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第一頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日第五章森林蒸散5.1森林蒸散5.2森林蒸散的測(cè)定方法第二頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散
森林蒸散(Evapotraspiration)是森林熱量平衡和水量平衡研究中的一項(xiàng)重要因子,是從森林植被向大氣輸送的水分通量,它包括森林植物群落中的全部物理蒸發(fā)和生理蒸騰。蒸發(fā)包括土壤蒸發(fā)、葉片和植物體上截留的水分蒸發(fā)。蒸騰包括通過(guò)葉片氣孔和皮孔散發(fā)出的水分。
森林蒸散(E)由林地蒸發(fā)(E1)、林冠截留防水蒸發(fā)(E2)和森林植物蒸騰(E3)三部分組成。森林蒸散對(duì)緩洪、水源涵養(yǎng)具有重要作用。第三頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散一.林木的蒸騰(一)概念與類(lèi)型
1、蒸騰作用:林木的蒸騰作用是土壤水分通過(guò)植物體并主要經(jīng)由葉片中的氣孔以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過(guò)程。
2、蒸騰的類(lèi)型:蒸騰分三種:皮孔蒸騰、角質(zhì)蒸騰和氣孔蒸騰,氣孔蒸騰是植物蒸騰作用的最主要方式。
第四頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散
氣孔蒸騰(stomataltranspiration)受內(nèi)因與外因的共同影響。(二)氣孔蒸騰的影響因素樹(shù)齡植物生態(tài)型氣孔氣孔頻度氣孔大小氣孔開(kāi)度氣孔構(gòu)造1、內(nèi)因第五頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散(二)氣孔蒸騰的影響因素土壤含水量風(fēng)微風(fēng)有利于蒸騰,強(qiáng)風(fēng)蒸騰降低根對(duì)水分的吸收2外因光照光促進(jìn)氣孔的開(kāi)啟,蒸騰增加溫度一般隨溫度的升高而增大
CO2濃度CO2濃度低促使氣孔張開(kāi),蒸騰增強(qiáng)空氣相對(duì)濕度RH增大,蒸騰減弱第六頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散二.林地地面蒸發(fā)
(一)概念與組成
林地地面蒸發(fā):森林內(nèi)的地表溫度高于近地面的氣溫,地表的水分將會(huì)轉(zhuǎn)變成水蒸汽散放于空中的現(xiàn)象。
林地地面蒸發(fā)量包括林地土壤蒸發(fā)量(E′1)、枯枝落葉層蒸發(fā)量E′2和枯落物層的蒸發(fā)量(E′3)即:第七頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散二.林地地面蒸發(fā)
(二)影響因素林地地面蒸發(fā)受到蒸氣壓、蒸發(fā)面的溫度、以及供給蒸發(fā)面的水量的影響,前兩者又受到日照、氣溫、濕度、風(fēng)速等環(huán)境因子的左右。林地蒸發(fā)量明顯地小于裸地,其減少的程度隨林冠的郁閉狀態(tài)而異,而林冠的形態(tài)又隨樹(shù)種、林分結(jié)構(gòu)、立木密度等森林條件而異。第八頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散
表不同林分生長(zhǎng)季節(jié)中的林地蒸發(fā)量(1982,mm)
樹(shù)種華山松華山松油松華北落葉松銳齒櫟草坡裸地坡向S5°WS80°EWWN85°ESS郁閉度0.70.80.80.70.71.06月30.1020.4120.3519.5118.1172.2954.597月34.6930.5426.3229.5022.8184.5053.948月23.7519.6815.2512.7712.2277.9148.369月15.2812.4314.1112.309.6554.2828.9510月1-10日9.478.687.877.663.9527.6316.45合計(jì)113.2991.7483.9081.7466.74316.61202.29蒸發(fā)量/降水量%16.8413.6412.4712.159.9247.0730.08第九頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散三.森林蒸散(evapotranspiration)
(一)森林蒸散作用指森林蒸散是森林生態(tài)系統(tǒng)向大氣的總水汽通量,它包括森林植物的蒸騰和林下地面蒸發(fā)量。
(二)、影響因子森林的蒸散取決于許多因子,如樹(shù)種、郁閉度、林齡、土壤中可利用水分、輻射、風(fēng)速等。第十頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散
表不同林分類(lèi)型的蒸散量(1982,6.1-10.10)
