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1植被對林內降雨的影響 林冠層對大氣降水的分配有著重要的影響,而不同的森林景觀類型,因樹體結構、林隙格局與斑塊構型各異,對降水的分配也各不相同。影響林冠截留的因子非常復雜,主要有降水特性、林分及林冠特性、雨前林冠濕潤程度以及各類環境因素等。此外,依附在樹冠上生活的水分生物群對林冠截留量也會產生很大的影響,如附生植物、動物及其活動物等,這些都能大大增加樹冠的水容量,甚至截留率可增大到熱帶雨林中的一些高大喬木,在強大暴雨時幾乎不產生徑流的程度。 2林冠截留研究 降水進入森林后進行了一系列再分配:降雨首先落在樹木的葉、枝、干等樹體表面,被吸附并積蓄在枝葉分杈處及其表面,被枝葉阻留的這部分降水,稱樹冠截留,而樹冠截流部分與降水量之比值稱截留率;當截留量達到一定數量后,其中一部分降水受重力或風力影響從樹上滴下,稱為滴落,或從葉轉移到枝,再轉移到樹干而流到林地表面,稱為樹干徑流(G);降水過程中還有一部分未接觸樹體,而直接穿過林冠空隙落到林地,稱為穿透雨(P’)。滴落量、干流量、穿透雨量三者之和稱為林內雨量。根據水量平衡原理有:I=P-P'-G(1)在有些林區,林冠對小量降雨的截留量可高達90%,占一次降雨過程中林外降雨量的一半,受樹干上的附屬物影響,干流量不及1%,基本上可以忽略。因此,在連續降雨的一段時間內,林外降雨量(P)減去林內降雨量(P′),即I=P-P′,稱為該段時間內的林冠截留量。根據研究,林冠截留量與降水量存在著極緊密的正相關關系,但它又相當復雜,受雨量、雨強、降雨歷時、前期環境狀況以及林木參數等多種因素的影響。 3林冠截留模型 3.1經驗、半經驗模型 根據實測數據,以概率論和數理統計為手段建立的截留量與大氣降雨之間統計或回歸模型,可以表示如下:I=a+b+P(2)經驗模型形式簡單計算方便,但具有明顯的唯象性和不確定性,參數有很大的局限性,只能適用于研究條件下的一次或幾次降雨事件和林分狀態,模型不易推廣,只能說明或預測結果,不能反映林冠截留降雨的動態過程,更不能做出截留理論上的解釋。 3.2概念模型 林地降雨分為3部分:被林冠阻截直接從枝葉表面蒸發掉不進入林地的降雨(即截留量(I)),沿樹干流到林地的降雨(即干流量(S));穿透林冠枝葉間隙進入林地的降雨(即穿透降雨量(T))。根據森林水量平衡原理用如下模型:I=P-T-S(3)概念性模型容易理解和接受,但考慮的因素不夠全面,同時也不能反映林冠截留的動態過程。 3.3理論模型 根據林冠分配降雨規律與光線在林冠中的輻射傳播的相似性,借鑒光傳播模型發展起來的,模型比較完整地刻畫了林冠截留降雨的動態過程。其模型如下:(4)(5)式中,R是雨強(mm/h),D是林冠干燥度(0~1,無量綱),U是林冠的葉面積密度(1/mm),G是枝葉對地面的平均投影率(無量綱),α是枝葉平均吸附水率(mm),V是單位枝葉面積的平均蒸發率(mm/h),Z是垂直坐標,在林冠頂部Z=0,而在林冠底部Z=H,這里H是冠層厚度。林冠截留量可表示為:(6)其中R0是林冠上方雨強:R(H)是林冠下方雨強。理論模型真實地反映了截留要素在時間和空間上的動態過程,推理過程嚴謹,有堅實的數量基礎,克服了經驗模型的弊端,可以不受地區或樹種局限而推廣使用。模型參數較少,物理意義明確、易于確定,而且考慮因素全面,所有參數完全可以由現代科學技術手段進行精確測量,消除了對林冠截留降水量人為估算和一些參數化過程中的不確定性,彌補了經驗模型和概念模型之不足。但由于沒有考慮降雨期蒸發而引起的附加截留,這對于小雨強,長歷時的降雨截留計算會產生較大誤差。 4結語 以上3種類型的降雨截留模型,都概化了樹冠結構對降雨過程的影響。結構影響功能,不同的管道數量支撐著不同量的葉片,而不同分維數的分枝格局,枝葉的空間占據方式又迥然不同,二者耦合作用下對降雨過程的調節作用及截留效率顯然有很大差異。在今后的林冠截留模型中,應當更多考慮樹冠結構對降水截留的影響,適當引入一些反應植被結構特征的參數,融入到模型中,進一步提高模型的精度。