长白山阔叶红松林太阳辐射分光谱特征

根据对林冠上方和林下太阳辐射的观测及气象站资料,分析了长白山阔叶红松林太阳辐射分光谱特征.结果表明,长白山阔叶红松林区太阳总辐射、直接辐射、散射辐射的光合有效辐射系数有一定的日变化和年变化,年平均值分别为046、043、056.阔叶红松林中不同树种的单叶对于太阳总辐射的反射率、透射率、吸收率的平均值分别为270%、234%、496%.单叶的分光谱反射、透射和吸收的特点是,单叶对紫外辐射几乎全部吸收;对光合有效辐射的吸收也很大(718%),透射很小(96%),有一定的反射(186%);对近红外辐射、反射率和透射率接近吸收率小些(269%).林冠分光谱辐射特点是,可见光和紫外辐射主要被林冠吸收(939%、941%),有少量反射和透过;林冠对近红外辐射的吸收较大(592%),有一定的反射(263%),透过较少(144%).

生物环境温热条件的数学表达

依据数学分析、随机过程等基础数学知识研讨生物环境温热条件的连续型以及离散型的数学表达,阐述不同生态环境下温热条件的生物学意义,提出在霜期生态研究中低温限制指标的积温描述方法及其在林、果、温室等方面应用途径的建议.

基于MODIS数据的草地生物量估算模型比较

准确估算草地生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义。目前,在常用的遥感估算模型中,采用的植被指数和模型函数形式多样。本文根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和修正的土壤调节植被指数(MSAVI)建立了内蒙古科尔沁左翼后旗草地地上生物量和地上地下总生物量估测的3种(线性、乘幂和指数)模型,并进行了比较。结果表明:3种模型能够对草地生物量进行较好的模拟,其中指数模型效果最佳;3个植被指数(NDVI,EVI和MSAVI)与草地生物量均有较高的相关性,可用于该草地产量估测,其中MSAVI对地上生物量拟合效果最好(R2=0.900);NDVI和EVI的线性模型对总生物量的模拟明显好于对地上生物量的模拟。

长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质

对长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质进行了观测和对比分析.结果表明:两种森林类型的土壤容重和各种孔隙度随土壤深度的变化趋势相同,即随着土壤深度的增加,容重和毛管孔隙度逐渐增加,总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐降低;两种森林类型土壤物理性质的差异比较明显,阔叶红松林0～100cm土层的平均土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别为1.41g.cm-3、52.31%、46.11%和6.20%,暗针叶林地土壤分别为0.98g.cm-3、50.65%、40.32%和10.33%;阔叶红松林和暗针叶林地土壤100cm土层贮水能力相差较大,分别为619.89和1033.05t.hm-2.两种森林类型的土壤水分特征曲线与一般土壤水分特征曲线相一致.

东北阔叶红松林能量平衡特征

采用涡度相关法,结合小气候观测,对东北阔叶红松林的能量平衡特征进行了研究。结果表明,森林全年获得的辐射能量为2.3×109J/m2,平均净辐射(Rn)强度为72.1 W/m2,12月最小,平均为5.8W/m2,6月最大,平均为127 W/m2。除了受太阳高度角的支配,Rn对中小尺度天气变化响应显著。非生长季,森林主要能量支出项为感热通量(H),约占Rn的72%,H最大值出现在5月份;生长季,主要能量支出项为潜热通量(LE),约占Rn的60%,LE最大值出现在7月份。全年因蒸散消耗的能量为1.2×109J/m2,占净辐射的52%,森林蒸散的水量为493mm,占降水量的88%。波文比β近似呈U字型变化,其值受森林物候变化影响显著,在非生长季平均值约为3.0,生长季为0.5左右。土壤热通量(G)在非生长季表现为能量平衡方程的收入项,约占有效能量的5.0%;生长季表现为支出项,约占有效能量的4.0%,其变化过程与土壤温度梯度及叶面积指数密切相关。长白山通量观测站能量平衡收支闭合度为86%,不闭合的原因有待于进一步的研究。

