林冠截留降雨模型转化和参数规律的初步研究

该文将常见的林冠截留降雨模型进行了分类．为充分利用以前不同形式的研究结果来定量评价大面积生态林业工程的生态效益，十分有必要将它们转换为某一标准模型．该文提出了一个相对简单的标准模型，并探讨了模型转换途径。

辽东山区不同森林植被类型枯落物层截留降雨行为研究

对辽宁东部山区具有代表性的油松林、落叶松林、红松林、柞木林及杂木林 5种森林植被类型枯落物层截留降雨行为进行了比较研究。结果表明 ,枯落物截留量随林内雨量的增加而增加 ,呈显著的线性关系 ;枯落物截留率在低的林内雨量级时下降梯度较大 ,以后随林内雨量增大而逐渐减少 ,最后趋于某一定值 ,枯落物截留达到饱和。曲线估计的饱和截留率为 :杂木林 30 % ,柞木林2 3% ,落叶松林 2 0 % ,油松林 15 % ,红松林 10 %。林冠层与枯落物层截留量依林外雨变化呈显著的线性关系 ,总截留率在低雨量级时保持在较高的水平 ,随后急剧下降 ,并逐渐趋于某一稳定值 ,达到最大截留能力。由曲线推算的最大总截留率 ,杂木林和柞木林为 4 5 % ,落叶松林为 4 0 % ,红松林和油松林约为 30 %。枯落物生长季相对于林内雨的截留率为 14 .31%～ 4 3.15 % ,平均值为 31.15 % ,相对于林外雨量的截留率为 11.15 %～ 32 .30 % ,平均值为 2 4 .0 5 %。

从林分截留降雨过程看森林的水土保持作用

通过对柳河支流大青沟林地保护区林分截留降雨过程的观测和分析 ,反映森林涵养水源 ,保持水土、防洪减灾的作用。

不同林地林冠截留降雨特征的研究

林地降雨是一个复杂的过程,它与空地上的降雨截然不同.这种不同主要表现在林地具有茂密的林冠,林冠能够截留降雨,且这种截留降雨的作用,不但在数量上减少林下雨量,减免并削弱了雨滴对土壤的溅击侵蚀力,而且延缓了林下降雨和产流的时间,缩短了林地土壤的侵蚀过程,减小了林下径流量.为了探索林地降雨的各种特征,为指导造林提供科学依据,我们于1988～1989年对晋西离石王家沟流域刺槐和油松林林冠截留降雨的作用进行了研究,现将观测研究结果报告如下:

典型黑土区水土保持林冠层截留降雨分析

通过对黑土区主要水土保持林冠层截留降雨观测分析,结果表明:林冠层截留量与降雨量关系密切,在显著性水平0.01下,R^2为0.636~0.837;而与最大30 min降雨强度和最大1 h降雨强度微弱相关。不同林分冠层截留率平均为27.02%,大小排序为:樟子松与落叶松混交林>樟子松纯林>落叶松纯林>樟子松与杨树混交林>白皮柳纯林>杨树纯林,总体表现为混交林>纯林,针叶林>阔叶林。建议在黑土区水土保持林配置上提高混交林和针叶林比例,适当配置适应当地生长的阔叶树种。

林冠截留降雨研究指标的探讨

在研究林冠截留降雨问题中,过去通常采用林冠截留量和截留率指标,最近又提出了林冠截留容量指标。本文结合贡嘎山峨眉冷杉林截留降雨资料对林冠截留容量的概念和确定方法进行阐述,同时对三个指标的特点进行对比,对比结果表明采用截留容量指标是合理且可行的,此外截留容量不仅可以充分揭示林冠对降雨截留作用的大小,而且可以满足在不同林分之间进行比较的需要。同时,截留容量与降雨量的关系可以用函数公式表达,其中的参数反映了林冠特征。

