密云山区林冠层对天然降雨能量影响的初步研究

通过定点长期激光雨滴谱(LNM)观测,对北京密云山区油松林内外降雨动力学特征进行了对比研究。结果表明,林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.55 mm/h)气候条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用。     

密云山区油松人工林内外降雨特性初步研究

采用先进的LNM激光雨滴谱探测仪,连续不问断观测北京密云水库周边山区2006年8月-2007年1月的降水过程;结合以往研究雨滴所采用的方法和成果,从降雨产生能量的机理入手,观测分析了北京密云水库周边人工林林内外降雨雨滴特性和降雨动能的变化.林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.35 mm/h)气象条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用.     

滇中高原常绿阔叶林对天然降雨雨滴动能的影响

为探究滇中高原优势群落常绿阔叶林植被对降雨雨滴动能的影响,于2016年和2017年5—9月,在天然降雨条件下运用自计雨量计和滤纸色斑法,通过定位监测磨盘山常绿阔叶林林外降雨和林内穿透雨特征及其雨滴特性,针对不同降雨条件研究了常绿阔叶林对雨滴动能等特征的影响。结果表明:林外的雨滴个数比林内降雨的雨滴个数多61.7%;随着雨量的增大,雨滴直径分布规律也呈逐渐增大的趋势;在小雨条件下,0.5mm林外降雨雨滴直径数量占总雨滴数的40.85%,而同径级雨滴林内仅占总数的12.22%,且以0.5~3.5mm的雨滴数量所占比例较大;当林外降雨雨滴直径超过4.5mm,雨滴终点速度稳定在9.34m/s;林内降雨雨滴直径超过4.1mm,雨滴终点速度稳定在7.05m/s;同一雨滴径级下,暴雨条件下的雨滴动能比小雨时的动能大98.29%,且随降雨量的增大而增大,林内累积雨滴动能的峰值达到林外降雨的20.68%。随着雨滴直径的增大,穿透雨势能、降雨总势能及林冠截留势能均呈逐渐增大的趋势,缓冲势能比穿透雨势能大46.59%,占总势能的65.18%。林冠层对小雨具有截持和增大林内降雨雨滴直径的作用,且造成林内降雨的滞后性,林冠对天然降雨的降雨速度、势能及动能起到明显的缓冲作用。     

沿坝地区天然次生林对降雨再分配的影响

为了探究天然次生林对降雨再分配的过程,通过对沿坝地区的北沟林场内天然次生林进行穿透降雨、冠层截留和树干径流3个方面进行监测,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59.46%,37.33%,3.21%。（2）穿透雨量和林外降雨呈现线性关系（R²=0.980 4）,林冠截留量与林外降雨量也具有明显的幂函数关系（R²=0.823 4）,树干径流与林外降雨量具有明显的线性相关关系（R²=0.909 8）,并且都达到了极显著水平（p < 0.01）。（3）根据穿透雨与林外降雨的方程y=0.8034x-1.7939,当林外降雨量高于2.23 mm时会产生穿透雨;依据林外降雨与树干径流的方程y=0.0552x-0.1981,当林外降雨高于3.58 mm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。     

黄土地区主要树种的林冠降雨特征分析

在人工降雨条件下,采用色斑法对黄土地区4个主要树种幼树进行林冠降雨观测。结合AutoCAD、Excel数据处理软件,在0．1mm径级下分析不同树种的林冠降雨特性,并对比研究林外降雨和不同树种的林下降雨动能。结果表明：1）不同树种林冠降雨雨谱基本不受空旷地降雨强度影响;2）用正态分布函数和类卡方分布函数对林冠降雨雨谱描述和分析容易失真,应寻求更好的数学形式对林冠降雨雨谱进行表达;3）林冠降雨雨滴直径—体积分布密度图是双峰曲线,表明Best函数同样未能对林冠降雨大雨滴作出准确描述,而利用多项式函数直接表达累积体积效果更好;4）不同树种单位水体（1L）的林冠降雨动能大小为侧柏（28．18J）〉油松（26．74J）〉元宝枫（25．75J）〉刺槐（20．07J）,此结论也为在充分降雨条件下判断植被冠层是否增加了降雨动能提供了可比条件。     

