冰砬山區天然次生林內外溫濕度差異分析

顏廷武(遼寧省林業科學研究院，遼寧 沈陽 110032)

氣象要素對森林生態系統的結構、功能及平衡具有重要的影響。因此，森林氣象要素觀測與分析是森林生態系統定位研究的重要內容，研究森林小氣候的時空變化規律具有重要意義[1]。 天然次生林是遼東山區主要的森林植被類型之一，具有調節區域氣候的作用，同時對穩定生態平衡有著重要作用。本文以冰砬山天然次生林及附近林外標準氣象站2014—2016年氣象觀測數據為基礎，分析森林內外空氣溫濕度差異，旨在揭示冰砬山區天然次生林小氣候效應，加強對森林生態系統功能的認識，為森林經營及天然林保護提供科學依據。

1 研究地區概況

研究地位于遼寧冰砬山森林生態系統國家定位觀測研究站，地處124°45′—125°15′ E，42°20′—42°40′ N。冰砬山為吉林哈達嶺向西南延續地帶，平均海拔500～600 m，最高峰870 m。屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫5.2 ℃，年均降水量684.8 mm，年均蒸發量1 379.8 mm，無霜期133 d，極端高溫35.2 ℃，極端低溫-41.1 ℃，具有典型的山區氣候特征。土壤以暗棕壤為主，其次為棕色森林土，土壤質地多為粉砂壤質、壤質，土層深厚，有機質含量高，土壤pH值為6～7。

2 研究方法

以冰砬山區天然次生林為研究對象，設置標準地，標準地內主要喬木有色木槭(AcermonoMaxim.)、春榆(UlmuspropinquaKoidz.)、蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch.)、花曲柳(FraxinusrhynchophyllaHance.)、紫椴(Ti1iaamurensisRupr.)、懷槐(MaackiaamurensisRupr.)。林分平均高為18 m、平均胸徑為15.2 cm，密度1 140株hm-2，郁閉度0.9，灌木蓋度0.5，草本蓋度0.9。利用自動氣象梯度觀測系統定位觀測天然次生林內氣象要素。在冰砬山區林外空曠地區設立25 m×25 m標準氣象場，利用ENVIS自動氣象站長期定位觀測氣象要素。本文以2014—2016年天然次生林內2 m層空氣溫濕度及林外1.5 m層空氣溫濕度數據為基礎，利用Excel處理和統計分析林內外空氣溫濕度差異。

3 結果與分析

3.1 天然次生林內外空氣溫度差異

如圖1所示，林內外月平均氣溫相差很小，在0.1～0.9 ℃范圍內。3—8月林內溫度低于林外溫度，1月、2月、9月至12月林內氣溫高于林外氣溫。在氣溫升高時，林外氣溫升高速度比林內氣溫升高速度快；氣溫下降時，林外氣溫降低速度比林內氣溫降低速度快，每月林內極端高溫低于林外極端高溫，林內極端低溫高于林外極端低溫，林內氣溫較差多年月平均值低于林外氣溫較差月平均值(見圖2)，林內氣溫變化幅度小于林外氣溫變化幅度。即林外溫度變化速度比林內溫度變化速度快；可見森林具減緩氣溫變化的作用。

圖1 2014—2016年林內外多年月平均氣溫

圖2 2014—2016年林內外多年月氣溫極值變化

圖3 2014—2016年林內外不同時刻多年平均氣溫日變化

如圖3所示，林內外多年平均氣溫日變化均呈單峰型變化規律，午后出現高溫，凌晨出現低溫，白天林內溫度低于林外溫度，夜間林內氣溫高于林外氣溫，林內氣溫日較差低于林外氣溫日較差。

3.2 天然次生林內外空氣濕度差異

圖4 2014—2016年林內外多年月平均空氣濕度變化

如圖4所示，林外月平均空氣濕度高于林內月平均空氣濕度。林內外月平均空氣濕度差異在2%～17%范圍內，其中8—11月份相差9%～17%，其他月份相差2%～6%。

如圖5所示，林內外空氣濕度日較差變化規律相同，林內空氣濕度日較差與林外空氣濕度日較差同時增大或減小，林內空氣濕度日較差小于林外空氣濕度日較差。林內最大空氣濕度與林外最大空氣濕度變化規律相同，林內外差值很小，在0%～2%之間。林內最小空氣濕度與林外最小空氣濕度變化規律相同，6月、7月、8月、12月林內最小空氣濕度大于林外最小空氣濕度5%～12%。其他月份林內外最小空氣濕度相差1%～4%。

圖5 2014—2016年林內外空氣濕度極值變化

圖6 2014—2016年林內外不同時刻多年平均空氣濕度日變化

如圖6所示，林內外多年平均空氣濕度日變化規律相同，呈“U”字形變化，午后13:00～14:00出現最低值，夜間空氣濕度高于白天，白天林內空氣濕度高于林外空氣濕度，夜間林內空氣濕度低于林外空氣濕度。

4 結論與討論

林內外月平均氣溫相差很小，在0.1～0.9 ℃范圍內。多年月平均氣溫、極端氣溫、日變化均表現為林內氣溫變化幅度小于林外氣溫變化幅度:冬季林內氣溫高于林外氣溫，夏季林內氣溫低于林外氣溫；林內氣溫日較差低于林外氣溫日較差；白天林內氣溫低于林外氣溫，夜間林內氣溫高于林外氣溫。由于林冠的阻擋作用，達到地面的太陽短波輻射和長波輻射被林冠逐步削減，同時地面向上的長波輻射也被林冠阻擋。因此夏季或是白天凈輻射為正值時，林冠發揮阻擋太陽輻射向下進入林內，使林內溫度低于林外；冬季或夜間林冠發揮阻擋長波輻射向上傳輸的作用，使林內溫度高于林外溫度[2]。可見林冠具有保溫作用，減緩極端氣候的發生。

不同的森林生態系統類型受植被類型、地形地貌、氣候環境等條件的影響，小氣候效應存在一定差異[3]。孫金偉等通過對長白山闊葉紅松林內外空氣溫濕度研究，發現有森林植被覆蓋與空曠地相對濕度最大差值約為7%[3]。本研究中雖然林外月平均空氣濕度高于林內月平均空氣濕度，但是林內空氣濕度日較差低于林外空氣濕度日較差。白天林內空氣濕度高于林外空氣濕度，夜間林內空氣濕度低于林外空氣濕度。