论林带防风效应结构参数及其应用

以防护林带经营管理的实际出发 ,提出了林带新的结构参数———地上生物体积密度 ,阐明了该参数在林带削弱风速中的物理意义 ,分析了它与过去常用林带参数 (透风系数 ,疏透度 )的关系 。

科尔沁草甸生态系统水分利用效率及影响因素

生态系统水分利用效率(WUE)是衡量碳水循环耦合程度的重要指标。利用科尔沁温带草甸草地碳水通量观测数据,对该生态系统总初级生产力水分利用效率(WUEGPP)的日季变化规律及对环境和生理因子的响应进行分析。结果表明:(1)WUEGPP日变化呈下降-稳定-上升的变化趋势,最大值出现在日出后1—2 h,阴天条件下WUEGPP高于晴天,生长中期WUEGPP高于生长初期和末期;(2)总初级生产力、总蒸散和WUEGPP季节变化均呈夏季高、春秋低的形式,生长季平均值分别为0.57 mg m-2s-1、0.08 g m-2s-1和5.97 mg/g,最大值分别为1.49 mg m-2s-1、0.16 g m-2s1和13.62 mg/g;(3)总初级生产力与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系;总蒸散与气温呈二次曲线关系,与饱和差、叶面积指数和冠层导度相关性均不显著;(4)WUEGPP与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系,饱和差、冠层导度和叶面积指数分别为2.0 k Pa、0.0015 m/s和4.2是控制WUEGPP增加的阈值;(5)净生态系统生产力水分利用效率(WUENEP)和净初级生产力水分利用效率(WUENPP)季节变化规律与WUEGPP一致,均值分别为3.47和5.47 mg/g。

森林冠层空气动力学参数的确定

使用长白山阔叶红松林的风、温、湿梯度资料和超声风温仪测量的湍流资料，计算了长白山森林空气动力学粗糙度Ｚ０，零平面位移ｄ、冠层上动量曳力系数ＣＤ及水热曳力系数ＣＨ，并对ｄ和Ｚ０的计算方法做了误差分析。树高２６ｍ的长白山原始森林空气动力学粗糙度Ｚ０＝１．６ｍ，零平面位移ｄ＝１９．５ｍ。基于质量守恒原理来计算高植被下垫面的动力学粗糙度、零平面位移是目前较为精确和实用的方法。要想得到较精确的ｄ和Ｚ０，必须提高湍流通量ｕ′ｗ′和风廓线的测量精度，并确定合适的测量高度使得ｕ′ｗ′的测量和一点风速的测量在惯性副层内。在不稳定条件下，森林上空动量曳力系数ＣＤ，水热曳力系数ＣＨ与稳定度有较好的关系，近中性的平均代表值约为ＣＤ＝６．６×１０－３，ＣＨ＝６．４×１０－３。引入零平面位移ｄ后。

土壤大孔隙流研究进展

介绍了大孔隙及大孔隙流的定义、多种表现形式及其重要特征、产生机理和室内外实验研究概况,以及染色示踪、切片、穿透曲线、张力入渗仪、X射线CT扫描摄像和雷达探测等方法的研究进展,揭示这些实验方法的优点与存在的问题.并指出由于影响大孔隙及大孔隙流的因素较复杂,应将大量的野外实验和室内实验相结合,同时改进观测方法,提高模拟手段,不断完善大孔隙流理论,使大孔隙流研究迈上一个新台阶.