不同降雨条件下沂蒙山区耕层土壤团聚体特征

降雨强度和时长对土壤团聚体的影响至关重要,不同降雨特征下沂蒙山区耕层土壤团聚体时空变异特征仍不清晰。基于模拟降雨试验,研究了不同降雨强度(16 mm/h,43 mm/h,71 mm/h)和降雨时长(10 min,30 min,60 min)下沂蒙山区褐土耕层土壤团聚体特征。结果表明:降雨强度16 mm/h,10 min降雨时长下仅对0—5 cm土层土壤团聚体产生影响,>5 mm粒级团聚体含量迅速降低。其他雨强和时长下,0—5,5—10,10—20 cm土层团聚体含量均发生变化。在43,71 mm/h的降雨强度下,随着降雨时长的增加,0—5 cm土层微团聚体含量均表现出先增加后降低的趋势。与供试土壤相比,雨强为71 mm/h,降雨时长60 min时,0—5 cm土层>5 mm粒级团聚体含量减少了93%,而<0.25 mm粒级团聚体含量增加了42%。土壤团聚体的平均重量直径(MWD)随降雨强度及时长的增加而减小,在降雨强度71 mm/h,降雨时长60 min时各土层MWD趋于一致。说明,随降雨强度及时长的增加,雨滴打击和雨水湿润作用对土壤大团聚体的拆分作用增强,大团聚体含量逐渐减少,微团聚体含量逐渐增加,土壤稳定性先降低后趋于稳定。     

摇臂上喷式降雨模拟器降雨特性分析

降雨模拟器是进行室内或野外土壤侵蚀规律研究、降雨产流及入渗过程研究等的有效手段,目前野外降雨模拟器存在喷头安装高度大、有效降雨区域较小、与天然降雨有一定差别等问题,本文针对以上问题研制出一种可广泛使用的摇臂上喷式降雨模拟器.通过率定降雨面积、降雨强度与均匀系数、雨滴中数直径、终点速度与雨滴动能六大降雨特性,探讨该降雨装置的适用性.结果表明:该装置的降雨面积可达到100 m2,降雨均匀系数为41％;当降雨面积为50 m2,供水压力为0.32 kg/cm2时,平均最大降雨强度为116.25 mm/h,最小降雨强度为61.01 mm/h,降雨均匀系数最大值为82％,最小值为46％,平均雨滴中数直径D50为1.67 mm,平均雨滴终点速度为3.656 m/s,平均雨滴动能为299.4 J/(m2·cm).该装置具有能耗小、重量轻、操作简单、便于移动等优点,符合天然降雨规律,可满足一般田间和野外试验的要求.     

子午岭林区林冠对降雨截留作用的研究

利用林内外降雨观测资料,分析了子午岭林区4月—10月林内降雨量、林冠截留量、林冠截留率与林外降雨指标的关系。其结论为林内降雨量与林外降雨量呈直线正比关系;林冠截留量与不同雨量级呈幂函数关系;影响林冠降雨截留率的最好降雨指标为 PI₃₀。     

小流域径流调控模型降雨特性模拟研究

基于小流域模型降雨试验研究中存在的不足,在模型模拟试验的基础上,将计算机矢量化软件和色斑法相结合,分析了模型人工降雨雨强率定、雨滴取样、雨滴大小组成分布、降雨能量等降雨特性参数,得出不同喷头组合、不同水头压力条件下模型雨强在0.114~1.33 mm/min之间各场降雨雨滴中数直径为1.122 7~2.139 4 mm,模型降雨总动能为188.74~3 980.03 J/mm。     

QYJY-503C人工模拟降雨装置降雨特性试验

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴-色斑直径的关系为d=0.383 9D0.709;2)QYJY-503C人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50=0.559 5I0.280 5的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20%~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I-0.021的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。     

大豆冠层对降雨再分配的影响

[目的]研究农作物冠层的降雨再分配特征,为区域水土流失治理和生态环境建设提供科学依据。[方法]以大豆作为研究对象,采取人工模拟降雨法以及喷雾法观测大豆不同生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期)以及降雨强度(40,80 mm/h)下的茎秆流量、穿透雨量以及冠层截留量,探究大豆全生育期的冠层截留分异特征及叶面积指数和降雨强度对大豆降雨再分配的影响。[结果]大豆生育期内,茎秆流率平均值为15.02%,穿透雨率平均值为83.94%,冠层截留率平均值仅为1.04%。表明冠层截留所占降雨再分配的比例很小,其对降雨空间分异的影响所占比例较小。随着叶面积指数的增加,大豆的茎秆流量及茎秆流率,冠层截留量及冠层截留率均显著增加,然而穿透雨强度及穿透雨率显著减小。当降雨强度由40 mm/h增大到80 mm/h时,大豆的茎秆流量显著增加,但茎秆流率随雨强的变化并无显著差异;穿透雨量随着雨强的增大而增大,且随着雨强的变化存在显著性差异,但穿透雨率随降雨强度的变化并无显著差异。[结论]大豆冠层对降雨的再分配主要体现在茎秆流以及穿透雨,冠层截留所占比例很小,且叶面积指数与降雨强度均对降雨再分配有着重要的影响作用。     

