留模拟应用中具有很好地适用性。     

浑河上游典型水源涵养林降雨再分配过程

为明确浑河上游典型水源涵养林的降雨再分配过程,以浑河上游地区5种典型水源涵养林(红松人工林、落叶松人工林、红松混交林、落叶松混交林、阔叶混交林)为研究对象,应用自记式观测记录仪,分析不同林型林冠层对降水再分配过程(穿透雨、树干茎流、林冠截留)的影响。结果表明:各林型穿透雨量(率)、树干茎流量(率)、林冠截留量均随林外降雨量增加而增大;穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量均与林外降雨量呈显著的线性正相关;各林型穿透雨率、树干茎流率与林外降雨量呈显著的对数函数关系;红松混交林、落叶松混交林的树干茎流率(32.12%,15.44%)均高于阔叶混交林与红松、落叶松人工林,红松、落叶松人工林的林冠截留能力(80.66%,77.47%)高于阔叶混交林、针阔混交林。该结果为浑河上游地区水源涵养林的最优空间结构配置与经营管理提供科学依据。     

祁连山青海云杉林冠降雨再分配特征及影响因素

以祁连山排露沟小流域青海云杉林为研究对象,2015年5—9月观测了34场降雨的林外降雨量、穿透雨量和树干茎流量,并同步观测了相关的林外气象因子,分析了青海云杉林冠降雨再分配特征及影响因素。结果表明:(1)青海云杉林的总穿透雨量、树干茎流量和截留量分别为275.9,1.8,90.0mm,分别占总降雨量的75.04%,0.48%和24.48%,并在不同降雨量等级之间存在差异。(2)冠层降雨再分配各组成要素(穿透雨、树干茎流、林冠截留)与降雨量、降雨历时、10min最大雨强、空气相对湿度呈极显著的相关性。随着降雨量和降雨历时的增大,穿透雨量和树干茎流量均不断增大,而穿透雨率、树干茎流率和截留量(率)均逐渐趋于稳定。(3)青海云杉林内产生穿透雨和树干茎流的临界降雨量分别为0.8mm和9.6mm。因此,气象因素是影响冠层降雨再分配的重要因素之一。     

木兰围场华北落叶松林对降雨再分配的影响

为了探究落叶松林对降雨再分配的过程,通过对木兰围场国有林场管理局北沟林场内落叶松林进行穿透降雨、冠层截留和树干径流3个方面进行了监测,结果表明:(1)穿透雨量和林冠截留占林外降雨量的比例比较大,树干径流量的比例则非常小,分别为59.44%,39.20%,1.36%;(2)穿透雨量和林外降雨呈现线性关系(R2=0.988 6),林冠截留量与林外降雨量也具有明显的幂函数关系(R2=0.755 9),树干径流与林外降雨量具有明显的线性相关关系(R2=0.755 9),并且都达到了极显著水平(p0.01);(3)根据穿透雨与林外降雨的方程,当林外降雨量高于1.81mm时会产生穿透雨。依据林外降雨与树干径流的方程,当林外降雨高于5.18mm时会产生树干径流。林冠在降雨再分配过程中起到了很重要的作用,形成了二次降雨。     

大兴安岭地区天然樟子松林降雨截留再分配特征

为研究大兴安岭地区樟子松林冠截留分配特征,选择黑龙江漠河森林生态系统定位研究站天然樟子松林固定样地,对其大气降雨、穿透雨、树干径流进行定位观测。通过26场降雨的观测分析,结果表明:天然樟子松林在观测期内林冠截留总量为123.48mm,占同期降雨量的25.04%。与全国其他森林类型的平均林冠截留率(11.14%~36.15%)相比,天然樟子松林的林冠截留率处于中等偏上水平。观测期内穿透雨总量和树干径流总量分别为362.85mm和6.79mm,分别占大气降雨量的73.58%和1.38%。观测发现,当降雨量PG5.2mm时,樟子松才会产生树干径流,且树干径流量随树干径级的增加呈增大的趋势。运用修正的Gash模型模拟林冠截留,模拟值低于实测值5.12mm,相对误差为4.15%,说明修正的Gash模型适用于大兴安岭地区天然樟子松林。     

