自然状态下栓皮栎人工林空气负离子浓度与相对湿度的关系

空气负离子是衡量一个地区空气清洁度的重要指标,对人体的心理和生理机能具有重要的促进作用。随着森林生态旅游的兴起,空气负离子的发生过程及影响机制已成为生物气象、森林生态和森林康养等相关领域的研究热点。本研究以华北低丘山地栓皮栎人工林为试验对象,在2018年和2019年6−9月森林植被叶面积相对不变期间,定位观测获取人工林冠层空气负离子及微气象参数,采用Python软件筛选出光合有效辐射约为零,温度、风速及颗粒物浓度相对不变条件下的观测数据,分析空气湿度（RH）对空气负离子浓度（NAI）的影响特征,建立基于空气相对湿度的预测模型,并对模型进行检验。结果表明,在不同空气相对湿度范围内,空气负离子浓度随空气湿度的升高呈现三种变化趋势,在空气相对湿度35%～55%范围内,空气负离子浓度相对稳定,二者呈稳定常数关系;在相对湿度55%～75%范围内,空气负离子浓度迅速上升,二者呈线性递增关系;在相对湿度75%～95%范围内,空气负离子浓度适度下降,二者呈线性递减关系。在此基础上,构建了空气负离子浓度与空气相对湿度的分段拟合方程,3个湿度区间分别为NAI=729;NAI=9.396RH+198.994,决定系数（R2）为0.807（P＜0.01）;以及NAI=−4.849RH+1232.992,决定系数（R2）为0.642（P＜0.01）。各拟合函数的预测值与实测值均不存在显著差异,均方根误差（RMSE）分别为6.175、7.091、8.213,而RH在55%～75%和75%～95%范围内决定系数（R2）分别为0.806、0.836,模型的模拟精度高且均方根误差较小。说明构建的分段拟合函数能够准确反映空气相对湿度对空气负离子浓度的影响,可为进一步深入研究空气负离子对气候变化的响应机制提供基础依据。     

基于随机森林方法分析环境因子对空气负离子的影响

空气负离子是衡量一个地区空气清洁度的重要指标,对人体的心理和生理机能的调节发挥着重要作用。随着森林生态旅游的兴起,空气负离子的发生过程及影响机制已成为研究热点。本研究基于华北低丘山地森林植被主要生长季的气象数据和栓皮栎人工林空气负离子浓度观测资料,利用机器学习中随机森林模型从非线性角度全面分析确定影响空气负离子浓度变化的重要环境因子,通过独立样本对构建的随机森林模型进行模拟和检验,确定模型的预测精度,同时筛选出对空气负离子影响程度最大的环境因子。结果表明：随机森林模型在分析环境因子对空气负离子影响方面具有较高的精度以及较好的拟合效果,通过对模型的拟合值与实测值进行验证,均方根误差（RMSE）为59.349,决定系数R2达到了0.887。同时利用独立样本数据对随机森林模型进行十折交叉验证,决定系数R2均达到了0.904以上,且均方误差（RMSE）较小,为24.851。此外,模型筛选出影响空气负离子的主要因素,按重要性排序依次为颗粒物PM2.5（48.037）、饱和水汽压差（46.169）、土壤湿度（43.984）、风速（43.779）、紫外辐射（41.130）、土壤温度（40.107）、总辐射（36.838）、大气压力（34.532）,其中对模型重要性贡献相对较高的3个变量分别为颗粒物PM2.5、饱和水汽压差和风速,它们对空气负离子的影响起决定性作用。因此,随机森林模型适合分析环境因子对空气负离子影响,且拟合效果精度高,稳定性强。     

