贡嘎山暗针叶林林冠对降雨能量再分配的影响研究

雨滴速度、雨滴动能等参量都与土壤侵蚀关系密切。充分考虑林冠结构特征与降雨特性,观测了贡嘎山不同演替阶段暗针叶林群落的林内降雨,采用经验公式和雨谱法计算出降雨雨滴的动能和势能。结果表明:雨滴终点速度与雨滴直径和雨滴动能的大小均成正比;在小雨强时,林冠可以增加降雨落地时的动能,有时甚至可以达到林外的2倍以上;林冠对降雨势能的消减量与降雨量和林冠截留量有显著相关关系,不同月份的降雨特征不同、林冠截留特征不同,致使林冠对降雨势能的削减能力也不同。     

黄土高原典型树种幼树冠层对降雨雨滴特性的影响

为探索林冠层对降雨雨滴特性的影响,利用人工模拟降雨和色斑法,测得了栽植于土槽中的黄土高原典型树种侧柏、油松、元宝枫的4年生幼树树冠下降雨雨谱,并与林外降雨特性进行对比分析。结果表明:①与直径几乎都集中于1～3 mm的林外雨滴相比,树冠下的雨滴直径分布几乎不受林外降雨强度的影响,细小雨滴个数占绝大多数,直径1 mm以下的雨滴 约占全体的40%左右;直径3 mm以上的雨滴约占全体的3%左右,所测到的最大雨滴直径为6.4 m m。②与裸地降雨相比,林冠下降雨的雨滴体积累计曲线明显分为两段,即林冠使得冠下降雨的大雨滴和小雨滴数量增多,而中等大小的雨滴数量变少。③3个树种林冠下降雨的体积累计分布曲线与雨强没有明显的函数关系,把其雨滴样不分雨强加以统计,得出不同树种各自的雨滴体积累计分布曲线。用Best模型拟合,得油松a=3.444,n=1.966,R2=0.982;侧柏a=4.038,n=2.164,R2=0.979;元宝枫a=3.881,n=1.885,R2=0.961。      

三峡库区马尾松林分对降雨截留效应的研究

长江三峡库区地处中亚热带湿润气候条件下，雨季时间较长，库区马尾松林分截留作用对降雨特性、径流损失和水分循环的影响十分突出。根据林内、林外雨滴观测和林冠截留场资料，本文提出了一次降雨在林冠层再分配的统计模型和林冠截留过程的预报模型，建立了估计林冠层下降雨功能的计算式。较以往的研究，这些模型更客观地模拟了林冠截留效应，并且结构简单，参数易于定量。     

三峡库区莲峡河小流域马尾松水文生态效应

2004年，在三峡库区莲峡河小流域马尾松林地进行了大气障水、林内透雨、树干茎漉的测定，进行了林下枯落物和土壤对降雨影响的研究．结果表明；观测期，马尾松林内透雨占大气障水总量的76．70％，林冠层截留量占降雨总量的23．03％，树干茎漉占降雨总量的0．27％l林下枯落物的最大持水量为3．40mm，林地0～40cm层土壤饱和蓄水量为183．60mm；林内透雨、树干茎流、林冠截流与大气障水量以及降雨强度具有显的二元线性相关关系。     

南方水土流失区马尾松林降雨截留再分配特征与修正的Gash模型模拟

以我国南方典型水土流失区福建省长汀县河田镇马尾松林为研究对象,观测2018年5-11月降雨情况,分析马尾松林降雨截留再分配特征,以修正的Gash模型模拟林冠截留、树干茎流、穿透雨。结果表明,观测期间研究区共发生90次降雨,累计林外降雨量1 191.0 mm、穿透雨1 017.7 mm、树干茎流15.4 mm、林冠截留156.9 mm,且以低强度、小雨级降雨事件为主。林外降雨量与穿透雨、树干茎流呈线性正相关,与林冠截留呈对数关系。以修正的Gash模型模拟林冠截留量、树干茎流量、穿透雨量的均方根误差（RMSE）分别为1.38、0.15、1.34 mm,估测精度（RM）分别为84.53%、78.46%、98.04%。在-50%~50%变化范围内分析修正的Gash模型参数敏感性,模型参数敏感性顺序为平均降雨强度（R）>郁闭度（c）>林冠饱和下平均蒸发速率（E）>树干持水能力（S_t）>树干茎流系数（P_t）>林冠持水能力（S）。     