运用Gash修正模型对祁连山北麓中段青海云杉林降水截留的模拟

选择祁连山北麓中段排露沟流域青海云杉林为研究对象,基于2019年生长季(5—9月)降水截留观测数据、气象数据和林地调查资料,对其降水截留过程进行分析,运用Gash修正模型模拟青海云杉林降水截留过程。结果表明:研究期间林外大气降雨总量为418.7 mm,降雨主要为中、小雨。穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量分别为284.5,6.7,127.5 mm,占大气降雨总量的比例分别为67.94%,1.60%,30.46%。根据Gash修正模型模拟结果,穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量值分别为302.2,3.7,112.8 mm,占大气降雨总量的比例分别为72.18%,0.88%,26.94%,与实测值相比,三者的相对误差分别为6.22%,44.78%,11.53%。通过对Gash修正模型参数敏感性分析,参数在-50%～50%的变化过程中对林冠截留率的影响排序为EcRSS_tP_t。总体来说,Gash修正模型在祁连山青海云杉林降水截留的模拟运用中表现出很好的拟合效果,研究成果可为开展祁连山青海云杉林水分循环研究提供一定参考。     

亚热带米槠次生林和杉木人工林林冠截留特征比较

通过对福建三明地区米槠次生林和杉木人工林林内穿透雨和树干茎流进行对比分析,研究2种林分类型对降雨再分配规律的影响及其关键影响因素。在研究区2种林分内分别选取了3个20m×20m标准样地,同时设置了穿透雨和树干茎流收集装置,每场降雨后测定相应的水量。结果表明:研究期内年降雨量为1 706.6mm,米槠次生林和杉木人工林林内穿透雨量没有显著差异,总穿透雨量分别为1 204.0mm和1 289.9mm,分别占年降雨的70.6%和75.6%;米槠次生林树干茎流量显著高于杉木人工林(p0.05),两者的树干茎流率分别为4.8%和2.7%;米槠次生林和杉木人工林的林冠截留率分别为24.7%和21.8%。林内穿透雨量与林冠郁闭度和叶面积指数呈负相关关系,说明林分郁闭度越高则穿透雨量越少。米槠次生林和杉木人工林林冠截留的差异主要受林冠开阔度和树皮结构的影响,因此树种差异显著改变了森林生态系统降水再分配模式。     

大兴安岭几种典型林分林冠层降水分配研究

对大兴安岭7种典型林分林冠层降水分配进行了研究,结果表明,2007年5-9月,大气总降水量为236.62 mm,平均每次降雨量11.27 mm;随着降雨量的增加,穿透雨量、茎流量和林冠截留量都增加,林冠截留率降低;7种林分穿透雨量分别为151.48 mm,156.16 mm,141.40 mm,162.11 mm,182.35 mm,148.69 mm,156.29mm,分别占林外降雨总量的64.02%,66.0%,59.76%,68.51%,77.06%,62.84%,66.05%;7种林分单株树干茎流量分别为4.99 mm,2.45 mm,0.82 mm,1.28 mm,3.30 mm,2.94 mm,1.67 mm,分别占降雨总量的2.11%,1.04%,0.35%,0.54%,1.39%,1.24%,0.71%;以线性回归方程来拟合穿透雨(y)和林外降雨(x)之间的关系最好;树干茎流与林外降雨的关系用线性回归方程拟合较好,但是树干径流与林外降雨之间关系不如穿透雨与林外降雨之间关系紧密;林冠截留量与降雨量之间存在紧密的正相关关系.     

六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林的冠层降水再分配特征

于2006-2007年生长季(5-10月)定位监测了六盘山北段叠叠沟小流域华北落叶松人工林的穿透雨、树干茎流和林冠截留特征,并基于同期气象数据初步分析了有关因素的影响.结果表明:林下穿透雨率存在明显的空间异质性,这种差异随着降雨量增大而变小.在整个测定期间,华北落叶松林穿透雨占总降雨量的(74.94±2.4)%,树干茎流占(0.16±0.03)%,而林冠截留占(25.08±2.41)%.穿透雨、树干茎流和林冠截留的数量与降雨量呈正相关(p＜0.01),随着雨量或雨强的增加.穿透雨率升高,并且在高的雨量(＞0 mm)和雨强(＞5 mm/h)下逐渐趋于稳定.当降雨量到达6.44 mm时开始出现树干茎流.林冠截留率与降雨量、降雨历时和空气相对湿度呈显著负相关(p＜0.05).     

