树冠结构对降雨过程的影响

树冠结构对降雨过程的影响

 

1植被对林内降雨的影响   林冠层对大气降水的分配有着重要的影响,而不同的森林景观类型,因树体结构、林隙格局与斑块构型各异,对降水的分配也各不相同。影响林冠截留的因子非常复杂,主要有降水特性、林分及林冠特性、雨前林冠湿润程度以及各类环境因素等。此外,依附在树冠上生活的水分生物群对林冠截留量也会产生很大的影响,如附生植物、动物及其活动物等,这些都能大大增加树冠的水容量,甚至截留率可增大到热带雨林中的一些高大乔木,在强大暴雨时几乎不产生径流的程度。   2林冠截留研究   降水进入森林后进行了一系列再分配:降雨首先落在树木的叶、枝、干等树体表面,被吸附并积蓄在枝叶分杈处及其表面,被枝叶阻留的这部分降水,称树冠截留,而树冠截流部分与降水量之比值称截留率;当截留量达到一定数量后,其中一部分降水受重力或风力影响从树上滴下,称为滴落,或从叶转移到枝,再转移到树干而流到林地表面,称为树干径流(G);降水过程中还有一部分未接触树体,而直接穿过林冠空隙落到林地,称为穿透雨(P’)。滴落量、干流量、穿透雨量三者之和称为林内雨量。根据水量平衡原理有:I=P-P'-G(1)在有些林区,林冠对小量降雨的截留量可高达90%,占一次降雨过程中林外降雨量的一半,受树干上的附属物影响,干流量不及1%,基本上可以忽略。因此,在连续降雨的一段时间内,林外降雨量(P)减去林内降雨量(P′),即I=P-P′,称为该段时间内的林冠截留量。根据研究,林冠截留量与降水量存在着极紧密的正相关关系,但它又相当复杂,受雨量、雨强、降雨历时、前期环境状况以及林木参数等多种因素的影响。   3林冠截留模型   3.1经验、半经验模型   根据实测数据,以概率论和数理统计为手段建立的截留量与大气降雨之间统计或回归模型,可以表示如下:I=a+b+P(2)经验模型形式简单计算方便,但具有明显的唯象性和不确定性,参数有很大的局限性,只能适用于研究条件下的一次或几次降雨事件和林分状态,模型不易推广,只能说明或预测结果,不能反映林冠截留降雨的动态过程,更不能做出截留理论上的解释。   3.2概念模型   林地降雨分为3部分:被林冠阻截直接从枝叶表面蒸发掉不进入林地的降雨(即截留量(I)),沿树干流到林地的降雨(即干流量(S));穿透林冠枝叶间隙进入林地的降雨(即穿透降雨量(T))。根据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,但考虑的因素不够全面,同时也不能反映林冠截留的动态过程。   3.3理论模型   根据林冠分配降雨规律与光线在林冠中的辐射传播的相似性,借鉴光传播模型发展起来的,模型比较完整地刻画了林冠截留降雨的动态过程。其模型如下:(4)(5)式中,R是雨强(mm/h),D是林冠干燥度(0~1,无量纲),U是林冠的叶面积密度(1/mm),G是枝叶对地面的平均投影率(无量纲),α是枝叶平均吸附水率(mm),V是单位枝叶面积的平均蒸发率(mm/h),Z是垂直坐标,在林冠顶部Z=0,而在林冠底部Z=H,这里H是冠层厚度。林冠截留量可表示为:(6)其中R0是林冠上方雨强:R(H)是林冠下方雨强。理论模型真实地反映了截留要素在时间和空间上的动态过程,推理过程严谨,有坚实的数量基础,克服了经验模型的弊端,可以不受地区或树种局限而推广使用。模型参数较少,物理意义明确、易于确定,而且考虑因素全面,所有参数完全可以由现代科学技术手段进行精确测量,消除了对林冠截留降水量人为估算和一些参数化过程中的不确定性,弥补了经验模型和概念模型之不足。但由于没有考虑降雨期蒸发而引起的附加截留,这对于小雨强,长历时的降雨截留计算会产生较大误差。   4结语   以上3种类型的降雨截留模型,都概化了树冠结构对降雨过程的影响。结构影响功能,不同的管道数量支撑着不同量的叶片,而不同分维数的分枝格局,枝叶的空间占据方式又迥然不同,二者耦合作用下对降雨过程的调节作用及截留效率显然有很大差异。在今后的林冠截留模型中,应当更多考虑树冠结构对降水截留的影响,适当引入一些反应植被结构特征的参数,融入到模型中,进一步提高模型的精度。