九龙山侧柏林林内降雨时滞效应

在北京九龙山试验场地布设HOBO RG3-M自计式翻斗雨量筒,利用2012年7月21日至2013年10月1日期间侧柏林林内外实时降雨过程的定点观测数据,研究典型场降雨和特大暴雨极端天气下的侧柏林内降雨的时滞效应特征.结果表明,在具有完整降雨数据的56场降雨中,降雨初始阶段,林内降雨均晚于林外降雨,降雨量级为小雨时,林外降雨发生延迟约51.42 min后才产生林内降雨,而降雨量级为大雨以上时,林内降雨产生延迟仅约19.40 min,两者相差近3倍.随着降雨量级的增大,降雨开始阶段,林内降雨延迟时间逐渐缩短;降雨结束阶段,林内降雨延迟时间逐渐增加.通过对林内降雨延滞开始时间和延滞期雨强进行拟合,得出两者之间存在较好的对数函数递减关系;但对降雨延滞结束时间和场降雨量二者进行相关分析,并未发现二者存在明显的相关性.在典型场降雨中,不同降雨强度(暴雨、大雨、中雨、小雨)下,林冠层对侧柏林内降雨的雨强峰值出现时间起到了一定的延滞作用.特大暴雨极端天气下,降雨强度最强时林内雨强较林外雨强小,可见林冠层对强降雨雨滴的动能起到了一定的缓冲作用.由于林冠层对大气降雨存在延滞作用,能有效地延迟地表径流和土壤水文入渗的产生,对减少土壤侵蚀、防止水土流失、减少山洪、泥石流和滑坡等地质灾害具有一定的实际意义.     

长三角地区马尾松林降雨再分配特征

【目的】为深入研究马尾松林降雨再分配格局,加深对马尾松林水文效应机理的认识,为长三角地区水源涵养林树种的选择以及经营、管理提供理论依据。【方法】对长三角地区冬季、春季、秋季马尾松(Pinus massoniana)林大气降雨量、穿透雨量以及树干径流量进行了定位观测,利用水量平衡方程计算得出林冠截留量。通过相关性分析筛选出影响降雨再分配的主要因子为降雨量和降雨强度,分别分析了降雨量与穿透雨、树干径流、林冠截留之间的关系,降雨强度与3者之间的关系,以及叶面积指数与穿透雨、树干径流之间的关系,建立了降雨量、降雨强度与马尾松林穿透雨量、树干径流量、林冠截留量之间的回归模型。【结果】2012年10月至2013年6月长三角地区马尾松林外降雨累计792.6 mm,研究区以小雨量、低强度的降雨事件为主,马尾松林内累计穿透雨量584 mm,占降雨量比例的73.7%,马尾松林累计树干径流量7.426 mm,占降雨量的0.94%。林冠截留量201.17 mm,占降雨量的25.38%。【结论】马尾松林形成穿透雨的最小雨量为1.18 mm,形成树干径流的最小雨量为4.73 mm。本研究成果为长三角地区马尾松林对降雨再分配功能及影响提供基础数据支撑。     

桂西北喀斯特典型森林植被的小气候特征

森林小气候是森林生态效益研究的重要组成部分。采用常规气象观测方法,于2006—2010年在木论自然保护区典型森林内及其空旷地(林外)建立气象观测场,进行了主要气象要素的同步对比观测研究。结果表明:(1)森林内年平均太阳辐射能为107.8×104 W/m2,占林外的5.3%。(2)林内年平均气温及年较差依次为16.3℃和17.2℃,均比林外降低0.2℃。(3)林内0~20 cm土层年平均温度为16.7~17.1℃,分别比林外同一土层降低0.9~2.0℃;年较差为12.7~15.8℃,分别比林外同一土层降低3.2~4.4℃。(4)林内年平均降雨量及林冠截留量分别为1 275.7 mm和415.6 mm,分别占林外降雨量的75.4%和24.6%。(5)林内年平均蒸发量为293.3 mm,占林外的57.9%。(6)林内年平均相对湿度为84%,比林外降低2%。木论喀斯特森林削减了到达林内的太阳辐射能、降低林内温度,使林内温度变化缓和,同时减少了林内降雨量,使林内蒸发量减少等具有良好的小气候效应,但对林内的增湿效果不明显。     