贺兰山油松林冠层的辐射能量截获及传输利用特征

油松作为我国北方地区典型的森林植被类型,研究辐射能量在其冠层中的分配、收支及传输,是构建森林冠层辐射传输模型和生态过程模型的理论基础,对阐明森林植被群落中能量流动和物质循环机理具有重要意义。基于贺兰山生态站油松林通量塔定位观测获取的上、下行长短波辐射、光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)以及气象数据,分析2021年4—9月不同天气和季节条件下油松林冠层的辐射能量截获及传输特征。结果表明：(1)晴天条件下太阳总辐射的日变化表现为光滑的“单峰”曲线,但多云条件下则呈现不规则的“多峰”曲线,且减弱48.3%的太阳总辐射能量到达冠层顶部。(2)太阳总辐射以下行短波辐射为主,晴天的上行短波辐射日变化虽也呈“单峰”形态,但仅占下行短波辐射的8.1%,上行和下行长波辐射随昼夜交替略有波动。(3)太阳短波辐射的季节动态特征表明,上行和下行短波辐射在6月最高,而上行和下行长波辐射在7月最高。(4)在冠层上方(25 m处)呈规则“单峰”形态的PAR日动态曲线,经过冠层截获和传输作用后,在冠层下方(7 m处)变为不规则曲线;PAR的透过率为32.2...     

基于蒸散演变驱动的宁夏绿洲平原生态系统耗水变化

为揭示宁夏绿洲平原蒸散水文过程演变引起的区域耗水变化规律,在谷歌地球引擎平台下,利用2001—2020年的MOD16A2蒸散数据,基于Sen趋势度、重新标度极差分析、多元回归残差分析等时空分析手段,对宁夏绿洲平原蒸散时空演变特征开展研究,并分析其驱动因素。结果表明：(1)2001—2020年间,宁夏绿洲平原的年平均蒸散量为355.37 mm,且呈6.75 mm/a的增加趋势(p<0.01),其中,耕地的年蒸散为443.50～605.47 mm,明显高于区域平均蒸散;同时,多年平均蒸散远高于同期降水量,故维持绿洲生态系统平衡需要大量引黄灌溉水源。(2)宁夏绿洲平原蒸散在空间上有一定的异质性,并与地表覆盖类型差异有关,表现出耕地区高、草地和城市建成区低的规律。(3)宁夏绿洲平原有77.60%的区域其蒸散呈显著增加,但2020年后将有93.90%的区域蒸散变化趋势将发生逆转。(4)人类活动强烈地驱动宁夏绿洲平原蒸散的增强,其中,人类活动协同气候变化共同正向驱动的区域占53.96%。(5)蒸散的逐渐增强,导致宁夏绿洲平原流域内的水分亏缺显著,即供给生态系统光合生产以及回补土壤储水在减少。...     

太行低山区荆条耗水特征及其与参考作物蒸散量的关系

荆条是太行低山区常见的典型灌木，因其具有抗逆性强、耐贫瘠等特点，在水土保持、生态修复、山区绿化等方面广泛应用。研究荆条耗水变化规律不仅可以揭示其耗水机制，还能为植被恢复重建与管理提供理论依据。本研究采用大型称重式蒸渗仪搭配自动气象站的方法，对太行低山区乡土灌木荆条的耗水及气象因子进行观测，同时利用FAO-56 Penman-Monteith公式结合相关气象因子计算参考作物蒸散量（ET0），揭示不同时间尺度下荆条的耗水特征及其与ET0的关系。结果表明：（1）日内尺度上，荆条耗水表现为单峰曲线，与太阳辐射（Ra）、气温（Ta）及饱和水汽压亏缺（VPD）趋势一致，而与相对湿度（RH）相反，荆条耗水峰值出现时间略滞后于Ra。日尺度上，荆条耗水表现为“弱−强−弱”的趋势，即生长季前期与后期日耗水强度较小（分别为1.50mm和2.00mm）、中期较大（4.00mm），生长季内最大和最小日耗水分别出现在8月29日和10月9日，大小分别为6.38mm和0.20mm。月尺度上，荆条耗水表现为8月>7月>9月>10月>6月>5月，主要生长季节荆条共消耗水分513.5mm，同期降水526.6mm，整体上降水可满足荆条耗水需求，但5−6月降水较少，荆条易遭受季节性干旱。（2）荆条具有较强的环境适应性与生态可塑性。在雨季，荆条生长旺盛，水分传输率高，耗水量大；在干旱季节，荆条启动自适应机制，减少水分消耗。（3）荆条日耗水与日ET0之间关系表现为：干旱季节（5−6月）二者相关性较差，降水充沛的季节（7−10月）二者表现为很好的对数关系（R2=0.7431）。利用建立的拟合方程对荆条耗水进行估算，并与实测值进行对比，发现估算值与实测值具有较好的一致性，误差小，说明在降水充沛的季节可利用拟合方程对荆条耗水进行估算。