大兴安岭北部兴安落叶松林降雨截留再分配特征

以大兴安岭北部兴安落叶松(Larix gmelinii)林为研究对象,通过37场降雨的观测,对兴安落叶松林的降雨截留再分配进行系统研究。结果表明:(1)研究期内大兴安岭北部兴安落叶松林的穿透降雨量、树干茎流量和冠层截留量依次为303.20,0.555,92.23 mm,分别占大气降雨量的76.57%,0.14%,23.29%。(2)兴安落叶松林内穿透降雨量、林冠截留量与林外降雨量之间均呈幂函数关系(P0.01)。(3)当降雨量4mm时,兴安落叶松产生树干茎流,且树干茎流量与林外降雨量呈正相关关系(P0.01)。(4)与本地区其他森林冠层对降雨截留状况相比,兴安落叶松林冠截留率偏小;与全国其它地区不同森林相比,其林冠截留率处于全国主要森林平均林冠截留(14.7%~31.8%)的中等水平。     

基于修正的Gash模型模拟中亚热带常绿阔叶林降雨截留过程

于2016年和2017年的5—9月期间收集研究区磨盘山国家森林常绿阔叶林的26场降雨数据,并对其林冠截留和降雨分配过程进行分析,结合研究期间的气象数据和林地调查资料,运用修正的Gash模型对其降雨截留过程进行模拟。结果表明:研究期间大部分为低雨强、低历时、中雨级的降雨;大气降雨量、穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量分别为994.07,562.90,16.90,406.40mm。根据修正的Gash模型得出穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量相对应的模拟值为548.63,21.75,403.28mm,与实测值相比,三者的相对误差分别为2.60%,22.29%,3.34%。总体来说,修正的Gash模型适用于拟合中亚热带地区常绿阔叶林降雨截留过程。对模型中出现的相关参数(c、P_t、S、S_t、、)进行敏感性分析,得出6个参数对林冠截留量模拟结果的影响顺序为cSS_tP_t。     

晋西黄土区刺槐人工林林冠截留模拟

为探讨晋西黄土区刺槐人工林生态水文过程和影响机制,以2007和2008年7-10月的19场降雨和气象及林分结构资料,用修正的Gash林冠截留模型,对刺槐人工林林冠截留进行模拟.结果表明:刺槐人工林林冠持水能力和树干持水能力分别为0.55和0.1091 mm,使林冠达到饱和的降雨量为0.75 mm,使树干达到饱和所必需的降雨量为8.70 mm;修正的Gash模型可以较好地模拟晋西黄土区刺槐人工林的林冠累计截留量,林冠累计截留量相对误差最小值为0.76％,最大值为12.60％,平均林冠累计截留量相对误差为6.40％,林冠累计截留量模拟值小于实测值,截流率比实测值低2.64％.     

模拟降雨条件下作物植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max）、谷子（Setaria italica）和冬小麦（Triticum aestivum Linn.）不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,研究采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数作物冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了作物不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了3者与作物叶面积指数和降雨强度的关系。结果表明：在40和80 mm/h降雨强度下降雨30 min,玉米、大豆、谷子和冬小麦冠下穿透雨率分别平均为65.15%、85.52%、80.05%和72.18%;在40和80 mm/h降雨强度下降雨10～20 min,4种茎秆流率分别平均为34.59%、13.58%、19.42%和26.34%;在0.3 mm/min喷雾强度下,作物冠层截留量相对较小,冠层截留率分别为0.26%、0.90%、0.53%和1.48%。随作物生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是2者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著（p＞0.05）。随着作物生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,具有趋于向行中汇集的趋势。该研究揭示了黄土高原地区主要作物对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

华北土石山区油松林对降雨再分配的影响

森林对大气降雨的再分配有着重要的作用,2010年通过对河北省木兰国营林场油松林穿透降雨、冠层截留量和树干径流的观测,分析了华北土石山区油松林降雨再分配的特征。结果表明:油松林的穿透降雨量、冠层截留量和树干径流量分别占大气降雨量的67.07%,29.79%,3.10%。油松林冠层穿透降雨量和树干径流量与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.986,R2=0.893),林冠截留量与降雨量成幂函数关系(R2=0.765);根据回归方程,当林外降雨量大于0.264mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于4.89mm时,可发生树干径流;林冠在降雨再分配过程中起着主要的作用,在空间和时间上都进行了再分配。     