樹(shù)種華山松油松華北落葉松銳齒櫟草坡郁閉度0.80.80.70.7疏密度0.580.730.560.671.0蒸散量507.30465.46444.56349.37340.15林地蒸發(fā)量92.3083.9081.7466.74316.65林分蒸騰量269.55203.83225.25162.6023.50截留蒸發(fā)量145.45177.73137.67120.03第十一頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.1森林蒸散
在潮濕地區(qū)實(shí)際蒸散和蒸散潛力很接近,但是在較干旱的地區(qū),二者的關(guān)系卻很難建立起來(lái)。在降水后的很短時(shí)間內(nèi),實(shí)際蒸散值會(huì)很高而蒸散潛力由于空氣飽和差變小,會(huì)變得很小。
McNaughton和Jarvis(1983)收集了大量森林和農(nóng)作物蒸散的資料,結(jié)果表明,在比較干旱的條件下,森林消耗的水分比農(nóng)作物要小,而在潮濕條件下,由于森林有很大的粗糙度,能量交換過(guò)程比矮小作物快得多,所以消耗的水分要多得多。第十二頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日第五章森林蒸散5.1森林蒸散5.2森林蒸散的測(cè)定方法第十三頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.2森林蒸散的測(cè)定方法一、蒸騰的測(cè)定方法(一)、樹(shù)液流測(cè)定法1、熱脈沖法(heatpulsemethod)
式中,Vh-熱脈沖速度(cm/s);OB、OA—分別為從加熱點(diǎn)到達(dá)A、B點(diǎn)的距離(厘米),通常OB>OA(例如,OA=0.5cm,OB=1.0cm);t—結(jié)O點(diǎn)加熱后,到A、B點(diǎn)的溫度相等時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間(S);第十四頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.2森林蒸散的測(cè)定方法一、蒸騰的測(cè)定方法(一)、樹(shù)液流測(cè)定法2、放射性同位素法用放射性同位素作為樹(shù)液流動(dòng)標(biāo)記,測(cè)定從根部注入后到達(dá)樹(shù)干上部某一點(diǎn)所需的時(shí)間。
用某種色素作為示蹤元素進(jìn)行同樣的試驗(yàn)。3、色素法第十五頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.2森林蒸散的測(cè)定方法一、蒸騰的測(cè)定方法(二)、葉重量快速測(cè)定法切取樹(shù)木的葉片或帶葉小枝,在氣孔或滲透壓的狀態(tài)還無(wú)明顯變化時(shí),立即快速地用商精度的量計(jì),測(cè)定其減少的重量,當(dāng)做單位蒸騰量;另一方面,樹(shù)定單株樹(shù)木、甚至全林分的總?cè)~量。
(三)蒸發(fā)計(jì)近似測(cè)定法
標(biāo)準(zhǔn)的蒸騰面可看成是具有許多微孔的表面,把蒸發(fā)計(jì)放在對(duì)象林木的附近,測(cè)定其蒸發(fā)值,用來(lái)代替蒸騰量。第十六頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.2森林蒸散的測(cè)定方法一、蒸騰的測(cè)定方法(四)大樹(shù)蒸騰法(五)氣孔計(jì)法第十七頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日5.2森林蒸散的測(cè)定方法二、蒸散的測(cè)定(一)微氣象法能量平衡-波文比法,空氣動(dòng)力學(xué)法、Penman-Monteith方程,渦動(dòng)相關(guān)法,各種模擬研究法
水量平衡法、零能量平面法、Lysimeter法(二)水文學(xué)方法(三)生理學(xué)方法熱脈沖法、示蹤同位素法、空調(diào)室法、氣孔計(jì)法第十八頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(一)、能量平衡波文比法(EBBR法)
森林作用層的能量平衡方程可表示為:R=LE+H+G+F+A式中:R-輻射差額或輻射收支;L-汽化潛熱;E-鉛直方向水汽通量;LE-蒸散耗熱;H-亂流熱通量;G-土壤熱通量;F-森林植物體的貯熱變化;A-光合作用耗熱。通常A小于R的3%,故在森林能量平衡計(jì)算中往往忽略不計(jì)。5.2森林蒸散的測(cè)定方法方程中的輻射差額項(xiàng)(R),土壤熱通量項(xiàng)(G)和森林貯熱變化項(xiàng)(F)可以通過(guò)實(shí)測(cè)得到。
第十九頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(一)、能量平衡波文比法(EBBR法)