苏南马尾松林分冠层水文过程对降雨的响应特征

目的探究不同雨量级、雨强下马尾松林冠截留、树干径流、穿透雨变化的特征与联系,为苏南丘陵区马尾松林的可持续经营管理提供科学依据。方法2012年9月到2013年8月,选取34年生马尾松林,使用RG3-M翻斗式自记雨量计、自制树干径流收集装置、集水槽收集降雨、树干径流、穿透雨数据,定位监测马尾松林外降雨、林冠截留量、树干径流、穿透雨,建立并验证Gash模型的适用性。结果（1）降雨主要集中在5—8月,林冠截留量、树干径流量、穿透雨量对降雨量有良好的响应,树干径流率和穿透雨率随着降雨强度和降雨等级的增加呈现上升趋势,截留率呈现下降趋势。（2）马尾松林冠截留率最大值出现在最小雨量（< 1.0 mm）和 < 1.0 mm/h雨强范围内,树干径流率最大值出现在中等雨量（≥ 50 mm）和1.5 ~ 2.0 mm/h雨强范围内,穿透雨量最大值出现在最大雨量级（≥ 50.0 mm）和1.5 ~ 2.0 mm/h雨强范围内,结果显示马尾松林林冠水文过程对降雨有较好的响应,降雨强度是影响马尾松林内水文过程的关键因子。（3）通过Gash模型定量分析降雨再分配规律,经过推导和计算相关参数,得到的模拟值与实测值有较好的一致性。结论马尾松林林冠部分和树干的持水能力分别为1.21、0.1 mm,形成树干径流的最小降雨量为4.86 mm。本研究可以为马尾松林的截留过程提供较明确和科学的参考。      

广西华山林场5种典型人工林水文功能评价

对广西华山林场马尾松林(Pinus massoniana)、湿地松林(Pinus elliottii)、尾叶桉林(Eucalyptus urophylla)、枫香林(Liquidambar formosana)和荷木林(Schima superba)5种典型人工林冠层降雨截留、凋落物持水、土壤蓄水功能进行评价。结果表明:林冠层截留率荷木林41.4%>马尾松林21.8%>湿地松林21.3%>枫香林21.2%>尾叶桉林19.4%;截留率随降雨量增大而减少。凋落物层最大持水量依次为尾叶桉林(8.22 t·hm-2)>枫香林(5.74 t·hm-2)>马尾松林(5.15 t·hm-2)>湿地松林(4.67 t·hm-2)>荷木林(3.39 t·hm-2);最大持水量与凋落物蓄积量呈显著正相关(P<0.01)。土壤最大蓄水量依次为马尾松林(2 943 t·hm-2)>荷木林(2 806 t·hm-2)>尾叶桉林(2 719 t·hm-2)>湿地松(2 631 t·hm-2)>枫香林(2 458 t·hm-2)。土壤稳渗速率大小顺序为马尾松林(1.88 mm·min-1)>枫香林(1.20 mm·min-1)>湿地松(0.99 mm·min-1)>尾叶桉林(0.73 mm·min-1)>荷木林(0.68 mm·min-1)。该研究为华南地区人工林水文功能量化研究提供科学依据。     

陇东黄土地区刺槐林水土保持效益的定量研究

本文定量及定性地分析了刺槐人工林影响降雨的物理过程以及暴雨条件下的水土流失规律。计算了空旷地及林冠下单位降水水体的雨滴动能;测定了林冠下降雨雨谱分布参数;确定了林冠截持雨量及干流量的数学模型以及刺槐林地降雨侵蚀力的复合指标-E_bI_(10)     

北京山区侧柏林林内降雨的时滞效应

林内降雨通常在开始和结束的时刻上都要迟于林外降雨,这种作用可称之为林内降雨的时滞效应,目前对该方面的研究尚处于探索阶段。研究地点设在北京妙峰山林场,利用侧柏林样地林内和林外的两台全自动激光雨滴谱仪在2010年雨季自动观测获取的数据,研究了典型场降雨的林内降雨时滞效应特征以及主要影响因素。研究结果表明,在观测的18场完整降雨中林内降雨在开始时间上均晚于林外降雨,平均延滞时间为21 min;而降雨结束的时间绝大部分也出现了明显的延滞现象,平均延滞时间为46 min。通过回归分析得出,林内降雨延滞开始时间随延滞期的雨强增大呈对数曲线递减,延滞结束时间随场降雨量增大而呈对数曲线递增。林冠层对林内降雨的延滞作用可有效的削减洪峰流量和延长汇流时间,对减少山洪、泥石流和滑坡等地质灾害产生具有积极的生态意义。     

