森林小氣候

森林小氣候

森林小氣候是指森林林灌及林下灌木叢和草被影響下形成的一種特殊氣候。森林小氣候的特點由於林冠層的存在使白天攝入林內的太陽輻射,夜間林內的有效輻射相應減少,從而使林內氣溫日、年變化緩和,林內空氣濕度大,風速小。

簡介

森林小氣候是指由森林以及林冠下灌木叢和草被等形成的一種特殊小氣候。在森林小氣候的形成中,組成森林的樹木品種、林齡、結構、鬱閉度以及灌木層和草被的特性等,都起著很大的作用。由於森林的存在和影響,在林內表現出太陽輻射減少、氣溫日變化緩和、空氣濕度和降水量增大以及風速減小等小氣候特徵。此外,森林小氣候還與四周氣候條件、地形特徵和土壤性質等有關。因之,在研究森林小氣候時必須注意分析森林的特徵和自然環境的影響。

影響

一、林中溫度狀況:

(一)林中各季氣溫變化:

1、冬季(12-2月),林中氣溫全天比林外氣溫高,但相差不大。

2、春季(3-5月),白天林中氣溫比林外高,但夜間比林外低。這是因為春季樹林沒有發葉,白天獲得的太陽輻射較充足,加之林內亂流較弱,所以白天林內氣溫比林外高;夜間林冠上有冷空氣下沉和林內亂流不強,因而氣溫比林外低。

3、夏季和秋季(6-9月),白天因林冠稠密的樹葉強烈地削弱了太陽輻射,以致林中所獲得的熱量較無林地少,加之森林總蒸發耗熱較大,所以氣溫自然比林外低;夜間森林繼續有蒸發耗熱以及亂流較弱,因之氣溫仍舊比林外偏低。深秋因葉子脫落,林內與林外氣溫之差與春季相仿。

二、林中濕度狀況和蒸發條件:

(一)林中濕度狀況可分三點討論:

1、林中濕度的日變化和年變化。在茂密的森林內,絕對濕度的日變化具有單峰型的特點,即在午後出現最大值,日出前出現最小值。但林型及其密度的不同,林內絕對濕度日變化也會有差異。在稀疏的林內,晴天絕對濕度的日變化通常表現為雙峰型,具體來說,在午後13時和清晨4-5時絕對濕度較小,而在10時-11時和15時左右分別出現最大值。因為午後輻射較強,氣溫達到最高值,森林經過較長時間的蒸發,林內土壤濕度減小了,這時亂流交換較強,近地面層水汽被輸送出去,所以空氣濕度減小。日出前,一方面溫度低,蒸發量極小,另一方面在近地面層出現水汽凝結現象,因而絕對濕度在一天中最低。

然而自愛10時和15時前後,一方面溫度比較高,森林蒸騰量比較大,另一方面亂流作用不是太強,因之出現兩個高峰。從年變化來看,森林內濕度變化特徵與植物生長期的蒸騰作用和周圍環境的氣候背景有關。例如,小興安嶺松林內空氣濕度的最大值出現在夏季月份,最小值出現在冬季月份,春、秋季介於其間。森林內的空氣濕度幾乎全年高於林外空曠地方的濕度。

(二)林中蒸條件森林蒸發與亂流交換強度、林型、密度、生長期、林齡和鬱閉度等因素有很大關係。不同的氣候區和同一地區同一森林內不同的層次,蒸發或蒸騰量都是不一樣的。一般的情況是,乾燥地區森林的總蒸發量比濕潤地區森林的總蒸發量要小一些,同一森林內上層大總蒸發量比低層高一些。

三、林中風狀況:森林對風的影響表現在;

(1)林中風速減弱:

(2)在森林表面以上,風速一方面受林冠粗糙起伏的削弱,另一方面由於流線受到壓縮而得到增強,總的效應使其比開曠地方同樣高度處的風速有所增強。氣流越過森林時,在森林上方幾百米的高度上都能出現亂流加強的現象。

(一)林中風速的鉛直分布林中風速隨高度變化不大;當森林上方的風速為4/米秒時,秋季長滿葉簇的林中風速比春季未長新葉的林中風速要小0.4-1.0米/秒;在長滿葉子的林冠層中部風速出現最小值,而在林冠之下的樹幹處風速有所增大。後者在林下無灌木層的疏林中更為明顯。事實上這與有作物的農田中的風速垂直分布是相似的。