辽西低山丘陵区不同年龄荆条冠层截留降雨模拟实验研究

为揭示辽西低山丘陵区不同年龄荆条冠层降雨截留的变化规律,采用人工模拟降雨动态监测荆条冠层降雨截留情况,并建立了经验模型。结果表明:荆条冠层未截留量与降雨量呈线性显著正相关,且随年龄增加,未截留量的增加速率减小;250 min时未截留率趋向稳定为1年生91.87%>2年生89.75%>3年生85.08%>4年生79.00%,未截留率与降雨量显著正相关;荆条截留量随着降雨量的增加而增加,在250 min时4年生为(5.25±0.49)mm>3年生(3.73±0.65)mm>2年生(2.60±0.23)mm>1年生(1.93±0.55)mm,且1、2年生荆条截留量趋向稳定;250 min后冠层截留率逐渐变小并趋向稳定值,4年生21.00%>3年生14.92%>2年生10.25%>1年生8.13%;荆条附加截留量4年生为(0.27±0.03)mm>3年生(0.17±0.04)mm>2年生(0.14±0.01)mm>1年生(0.09±0.02)mm。揭示了不同年龄荆条冠层截留降雨的基本规律,验证了附加截留量,为进一步研究荆条的生态水文效应提供了科学的理论依据,对水土保持树种优选和辽西地区水土流失治理具有一定的指导意义。

黄土高原半湿润区刺槐树干液流对人工截留降雨输入及环境因子的响应

随着全球气候变化加剧,局部地区温度上升和降水量改变将对区域植被的分布与生长产生重要影响。在黄土高原半湿润及半干旱地区植被恢复中,刺槐(Robinia pseudoacacia)是大面积种植的人工林树种。为探究该树种蒸腾耗水特征对降水量改变及水分条件差异的响应,于2015年4月起,在地处黄土高原半湿润区的陕西省永寿县槐平林场,于35年生刺槐人工林样地中布设了人工截留降雨试验,减少了47.5%的降雨输入。处理当年生长季内,截留降雨处理区0–100 cm土层的平均土壤含水量相对于对照区(23.76%)有明显降低(22.59%)。采用Granier热扩散探针对截留降雨处理区和对照区的样树树干液流动态进行连续监测,并同步监测主要气象环境因子(太阳辐射、空气温度和湿度)和林地土壤含水量,分析了截留降雨处理区与对照区树干液流通量密度动态特征及其对环境因子的响应。结果表明:截留降雨输入处理降低了刺槐树干液流通量密度,截留降雨处理期间典型天气的平均液流通量密度(1.64 mL·m^(-2)·s^(-1))不仅低于同组样树在处理前一年同期的水平(2.42 mL·m^(-2)·s^(-1)),而且远低于试验期间对照区样树的平均水平(3.38 mL·m^(-2)·s^(-1));同时,截留降雨处理还降低了刺槐液流通量密度对气象因子变化的敏感性,截留降雨处理区样树液流通量密度响应空气水汽压亏缺的拟合方程参数值与对照区样树差异显著。分析可知,降水量水平不仅影响土壤水分状况,而且影响刺槐对气象环境因子响应的敏感性,降水量减少导致的土壤含水量整体降低会使得该区域刺槐蒸腾耗水量下降,显示其对环境因子的适应性,但最终会导致生产力的大幅度降低。

东北黑土区水土保持林降雨截留特征分析

为了解林冠截留对东北黑土区水土保持林水分循环、分配及利用率的影响，以落叶松和落叶松蒙古栎混交林为研究对象，在吉林省东辽县杏木小流域布设野外观测试验，对两种不同林分降雨截留特征进行分析。在15次降雨观测中，落叶松与落叶松蒙古栎混交林的林下穿透雨分别占总降雨量的72．02％和67．42％，树干流占2．62％和2．74％，截留量占25．32％和29．80％，两种林分林冠截留率为8．93％～73．50％，落叶松蒙古栎混交林对降雨的截留作用较佳。落叶松与落叶松蒙古栎混交林产生地表径流各8次，共计产流3．52和3．40mm。不同林分林下穿透雨和截留量随月份变化表现为8月〉7月〉6月〉5月〉9月，树干流为7月〉8月〉6月〉5月〉9月，9月截留率最高，分别为44．49％和49．02％，7月份截留率最低，分别为20．40％和25．17％。不同林种林下穿透雨、树干流及截留量均与降雨量呈显著线性相关（P〈0．05），且当降雨量〈30mm时，树干流增幅较小，降雨量〉30mm时，树干流迅速增加并逐渐趋于平稳。截留率随着降雨量的增加则逐渐降低，当降雨量较小时（〈30mm），林冠截留率由73．50％降低到21．90％，随着降雨量的增大，截留率变化幅度较小，并趋于稳定。两林分林下穿透雨与降雨强度呈显著线性相关（P〈O．05），树干流与降雨强度以对数拟合较好（P〈O．05），降雨强度与林冠截留量和截留率相关性不显著。当降雨强度≤2．65mm／h时，两林分林冠截留率均大于50％。

