湖南會同杉木人工林林冠近上空的太陽輻射平衡及環(huán)境能量研究.pdf

1、森林對能量的再分配對區(qū)域乃至全球的氣候有著重要影響,再分配的結(jié)果又影響著植被光合生產(chǎn)力的分布,了解能量再分配后的平衡特征不僅對認(rèn)識森林的生態(tài)效應(yīng)有重要意義,也為其光合生產(chǎn)力研究提供了環(huán)境參數(shù)。本研究依據(jù)湖南會同地區(qū)杉木人工林梯度塔2008年的測定數(shù)據(jù),分析了杉木人工林太陽輻射中總輻射、凈輻射、反射輻射、有效輻射、長波輻射的在不同時間尺度上的分布特征及不同季節(jié)太陽輻射分配率的差異；并將杉木人工林林冠層及其近上層空間分為三個層次,A層距離地

2、面14.1m,B層距離地面22.6m,C層距離地面32.5m。分析了不同梯度的太陽輻射能、內(nèi)能、位能、全位能、動能、潛熱能、顯熱能和溫濕能等環(huán)境能量的年變化及其垂直分布,具體研究結(jié)果如下:
　　 在日尺度上,各輻射分量日總量的大小依次為QUL(34.54 MJ-m－2·d-1)＞QDL(32.59MJ·m-2·d-1)》Q(10.26 MJ·m-2·d-1)＞Qr(0.80 MJ·m-2·d-1)。除QDL外,其余3種輻射的年變

3、化大致呈單峰形變化,Q與Qr在不同季節(jié)的日變化均呈規(guī)則的單峰曲線,而QDL和QUL的日變化大致呈波浪形。兩個時間尺度上,長波輻射的變異系數(shù)(CV)均遠(yuǎn)小于短波輻射,波長相同時上行輻射的CV小于下行輻射。在日尺度上,反射率的日變化曲線呈U型；在月尺度上,2008年杉木人工林反射率的平均值為8.0％,干季反射率小于雨季,且波動性較大。在不同的時間尺度上,影響各太陽輻射通量特征、反射率的主要因素,因此,在分析太陽輻射特征和輻射通量間的相互關(guān)系

4、時,必須充分考慮尺度效應(yīng)的影響。
　　 杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)的太陽總輻射年總量為3844.97 MJ·m-2,其中雨季為2537.06 MJ·m-2,占66.0％,干季僅占34.0％,為1307.91 MJ·m-2;凈輻射年總量為2828.02 MJ·m-2,雨季占69.4％遠(yuǎn)高于干季的30.6％；有效輻射和反射輻射分別為710.42MJ·m-2和288.09 MJ·m-2,雨季占全年總量的值分別為51.1％和70.0％。就全年太

5、陽輻射的分配率而言,凈輻射在各分量中分配率(23.5％)最大,其次是有效輻射(19.0％),反射輻射(7.5％)最小。不同季節(jié)太陽輻射分配率亦有所不同,反射輻射和凈輻射均是在旱季小于雨季,有效輻射則相反。
　　 從位能的定義可知,位能隨高度的升高而增大,而所選的三個空間層次最大距離地面僅32.5m,由重力作用產(chǎn)生的位能很小,因此,林地環(huán)境的全位能幾乎有內(nèi)能組成。B層的內(nèi)能和全位能最大,C層次之,A層最小。以上三種環(huán)境能量的年變化

6、均為單峰曲線,夏季最大,冬季最小。就風(fēng)速和動能的大小而言,三個層次自下而上不斷增大,C層年平均風(fēng)速可達(dá)1.175m·s-1,這與林冠層對風(fēng)速的減弱作用是分不開的,同時也說明動能是從大氣上空向下傳遞的。
　　 三個層次中B層的溫度和顯熱能最高,可見在太陽輻射轉(zhuǎn)化為顯熱的過程中,林冠層起著橋梁的作用,成了直接的熱源。不同層次的潛熱能的年變化均表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季＞冬季,影響潛熱能的主要因素除林冠對降水的截留作用外還有林木的蒸騰作用

7、及林地的蒸散。溫濕能為顯熱能和潛熱能的總和,其年變化與潛熱能相似,最大值出現(xiàn)在夏季,最小值出現(xiàn)在冬季,這主要是兩方面的因為造成的,一方面由于提供溫濕能的能量來源冬季比夏季少得多,另一方面,冬季林木處于休眠期,蒸騰緩慢,環(huán)境的蒸散能力也較弱,提供的水汽量相對較少。
　　 本研究對林分進(jìn)行杉木林林冠近上空的輻射平衡、環(huán)境能量的分析討論,不僅為水分、碳平衡研究中牽涉到此類問題的理論方法的探討提供依據(jù),同時為確定該地區(qū)水熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式與