(二)林中風速的水平分布在森林中由林緣向內,隨著距離的不斷增加,風速逐漸減弱。森林密度的不同,對林內風速減弱的程度是不一樣的。有關專家研究指出,闊葉林中2米高度風速與空曠平地上的風速相比,在稀疏的森林中,冬季(脫葉)的比值為40-60%,夏季為30-40%,在稠密的森林中,冬季為20-30%,夏季為10-20%。此外,在天氣晴朗靜穩的日子裡,森林與鄰近的空曠地之間易形成弱的局地環流。白天,在林冠高度以上氣流從空曠地流向溫度較高的林冠,地面上的氣流則從森林流向空曠地。夜間相反。森林面積越大,這種局地環流越明顯。

四、森林對降水的影響:森林對降水的影響,主要表現在對鉛直和水平降水的增大效應以及對降水結留作用等方面。

(一)森林對鉛直降水的影響森林區域對其上方大氣的鉛直降水量的增大現象,久已引起人們的注意。經統計分析:平均每年有林區降水量比無林地區增多17%左右。冬季中緯度森林地區降水量的增加,主要是與森林內積雪量比空曠地方增多有關。森林地區暖季降水量增加的原因主要有兩點;一是由於森林反射率比四周空曠平地要小,這樣被森林表面吸收並用來產生陣雨的熱量將比反射率大的裸露地要多,二是森林上方亂流得到加強,由於森林蒸發的大量水汽被迅速輸送到高空,因而增加了森林地區的鉛直降水量。

(二)森林對水平降水的影響在森林內、雨淞的凝聚量比空曠地方多。另外,從森林霧日收集到的降水也比空曠地方多。森林無論對鉛直降水還是水平降水的影響,結果都是使森林區的降水量有所增加。

(三)林冠對降水的截留作用由於森林的林冠對鉛直降水大截留作用,真正下落到林內土壤上的降水是有所減少的。雨量較小時,森林的截留作用較明顯,雨量大時,森林的截留作用反而減弱。一般來說,落葉松的截留量占裸地降水量的15%,松樹占20-25%,雲杉占40-60%,冷杉占40-80%。熱帶森林的截留量占65%以上。森林鬱閉度越大,截留量也就越大。

觀測

研究各種不同體分的氣候特徵及其形成原因和氣象條件對林木的群體或個體生長發育的影響而進行的小氣候觀測。根據不同研究目的,觀測方法包括三方面:
(1)為研究不同體型小氣候變化規律,常選擇地形、地勢、土壤類型等自然條件相同的各種林型和空曠地進行對比觀測,又稱雙聯氣象觀測。
(2)為研究林內不同高度上氣象要素的變化特徵而進行林冠層至地表不同層次的氣象觀測,稱梯度觀測。
(3)在研究林木生長和氣象條件關係時,除進行林水物候觀測外,還要配合進行林木生長環境的小氣候觀測,稱森林氣候的平行觀測。
森林小氣候觀測,一般由定位觀測和流動觀測兩部分組成。定位觀測的任務是長期進行觀測,積累森林地區的小氣候、水文等方面的資料,以進行氣候與林木生長關係的研究,為護林防火,防止病蟲害、霜凍害的預報及育苗、更新和撫育等森林經營措施服務。流動觀測常隨著研究目的、任務的不同而決定其觀測方法,一般不需要長年連續進行。對起主導作用的單項或幾項氣象要素則進行多點觀測。定位和流動觀測任務不同,但關係密切,可相互配合,以取得較豐富完整的資料。

特徵

研究森林及林冠下的灌木叢和草被等形成的小氣候特徵並為森林防火,防病和林木業生產提供氣候服務的氣候學分支叫森林小氣候。森林小氣候的主要特徵是:
1)日間到達林內的太陽輻射和夜間林內地面向外的長波輻射均受到林冠的削弱,因此,林內氣溫日變化和年變化均比林外平緩。
2)森林內空氣濕度增加,霧、霜、雨淞現象增多。
3)森林內降水量有所增加,而且森林面積越大,降水量增加越多。
4)林中風速減小。
上述特徵的明顯程度隨林木品種、林齡、結構等因素有所差異。

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