长白山阔叶红松林土壤水分动态研究

在1990～1992年和2003年对长白山阔叶红松林土壤水分动态进行定位观测研究．结果表明．土壤水分年内变化可划分为5个时期：春季聚水阶段、旱季耗水阶段、雨季蓄墒阶段、秋季失墒阶段和冬春土壤水分相对稳定阶段．利用标准差和变异系数对土壤水分垂直变化进行分层，得出土壤水分剖面分布分为速变层、活跃层和次活跃层，并用相关分析方法分析了各层次间土壤水分及其与其间降水量的关系．

BP人工神经网络模拟杨树林冠蒸腾

利用2008和2010年的气温、饱和差、总辐射和叶面积指数作为模型输入,液流法观测的蒸腾速率作为模型输出,建立了用于杨树林冠蒸腾模拟的BP人工神经网络模型,利用2009年的观测数据对模型的模拟能力进行了检验,并应用连接权值计算得到的输入变量对输出变量的相对贡献进行了敏感性分析。结果表明:建立的BP人工神经网络蒸腾模型可以很好的模拟林冠蒸腾大小和季节变化,模拟的绝对误差和绝对相对误差的平均值分别为0.11 mm/d和9.5%,纳什效率系数为0.83;输入变量对蒸腾的相对贡献以及蒸腾与输入变量之间的相关性大小顺序相同,均为总辐射>叶面积指数>饱和差>气温。

森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速 温度仪 ,在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料 ,计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征。结果表明 :湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z L成正相关 ;湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z L在不稳定层结时 ,成正相关 ,在稳定层结时近似成负相关 ;在不稳定和稳定层结大气中 ,利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算的湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性 ;无量纲湍流结构参数C2vz2 3 σ-2w和C2Tz2 3 σ-2T 是Richardson数的函数 ;湍流热力结构参数C2T 与感热通量w′T′具有较好的线性关系。

云杉截留降雨实验与模型

该文通过实验室模拟实验 ,得到了不同雨强和不同叶面积指数组合下的云杉截留降雨过程 ,同时考虑了树冠湿润度的影响 .依据实验资料 ,建立了单位叶面积最大截留量随雨强增大而减小和枝叶截留速率随树冠湿润度变化的定量关系 ,进而构建了云杉截留降雨随雨强和叶面积指数变化的模型 .最后 ,通过对模型模拟验证 ,得到模型对截留过程的模拟精度为 91 5 % .

涡动相关法与波文比-能量平衡法测算森林蒸散的比较研究——以长白山阔叶红松林为例

分别采用涡动相关法与波文比-能量平衡法(BREB法)测算了长白山阔叶红松林2002年9、10月的森林蒸散量。结果表明,9月,涡动相关法与BREB法测算的森林蒸散量分别为83.1和87.9 mm,后者相对于前者的误差不到6%,且两者日蒸散量有较好的相关性(0.78),表明涡动相关法与BREB法在森林蒸散研究中有很好的一致性。10月,随着秋季落叶,林内水汽压梯度减小。涡动相关法测算的森林蒸散量为42.5 mm,BREB法测算的结果为49.1 mm,后者相对于前者的误差达到了16%,两者日蒸散量相关系数为0.53。在水汽压梯度较小时,BREB法会产生较大误差。9月中上旬,森林主要热量消耗是用于蒸散,约占辐射平衡量的71%;落叶后,森林主要热量消耗变为森林-大气间的感热交换,蒸散耗热只占辐射平衡量的40%。

长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征

运用亮蓝溶液染色示踪法和图像分析技术,对长白山北坡棕色针叶林土和暗棕色森林土大孔隙特征及分布进行研究,探讨影响2种类型土壤大孔隙形成的因素.结果表明:由水平剖面染色面积随土层深度的变化情况,可间接得出大孔隙在垂直土壤剖面上的变化规律;随着土层深度的增加,2种土壤的染色面积均呈减少趋势;在24h内,棕色针叶林土较暗棕色森林土大孔隙流的运移深度多10～20cm,且其大孔隙流路径多,相同面积上,前者达6条,后者只有1条;大孔隙流的存在可以使水分在土壤中的运移速度增加2～3倍;生物因素是2种土壤大孔隙形成的主要因素,由土壤动物运动形成的大孔隙数量较多,直径多为2～4mm.