物种组成对高寒草甸植被冠层降雨截留容量的影响

高寒草甸退化减少地上生物量、叶面积指数(LAI),因而减少冠层降雨截留容量(S)。但是,未有研究评价物种组成改变对S的影响。用水浸泡法和水量平衡法研究青藏高原高寒草甸3个不同退化阶段下(未退化、轻度退化、中度退化)的S变化规律,并评价物种组成改变对S的影响。结果表明:高寒草甸退化显著减少S(P<0.05)。在未退化、轻度退化、中度退化的高寒草甸,水浸泡法测得的S分别为0.612 mm,0.289 mm和0.217 mm;水量平衡法测得的S分别为0.979 mm,0.493 mm和0.419mm。物种组成改变对S的影响表现为:随着高寒草甸的3个不同退化阶段,S减少的幅度先大于后小于LAI减少的幅度。原因是:(1)在未退化的草甸,鹅绒委陵菜(Potentilla arserina)的叶面积占有显著优势,占总叶面积的31.18%;在轻度退化的草甸,禾本科植物(Graminoid)的叶面积占有显著优势,占总叶面积的44.41%,而鹅绒委陵菜是稀有种,仅占总叶面积的3.76%;在中度退化的草甸,鹅绒委陵菜的叶面积占有显著优势,占总叶面积的19.91%;(2)鹅绒委陵菜的叶单位面积吸附水量(SL)是禾本科植物的大约2.5倍。

非均匀林冠降雨截留模型

考虑由彼此间有间距的树冠组成的非均匀林冠内的降雨截留过程,将以前的林冠截留理论模型从水平均匀随机分布林冠推广到非均匀林冠,导出相应的偏微分方程和截留量的计算公式,并以实例运行该模型,以揭示非均匀林冠在降雨截留过程中的一些细节特征。

复合生态系统的降雨截留过程模拟

在水文水资源分析计算中 ,对降雨损失的处理 ,往往只对蒸散发和土壤下渗量进行计算 ,忽视了植被的降雨截留损失 ,这样至少说在理论上是不完善的。因而 ,在水文分析计算中 ,准确模拟植被的降雨截留过程 ,对合理评价水资源量 ,具有现实意义和理论价值。在系统分析复合生态系统的降雨截留过程的基础上 ,建立了半理论的复合生态系统截留计算模型 ,用于小型生态流域模拟降雨截留过程 ,不仅丰富了水文学的内容 。

广东省2004—2016年植被冠层降雨截留模拟及时空变化特征

评价植被冠层降雨截留能力,是生态系统水循环的重要研究内容。以广东省中小流域为例,结合地面监测站点的降雨量数据和MODIS叶面积指数遥感数据,利用植被冠层降雨截留模型,定量模拟和分析了广东省流域尺度2004-2016年的地表植被冠层降雨截留能力及其时空变化特征。结果表明:(1)2004-2012年广东省年均植被冠层降雨截留率持续下降,2016年略有上升,并且随着时间的推移,流域之间的植被冠层降雨截留率差异越来越小。(2)广东省植被冠层降雨截留能力呈现山区东西两翼高,山区中部以及沿海地区低的显著空间差异格局,这种空间格局与植被覆盖LAI主要呈现由珠三角向外围递增的圈层空间格局特征密切相关,而与由南向北逐渐递减的降雨空间格局特征相关性不大。(3)森林覆盖对流域植被冠层降雨截留能力有着一定的影响,其中流域内阔叶林占森林面积的比例对这种影响的程度起着最为关键的作用。

