森林對降水量調節的研究

王麗

（山東省國土空間規劃院，山東濟南 250014）

筆者曾利用線性回歸方程，對過各月降水量與森林覆蓋率關系的分析，得出降水量與森林覆蓋率之間存在線性回歸關系，森林對降水的貢獻率為2.12%，森林覆蓋率每增加10%，能增加降水6.1mm的結論。由于受季節氣候變化的影響，各月降水量變化較大，最后歸結到全年合計上，下面利用年降水資料，由于降雨量受地形影響較大，平原地區森林相對稀少，筆者利用臨朐、沂水、泰山林場等26個縣（市、區，林場）26個縣級單位的降水資料和森林覆蓋率資料，對這一相關關系進行研究。

1.資料來源

各縣（市、區、林場）年降水量資料由山東省氣象局提供，森林覆蓋率數據來源于一類、二類森林資源調查及1983年林業區劃調查據。森林覆蓋率根據張德全[1]等人的研究成果及國家有關現行技術標準進行了必要的科學校正。筆者為了增加樣本數量，分別取1960、1974、1983、1990、2000 5個年度及其他們之間的均值（如1960—1974，1960—1983等，依次類推，直至1990—2000），一共形成15個試驗樣本數據組合。

2.研究方法

筆者參照孫小珺[2]、鞏延蘋[3]，張德全[4]、張靖[5]、董興囤[6]、楊科家[7]等人的研究方法，以森林覆蓋率為自變量x（單位為其數值的100倍），以降水量為因變量y,設a、b為待求系數（二者均為正負實數），建立線性回歸方程y=a+bx，通過對這一線性回歸方程的求解，并進行t、F、R（相關系數）檢驗，以期找出內在規律性。并根據導數計算公式，計算年降水量與森林覆蓋率對數導數之間的回歸關系，森林覆蓋率對數導數的科學含義為森林覆蓋率年遞增率的變化速度，然后再對回歸方程中的回歸系數（即b值），進行再次線性回歸分析，以期找出其規律性。

3.研究結果

研究結果中精度的計算通過查表相關系數R對照，用內插法求得。森林對降水貢獻率以臨朐縣為例說明，計算式為（589.18-315.55）÷589.18=46.44%，其他計算照此進行。試驗表明所有處理（縣級單位）均通過F檢驗（試驗精度90%以上），最高試驗精度達到99.67%（澇山區），有15個縣級單位未通過t檢驗，11個單位通過t檢驗，最高試驗精度達到99.69%（澇山區），12個單位通過R檢驗，試驗精度最高的萊蕪區達到99.88%。將通過相關系數R檢驗的試驗結果。平均b值為0.083，森林對降雨影響平均貢獻率5.2%，如果將各處理的貢獻率取絕對值，其平均值為34.80%，這一數值為森林對降水量的平均影響率。森林覆蓋率較高或年均降雨量較高時，回歸系數b值出現負值現象，因此并不是降雨量總是隨著森林覆蓋率的升高而升高的，有時可走向反面。通過對回歸系數與森林平均覆蓋率或年均降水量間建立線性回歸關系分析，當平均森林覆蓋率為25.40%，年均降水量為762.88mm時，回歸系數b值由正轉負的臨界值為：森林覆蓋率為15.16，年降量為728.09mm，低于這個值是正面影響，高于這個值就是負面影響，這就是所謂的森林調節氣候的作用吧，當年降水量較少時，森林使降水量向著增大的趨勢發展，反之則有完全與之相反的效果，即降水量較大時，森林的調節，又使其向著趨于減少的方向的發展。但是這一回歸關系沒有通過t、F、R檢驗。但是回歸系數b值與森林覆蓋率或年降雨量的倒數（即它們的對數的導數，科學含義增長或減少指數的變化速度，也說是遞增或遞減率）建立的線性回歸關系，表現出了極大的相關性，對于森林覆蓋率t值達1825.95（精度達到99.9998%），F值達6184.59（精度達到99.9984%），相關系數R值達到0.99999（精度達到99.99999%），經過換算，森林覆蓋率超過19.20%時，相關系數由正變負，森林的存在，反而會使降雨量減少；對于降雨量而言，t值達2.2721（精度達到95.56%），F值達12.5739（精度達到99.20%），相關系數R值達到0.5331精度達到92.29%），經過換算，年降水量超過722.80mm時，相關系數由正變負，森林的存在，反而會使降雨量減少。從中可以看出，回歸系數b值的變化對森林覆蓋率的變化極為敏感，對年降雨量的年際變化較為敏感。

年降水量與森林覆蓋率對數導數回歸分析可以看出，除滕州市、蘭陵縣外，在年降水量與森林覆蓋率對數導數回歸分析試驗中，有12個縣級單位未通過t檢驗，14個通過檢驗，最高試驗精度為99.94%（澇山區略低），除萊蕪區外，均通過F檢驗，最高試驗精度為99.89%（安丘市略高嶗山區）。有11個單位通過相關系數R檢驗，最高試驗精度為99.94%（萊蕪區）。這11個縣級單位的平均試驗精度為97.47%，森林對降水量相對貢獻率為-2.82%，這就是說總體上森林是使降水量保持了下降的趨勢，取其絕對值均值就是其影響率為24.18%，是同一值的69.48%，由于年均降水量有所提高，這就是說隨著降水量的增加，森林對降水量的調節作用相對減弱。回歸系數b值，分別與森林覆蓋率、年降雨量進行線性回歸關系分析，均表現出十分顯著，試驗精度分別達到99.94%和99.83%，通過計算得出，當森林覆蓋率超過20.45%和年降水量超過714.47mm時，森林對降水量的影響由正效應變為負效應，筆者再次用回歸系數b值與森林覆蓋率及其年降水量的倒數（對數的導數）建立線性回歸方程，其試驗精度分別達99.999%和98.00%，前者有所提高，后者有所降低，表明對森林覆蓋率的變化反應更為顯著。經過計算，當森林覆蓋率超過21.12%和年降雨量超過697.95mm時，森林對降水量的影響由正效應變負效應。取試驗精度高都，當森林覆蓋率超過21.12%和年降水量超過714.47mm時，森林對降水量的影響由正效應變為負效應。

4.討論

研究表明，森林對降水量的作用，不僅僅是具有提升作用，隨著森林覆蓋率的提高，降雨量的增加，超過臨界值，會具有相反的作用，因此起到調節氣候的作用，也就是削峰填谷的作用，離臨界值越近，影響越小，在臨界值上影響為零，離臨界值越遠影響越大，至于在何種狀態下影響最大，變化最快，有待于另立課題進行研究。根據研究結果，取研究精度高的，森林覆蓋率的臨界值為19.20%，年降水量的臨界值為714.47mm，研究結果表明，森林對降水量的平均貢獻率為5.2%，影響力為34.8%。筆者利用對數導數進行回歸分析，提高了試驗精度，增加了可靠性，研究表明大部對分線性回歸顯著，其對數導數及指數對數等的回歸也十分顯革，精度會大大提高，也有不同的個例，為該項課題的研究，提供了新方法。通過對26個縣級單位的研究，大部分能通過F檢驗，再就是容易通過t檢驗，最不易通過的就是R檢驗，為什么會出現這樣的情況，在以后研究中加以解決，通過R檢驗的，一般能通過F橙驗和t檢驗，也有不同的個例，這有待于在以后的研究中加以解決。筆者通過取多年均值的辦法，不僅增加了試驗樣本個數，增加了試驗可靠度，也避免了客觀噪聲的影響。