卧龙地区针叶林及亚高山灌丛对降雨的雨滴谱及能量的影响

在运用色斑法研究岷江冷杉及川滇高山栎灌丛林下的雨滴滴谱及降雨动能的基础上,探讨了上述两个生态系统林冠雨谱特征及降雨动能削减特征,比较了3种雨滴终速计算方法的适用性。结果表明:两种生态系统树冠层对降雨动能的改变作用有一定差异,灌丛林下的降雨动能一般小于林外降雨动能,而且雨强增大时灌从对动能的削减作用更加明显一些;但针叶林下的降雨动能却显著高于林外降雨动能,雨强增大时林下的降雨动能比有下降的趋势。在计算雨滴终速时,比较好的计算方法为Beard经验公式法,沙玉清公式(及修正的牛顿公式)法。     

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。     

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。     

冬小麦冠层降雨截留过程及其模拟研究

冬小麦冠层截留直接影响冬小麦对降雨的有效利用,通过模拟降雨试验和统计分析,系统研究了降雨量、降雨强度对冬小麦冠层截留特征的影响,建立了适于降雨冬小麦冠层截留的模型。结果表明:棵间雨量与降雨量呈显著的正相关关系(P<0.01);冠层截留量与降雨量呈显著的幂函数关系(P<0.01)。降雨强度与棵间雨量百分比呈负指数函数关系(P<0.01),与冠层截留量百分比呈负幂函数关系(P<0.01)。不同降雨强度下冬小麦冠层截留过程趋势一致,降雨强度越小,其达到冠层截留容量时所需时间越长。降雨强度对冠层截留容量没有明显影响。在雨量恒定条件下,冠层截留量随雨强的增加而减小,呈明显的负相关关系。叶面积指数(leaf area index,LAI)与冬小麦冠层截留容量呈正相关关系(P<0.01)。构建了具有较好截留机制的冬小麦冠层降雨截留过程模型,并基于模拟降雨和天然降雨的数据拟合了模型参数,表征冬小麦降雨蒸发能力的参数α为0.008。模拟值和实测值有较好的一致性,显示了修正模型适用于冬小麦冠层截留计算。     

叶面积和降雨强度对玉米茎秆流量的影响

茎秆流是降雨或喷灌水经过玉米冠层后到达地面的重要途径之一。为了系统地测定不同生长时期的玉米在不同雨强下的茎秆流量并建立简洁、实用的模型,采用室内模拟降雨的方法,对单株叶面积范围从约150～7450 cm2/株的紧凑型玉米植株在实际范围为0.22～4.33 mm/min的雨强下的茎秆流量进行了测定。试验结果表明,不同大小植株在不同的雨强下,单株茎秆流量从1 mL/(min.株)增加到362 mL/(min.株),单株茎秆流量随玉米单株叶面积和降雨强度的增加均呈幂函数增加关系。不同生长时期的玉米群体产生的茎秆流量占总降雨量的比例从约5%增加到约70%,并且随冠层叶面积指数的增加呈幂函数增加关系。本研究提出的玉米茎秆流模型可为紧凑型玉米密植条件下的土壤侵蚀防治和水肥管理提供理论指导。     

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。     

冀北山地阔叶林对降雨再分配的影响

[目的]探讨冀北山地阔叶林林冠层的穿透降雨、冠层截留和树干径流对降雨再分配的影响,为该地区的森林建设、森林结构调整提供依据。[方法]利用SPSS专业统计分析软件对林地降雨的数据进行相关性分析和回归分析。[结果]林分的穿透雨占的比例是最大(占到总比例的70.22%),林冠截留其次(为28.20%),而树干径流占得比例最小(为1.58%);穿透雨量与林外降雨量有比较好的线性关系(R^2=0.997 9),林分在降雨比较小的时候是不会有穿透雨的,当林外降雨量达到0.78mm时开始出现穿透雨。林冠截留在降雨的再分配过程中占有很重要的作用,林冠截留量与林外降雨量有明显的幂函数关系,达到了极显著水平(p<0.01)。树干径流量与林外降雨量呈现正相关的关系(R^2=0.9703),阔叶树林在降雨达到4.88mm时才会出现树干径流,但是树干径流具有一定的时滞性,而时滞性的大小和林木本身及雨量的强弱都有很大的关系,当叶面积指数较小,并且枝干夹角成45%,林木表面光滑则形成比较容易。[结论]林冠层对降雨的再分配过程有重要影响,冀北山地阔叶林林冠层的水文效应与森林健康发展具有一定的关系。