降雨特征对南亚热带马尾松人工林降水分配格局的影响

探究马尾松人工林降雨特征对降水分配格局的影响,为南亚热带人工林经营管理提供科技支撑。依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站降水分配观测场,采用野外定位研究方法,以30年马尾松人工林为研究对象,观测了2018年1—12月的林外降雨、林内透流、干流和冠层截留。结果表明:研究区年降雨总量1303.6 mm,马尾松林的透流、干流及截留量分别占同期降雨的60.9%,0.4%,38.7%。产生透流和干流的最小雨量分别为0.4,2.2 mm。4个降雨特征指标中(雨量、雨强、历时和2次降水间隔时间),降雨量在马尾松降水格局分布中影响最大,雨强和历时对透流量、透流率、干流量、冠层截留量及冠层截留率均有显著影响,而2次降水间隔时间仅对透流量、干流量和冠层截留量有显著影响。SPSS多元线性回归分析表明,3个冠层水文分量对降雨特征的响应并非同步,降雨特征对林内透流和截留的影响大于干流。     

黄土丘陵区2种典型林分降雨分配特征及其主要影响因素

森林对降雨的分配是森林生态水文和生物地球化学循环中的重要过程之一。通过对黄土丘陵区2种典型林分(刺槐林和辽东栎林)生长季降雨分配过程的实地监测,探究2种林分的降雨分配特征及其主要影响因素。结果表明:试验期间,刺槐林和辽东栎林降雨分配各组[JP]分均表现为穿透雨量(325.0,295.1 mm)＞冠层截留量(39.8,73.6 mm)＞树干径流量(25.8,21.9 mm),同时穿透雨率(83.2%和75.6%)＞冠层截留率(10.2%和18.8%)＞树干径流率(6.6%和5.6%)。次降雨量是影响降雨分配的关键因子,穿透雨量和树干径流量与次降雨量间呈现极显著线性关系,冠层截留量与次降雨量间呈现极显著对数函数关系;穿透雨率和树干径流率与次降雨量间呈现显著对数函数关系,冠层截留率与次降雨量间呈现极显著指数函数关系。刺槐林和辽东栎林产生穿透雨的次降雨阈值分别为1.0,1.3 mm,产生树干径流的次降雨阈值分别为5.9,5.4 mm。刺槐林产生的穿透雨量和[JP]树干径流量均大于辽东栎林,而冠层截留量小于辽东栎林。研究结果为黄土丘陵区森林生态水文过程的研究提供基础数据,对该地区植被恢复过程中植被类型的选择具有指导意义。     

青海云杉林冠截留特征研究

运用统计建模的方法，系统研究了青海云杉（Picea crassifolia）林冠截留与降水、林分郁闭度间的关系。构建包含林分郁闭度因子的改进模型，通过模拟认为，复合模型I=a（1－e^-PC）＋bPC模拟精度高，参数物理意义较明确，其中参数a（1.3627）代表了林冠吸附容量系数，b（0.1835）代表了区域的降雨蒸发系数，较好地解释了青海云杉林冠截留吸附、湿润与蒸发物理过程的机理。分析表明，青海云杉林冠截留率随降水的变化曲线可分为快变期（完满郁闭度截留率大于36.1％，降水小于5mm）、渐变期（完满郁闭度截留率36.1％～20.40％，降水5～25mm）和稳定期（完满郁闭度截留率小于20.4％，降水大于25mm）3个阶段，完满郁闭度林冠稳定截留率为20.4％，反映了青海云杉树冠几何形态特征与截留特征间的关系。观测期间青海云杉现实林分林冠截留率平均值为19.36％～23.96％，完满郁闭度林分截留率的平均值为25.67％。青海云杉树干次茎流率均低于0.1％，平均为0.0182％，树冠的几何形态结构（枝叶的分布与排列）不利于形成树干茎流。     

玉米植株冠层截留分异特征及其影响因素

基于研究区实际降雨频率,采用人工模拟降雨法对玉米全生育期冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量进行测定,分析叶面积和降雨强度对玉米植株冠层截留分异特征的影响。结果表明:不同生育期,玉米冠层截留率平均为8.42%,茎秆流率平均为35.38%,穿透雨率平均为56.19%;不同降雨强度,玉米冠层截留率平均为7.53%,茎秆流率平均为26.79%,穿透雨率平均为65.68%。冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量与雨强呈极显著线性正相关关系,冠层截留量和茎秆流量与叶面积之间呈极显著正相关直线关系,而穿透雨量与叶面积之间呈极显著线性负相关关系。