华北土石山区土壤水分蒸发特性

为了研究华北土石山区阴坡油松林、阴坡裸地和阳坡侧柏栎类混交林土壤水分蒸发特性。降水量与水面蒸发由Campbell气象自动观测系统测得。利用PVC管自制的微型蒸渗仪(Microlysimeter),直接钉入林地土壤,取原状土,放在原位,测定不同条件下的土壤蒸发规律。试验地多年的蒸发变化趋于一致,4~6月蒸发量大且变化不大,7~10月蒸发量明显下降。5月的日平均蒸发量最大,7月出现低谷,9月出现第2个高峰,10月降低。降雨量的变化与蒸发量相反。土壤蒸发总体规律是阳坡侧柏栎类混交林>阴坡油松林,林外>林内,阳坡侧柏栎类混交林林外无枯落物>阳坡侧柏栎类混交林林外有枯落物>阴坡油松林林内无枯落物>阴坡油松林林内有枯落物。     

风矢量对坡面降雨动能分布的影响

风矢量的存在既改变了雨滴的下降速度，也改变了雨滴溅击地面的角度，对坡面雨滴溅蚀的影响很大。只有垂直于坡面的雨滴速度分量所决定的降雨动能才是坡面溅蚀的初始动力。故将静风条件下的雨滴最终速度和风矢量分解，得到垂直于坡面的雨滴合速度。根据雨滴速度的分布律，导出了雨滴动能的分布函数和分布密度，并通过积分求得不同风速条件下雨滴动能均值随坡向坡度的分布规律。     

小兴安岭原始红松林降雨截留观测及分段模拟

以小兴安岭原始红松林为研究对象,通过119场降雨的观测,对原始红松林的降雨截留再分配进行系统研究。结果表明:1)研究期内小兴安岭原始红松林的穿透降雨量、树干径流量和冠层截留量依次为636.04、14.62、177.84 mm,分别占林外降雨量的76.77%、1.76%、21.47%;2)原始红松林的穿透雨率、林冠截留率与降雨量之间均呈对数关系(P0.01),而穿透雨量、林冠截留量与降雨量之间均呈线性相关关系(P0.01);3)当降雨量0.5 mm时,原始红松林开始产生树干径流,且树干径流量和树干径流率均与降雨量呈正相关关系(P0.01);4)在原始红松林水文过程中,通过变异系数比较可知,树干径流的变异性最大,穿透雨变异性最小;5)分段模拟和分类回归树的结果显示,林冠截留与降雨量拟合曲线的分割点为2.3和9.8 mm,且与整体回归模型相比较,分雨量段的林冠截留预测模型精度高,更符合林冠截留的生态水文过程。      

小兴安岭低质林林冠对降水截留量的影响

研究了小兴安岭低质林林冠截留与林外总降雨量之间的关系。在观测时段内(2010年6月至8月)共产生降雨32次,总雨量为354.83 mm。其中小雨(10 mm以内)24次,中雨(10～25 mm)5次,大雨(25 mm以上)3次。小雨、中雨、大雨分别占总降雨量的75.00%、15.63%、9.37%。6月份共有5次降雨,总降雨量为22.82mm,林冠截留率为25%;7月份有16次降雨,总降雨量为205.21 mm,林冠截留率为21%;8月份有11次降雨,总降雨量为126.80 mm,林冠截留率为22%。采用3种函数模型拟合林外总降雨量与林冠截留量的关系:对数函数模型和幂函数模型R2值均较小,约为0.6左右,拟合效果不理想,而3次多项式函数模型拟合的非常好,R2达到0.975 5。当降雨量很小时,林冠截留量也很少。随着林外总降雨量的增加,低质林林冠截留量也随之增加。当降雨量超过45 mm时,林冠截留量增加趋势下降,最终达到饱和状态。