泰山麻栎人工林降雨截留特征及修正的Gash模型模拟

林冠截留可以调控降雨再分配,对研究森林生态系统的水分平衡和养分循环具有重要意义。通过对山东泰山麻栎人工林2018年生长季的降雨截留进行分析发现,观测期内以中雨和小雨为主,占总降雨场次的64%;林冠截留量为152.24 mm,树干径流量为10.06 mm,穿透雨量为678.8 mm,分别占林外降雨量的18.10%、1.19%和80.70%。利用修正的Gash模型对其进行模拟,结果显示在观测期内,截留过程中的蒸发量和林冠达到饱和状态的截留量占林冠截留总量的大部分,且模拟的林冠截留、穿透雨和树干径流与实测值的误差分别为6%,2%和9%,表明修正的Gash模型能够很好地模拟林冠对降雨的再分配过程,其适用于模拟泰山麻栎人工林的林冠截留。敏感度分析表明:平均雨强(R)、平均蒸发速率(E)、林冠饱和持水量(S)的变化对修正的Gash模型的影响很明显,而郁闭度(c)、树干持水能力(St)和树干径流系数(Pt)的变化对本模型影响不明显。

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_t>P_t。

辽东山区人工红松林降雨截留分配效应

以辽东山区人工红松林为对象,在大气降雨基础上观测林间穿透雨、树干流特征,结果表明:2016年本溪大气降雨47场,降雨总量677.7 mm,平均每场为14.4 mm,单次最大降雨量为75.4 mm,最小为1.1 mm;8月份降雨量最大,为205.8 mm,占总量30.3%;10月降雨量最小,为7.0 mm,占总量1.01%。人工红松林林间穿透雨量为504.4 mm,占大气降雨总量74.43%;树干流水量为173.3 mm,占大气降雨总量25.57%,林分减少了降雨对地表面的侵蚀和水土流失。

北京密云油松人工林林冠降水截留特征研究

该文对密云水库集水区油松人工林林冠截留的规律进行了研究,尝试用合适的统计模型和概念模型描述单场降雨下林冠截留量与降水量的关系.通过在油松试验地外测定大气降雨量,在林内测定穿透雨量和树干茎流量,得出了在不同降雨量和降雨强度下的林冠截留量.结果显示:以S型曲线作为统计模型能很好地模拟降雨量与截留量的关系;比较简单的概念模型的模拟效果最好,其中的降雨蒸发率α和林冠吸附降雨容量Im的参考数值分别为0.025和3.297 mm;把降雨强度加入半理论模型,可以得出截流量与降雨强度成负相关关系.

宝库林区主要树种林冠对降雨的截留作用

本文测定了宝库林区主要树种的林冠和树干截留降雨作用。结果表明,各树种林分的平均截留率为:华北落叶松58.9%,沙棘43.1%,白桦30.0%。透过林冠的降雨在林内的分布是不均匀的,林冠截留率与降雨性质有关,干流景大小与林木胸径大小成正比,且不超过林外降雨量的2%。

西双版纳橡胶林枯落物的持水性能与截留特征

通过野外调查、浸泡试验和模拟降雨实验,测定了西双版纳地区橡胶林枯落物储量、持水能力和截留降雨特征。结果表明：20和40年生的橡胶林枯落物储量分别为8.896和6.181 t/hm2,其叶、枝、种子果壳和其他部分生物量所占比例分别为57.1%、10.2%、32.2%、0.4%和70.4%、13.7%、15.4%、0.5%;20年生的橡胶林枯落物最大持水率为180.36%,高于40年生的值（174.59%）;枯落物吸水速率与浸泡时间之间关系式为S=ktn,前2 h是枯落物主要持水阶段。模拟降雨条件下,橡胶林枯落物截留量随雨强和枯落物厚度增大而增加;截留率与降雨量呈极显著幂函数关系,但受雨强的影响不显著,在8.0~48.0 mm的降雨范围,截留率变化幅度为2.02%~12.50%,截留能力较弱。

湖北省太子山不同林分对降雨的截留作用研究

在湖北省太子山选取柏木纯林、马尾松纯林、麻栎与五角枫混交林、柏木与红果冬青混交林、马尾松与红果冬青混交林共5种林分作为研究对象,采用天然降雨监测的方法,研究5种林分林冠层、灌草层和枯落物层对降雨的截留作用。结果表明,林场中阔叶混交林的水源涵养能力最强,其次为针阔混交林,最差的是针叶纯林。