长白山阔叶红松林降雨截留量的估算

林冠截留降雨过程是森林流域水分循环的重要组成部分，以往的研究多为1次或多次降雨量与截留量的关系，很少考虑雨强和树木特征．文中利用林冠截留降雨半经验半理论模型，以雨强和叶面积指数为模型输入，林冠湿润程度为参数，结合Penman—Monteith公式，有效地模拟了长白山阔叶红松林次降雨的截留过程和2004年5—9月的林冠截留总量．结果表明，研究期间的林冠截留总量为39．96mm，占降雨总量的10．2％，与实测资料吻合．根据模拟结果，探讨了不同时间尺度上截留量与降雨量之间的关系，随着时间尺度的增大，截留量与降雨量的相关关系趋于明显．

长白山地区近50年平均最高和最低气温变化

利用线性趋势法对长白山地区13个气象台站建站以来的逐日温度资料进行分析,确定该区域的气温变化趋势,同时通过Mann-Kendall方法确定突变点位置,并结合t检验法进行检验。结果表明:区域的年平均最高气温和最低气温都有极为显著的增加趋势,分别为每10年增加了0.23和0.46℃(α=0.001);近50年的最高气温和最低气温的时间系列都有一个突变点,其中最高气温的突变点出现在1995年左右,最低气温的突变点在1985年前后。这种变化使得温度日较差表现出明显的减小趋势,并在1972年出现一个突变点,前后平均相差0.8℃。区域各月最高、最低气温及气温日较差与日照百分率均有极为显著的相关关系,一定程度上反映了温室效应持续增强的迹象。

植被冠层尺度生理生态模型的研究进展

随着人们对植物生命活动各个过程研究的不断深入,以植物生理过程、物理过程为基础的各种生理生态学模型逐渐发展起来,而植被冠层尺度生理生态学过程模型已成为生态系统模型的核心之一。目前植被冠层尺度的大叶模型、多层模型、二叶模型以其成熟的理论基础及对植被冠层的光合作用、蒸腾作用较为成功的模拟,得到了广泛的应用。3个模型都以光合作用-气孔导度-蒸腾作用耦合模型为基础,但又具有各自的特点。本文对3种模型的结构及特点进行了总结,并对其进行了比较,简要介绍了目前植被冠层尺度生理生态学模型的应用及存在的问题和发展状况。

长白山红松针阔叶混交林林冠层叶面积指数模拟分析

根据长白山原始红松针阔叶混交林光合有效辐射的连续3年自动观测结果,结合便携式叶面积仪的季节观测,建立了以林冠上下光合有效辐射估算森林冠层叶面积指数的半经验公式.结果表明,该方法可以很好地反映叶面积的季节动态.通过3年叶面积指数的季节动态比较发现,该森林冠层叶面积的起始生长日期随气温稳定通过0℃的日期延迟而延迟,整个生长季的叶面积动态可划分成上升期、相对稳定期和下降期,每个阶段都与大于0℃的积温存在较好的相关关系,分别用Logistic曲线和线性方程表达.并对叶面积的观测和估算方法中存在的问题进行了讨论.

长白山红松针阔混交林CO_2通量的日变化与季节变化

Diurnal and seasonal variation of CO2 flux above the Korean Pine and broadleaved mixed forest in Changbai Mountain were expounded according to the measurements by eddy covariance technique. The results showed that the diurnal variation during growing season was closely correlated with photosynthetically active radiation （PAR）. The forest assimilated the CO2 in daytime and released in night. The maximum uptake occurred about 9 o’clock of local time in clear day. Assimilation was synchronous to PAR in cloudy day. The night respiration increased with increasing of shallow soil temperature. The CO2 flux also had obviously seasonal variation that was mainly controlled by temperature. Relationship between monthly net exchange of CO2 and monthly mean air temperature fit cubic equation. Remarkable uptake occurred in blooming growing season,May to August,and weak respiration occurred in dormant season,October to March,and relatively big release happed in October. Assimilation and respiration were nearly balanced during the transition of growing and dormant seasons. The annual carbon uptake of the ecosystem was-184 gC·m -2 .