5.2森林蒸散的測(cè)定方法式中,Cp-空氣的定壓比熱(Cp=0.24);P-氣壓;ε-水汽與空氣的克分子量的比值,ε=0.622;L-水的汽化潛熱;Δθ-林上觀測(cè)的兩個(gè)高度上的位溫差,當(dāng)高度差不大時(shí)可用氣溫差代替位溫差;Δe-兩個(gè)高度上的濕度差值;γ-干濕表常數(shù)。(5-3)第二十頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(二)、流域水量平衡法
進(jìn)入流域的降水,一部分向下潛流失,另一部分被貯留在流域中,貯留部分可能被蒸發(fā)和蒸騰而散失到空中,因此,流域一年中的蒸散量可用下式表示:
ET=P-R±ΔMET—年實(shí)際蒸發(fā)散量(mm);P—年降雨量(mm),R-年徑流量(mm);ΔM—流域的年貯水變動(dòng)量(mm)5.2森林蒸散的測(cè)定方法第二十一頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(三)、萊氏蒸滲儀(Lysimeter)法5.2森林蒸散的測(cè)定方法切取和周?chē)耐寥老喾蛛x的土柱體,讓它的表面接受降水,或進(jìn)行人工給水,這種裝置稱(chēng)為萊氏測(cè)滲計(jì),可以測(cè)定水量平衡關(guān)系式中的部分或全部水分因子。如果在土柱體的地表栽植樹(shù)木,即可測(cè)出水分收支量之差,即蒸發(fā)散量,從而推算出山腹地帶單位面積的蒸發(fā)散量。第二十二頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(四)、水量收支平衡法5.2森林蒸散的測(cè)定方法直接秤量型、間接秤量型(液壓型、漂浮型、收支型)。
(五)、土壤水分變化法
對(duì)于某地段的非飽和土層,其水量平衡式為:
ET=p—Δs-rs一Δq十Δrm
式中,Δs—非飽和土層中貯水量隨時(shí)間的變化;rs—地表徑流量;Δq—非飽和土層和它的下層之間在形成飽和土層過(guò)程中的水分交換量;Δrm—中間流入量和中間流出量之差(mm)。第二十三頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(六)、空氣動(dòng)力學(xué)方法5.2森林蒸散的測(cè)定方法利用風(fēng)速垂直梯度求得濕度亂流交換系數(shù)與動(dòng)量亂流交換系數(shù)的關(guān)系來(lái)求得水汽的垂直通量。
用一種特別設(shè)計(jì)的“渦動(dòng)通量?jī)x”,可測(cè)定垂直風(fēng)速和濕度的瞬間脈動(dòng)值,計(jì)算出水汽通量。
(七)、渦動(dòng)相關(guān)法(八)、氣孔計(jì)(Porometer)第二十四頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(九)、空調(diào)室方法5.2森林蒸散的測(cè)定方法將整個(gè)植株放于空調(diào)室中,測(cè)定室內(nèi)水汽增加量就可以測(cè)得林木和地面的總蒸散。
(十)彭曼(Penman)公式根據(jù)經(jīng)驗(yàn),植被地域的蒸散量可以用相同氣象條件下的水田蒸發(fā)量乘以系數(shù)求得,彭曼用熱量平衡和空氣動(dòng)力學(xué)方法解析得出這個(gè)系數(shù)的理論值,并建立此公式,用日照時(shí)間、風(fēng)速、氣溫和濕度資料,推算月平均日蒸散量(能)。第二十五頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(十)彭曼(Penman)公式式中,EPT-月均日蒸散量(能)(mm/d);Pa—大氣壓(毫巴);γ-0.0065Pa(毫巴/℃);Δ—在平均濕球溫度t(℃)時(shí)的飽和水蒸氣壓曲線(xiàn)的梯度(毫巴/℃);R0-有效輻射熱量(mm/d,1mm/d=59cal/cm2·d);α--水面反射系數(shù),0.05;Ra—在假設(shè)無(wú)大氣的條件下的最大可能輻射量(可用mm/d表示);n/N—實(shí)際日照時(shí)間與可能日照時(shí)間之比,即日照率;σt4--在日照平均溫度t(絕對(duì)溫度K)條件下的黑體散射;5.2森林蒸散的測(cè)定方法第二十六頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(十)彭曼(Penman)公式5.2森林蒸散的測(cè)定方法σ—斯帶芬—波爾茲曼系數(shù)(用mm/d表示);ea—在理想的水面蒸發(fā)量條件下的參數(shù),即風(fēng)速和飽和差的函數(shù)(mm/d);V2—地上2米內(nèi)的平均風(fēng)速(m/s);es—對(duì)應(yīng)于日平均氣溫的飽和水蒸氣壓(毫米汞柱);ed—在日平均氣溫條件下的實(shí)際(百葉箱內(nèi))水蒸氣壓(毫米汞柱)。第二十七頁(yè),共三十頁(yè),2022年,8月28日(十一)、蒸散的其他推算方法
1、桑斯威特式5.2森林蒸散的測(cè)定方法EPT=0.533D0(10Tj/J)aa=6.75×10-7J3-7.71×10-5J2+1.79×10-2J+0.49J=(Tj/5)1.514(j=1,2…12)式中,EPT-月平均蒸散量(mm/d);D0-日照時(shí)數(shù),按12h/d
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