森林冠层-大气界面水汽输出阻力模型研究

Resistance of canopy - atmospheric water vapor output was a key point in researching forest canopy transpiration. At present, there was no quantitative way to express the resistance from mechanism. In order to accurately reflect the resistance of canopy - atmospheric water vapor output, Cunninghamia Lanceolata forest and Pinus massoniana forest, as representative forests in subtropical area, will be chosen, and these methods that including field experiment, positioning observation of stand structure indexes and environmental factors and model building will be adopted. At the same time, water vapor flux observation tower, sap flow monitoring system and soil water and heat monitoring system will be used to research relying on the Huitong Long-term Ecological Research Station. In this research, we use the relationship among canopy stomatal resistance, the resistance of the boundary layer and the aerodynamic resistance as the cut-in point of the research, (1) to establish resistance model: resistance model of canopy - atmospheric water vapor output; (2) At the same time, continuous observing and calculating the spatial and temporal variations of forest canopy resistance;(3)Compared with the result of resistance model, sap flux method and water vapor flux observation method, we prove the veracity and reliability of conductance model;(4)Based on this, analyzed the applicability of conductance model, and revealed the applicable scope of the conductance model in environment factor. This research could accurately reflect resistance of canopy - atmospheric water vapor output from the Angle of mechanism. It could provides a new angle and technical reference to clarify the forest canopy water output mechanism.

森林冠层-大气界面水汽输出阻力是准确表达冠层蒸腾的重要环节，目前对该阻力的研究还存在着量化不准确的问题，为了解决这一问题，需要从冠层阻力内在关联进行深入研究。本研究依托国家林业局湖南会同森林生态系统国家野外科学观测研究站，选取杉木林和马尾松林两种亚热带典型林分，利用通量塔、树干液流和土壤水热监测系统等设备，采用野外实验布设、林分结构指标与环境因子定位观测和模型构建等方法，以冠层气孔阻力、边界层的阻力和空气动力学阻力三者内在关联作为研究的切入点，①建立量化冠层-大气界面阻力模型：冠层-大气水汽输出导度模型；②同时定量表达两种林分的冠层阻力的时空变化；③将表达结果与通量法和液流法获得的结果进行对比，验证导度模型的准确性和可靠性；④在此基础上完成导度模型的适用性分析，揭示导度模型的环境因子适用范围。研究从机理角度反映冠层-大气界面间水汽输出阻力，为阐明森林冠层水分输出机制提供新的角度与技术参考。

森林冠层蒸腾是森林生态系统水文过程的核心部分，而蒸腾机制的生物学过程研究与定量表达是森林生态水文学的基础科学研究，有助于深入理解森林水循环的调节作用，进一步为森林经营抚育提供技术指导，成为目前森林水文学和生态水文学研究的热点问题。而森林冠层-大气界面水汽输出阻力是准确表达冠层蒸腾的重要环节，目前对该阻力的研究还存在着量化不准确的问题，为了解决这一问题，需要从冠层阻力内在关联进行深入研究。项目以亚热带典型针叶林为研究对象，利用树干液流和土壤水热监测系统等设备，采用野外实验布设、林分结构指标与环境因子定位观测和模型构建等方法，以冠层-大气界面间水汽输出阻力的内在关联作为研究的切入点，定量表达了冠层-大气界面水汽输出导度模型，同时对比验证导度模型以及阐明其环境因子适用范围，以准确反映冠层-大气界面间水汽输出阻力，为阐明森林冠层水分输出机制提供新的角度与技术参考。结果表明：（1）冠层导度日变化特征表现为生长季高于非生长季，空气动力学导度日变化特征表现为昼夜温差大的月份大于昼夜温差小的月份，冠层-大气水汽输出导度日变化特征表现为非生长季与冠层导度日变化特征基本一致，生长季受空气动力学导度影响明显，白天高导度水平仅为冠层导度30-40%左右，日平均冠层-大气水汽输出导度在各个月份较为稳定。（2）冠层导度和空气动力学导度对冠层-大气水汽输出导度的影响大小在非生长季中表现为冠层导度大于空气动力学导导度，在生长季中冠层导度和空气动力学导度对冠层-大气水汽输出导度的影响大小基本一致。（3）在对亚热带典型针叶林的研究中，冠层-大气水汽输出导度模型能够定量表达冠层-大气界面水汽输出所受阻力。其可靠性与冠层导度相比在非生长季中表现更好，在生长季中表现基本一致。在模型模拟中，其适用范围相比冠层导度模型有进一步的提升。但在不同区域环境下能否适用还有待研究。