沼澤濕地與周邊旱田氣溫、相對濕度差異分析1)

拱秀麗 王毅勇 聶 曉 尹曉梅

(中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長春，130012)

濕地是水陸相互作用形成的具有多種功能的獨特生態(tài)系統(tǒng)，介于水陸之間，具有巨大的生態(tài)功能和環(huán)境效益［1］。又由于其特殊的結(jié)構(gòu)和功能，濕地已成為全球變化響應的敏感區(qū)域。近年來，人口增長對糧食的需求加大了土地資源的壓力，大面積濕地被開墾，濕地面積銳減，原有濕地區(qū)域的下墊面性質(zhì)發(fā)生了改變，濕地開墾對局地小氣候的影響不容忽視［2］。認知濕地下墊面對局地氣候的影響，對揭示濕地生態(tài)功能，評價濕地在全球環(huán)境中的地位具有重要意義［3］。相關(guān)研究表明:濕地冷濕效應與濕地植被類型和積水深度有關(guān)［4－5］;沼澤濕地由于下墊面冷輻射夜間有逆溫現(xiàn)象，又由于植物蒸騰作用的影響日間有逆濕現(xiàn)象［6］;紅樹林濕地系統(tǒng)對區(qū)域小氣候有顯著的調(diào)節(jié)作用［7］。但總體上國內(nèi)外對濕地小氣候環(huán)境效應的研究還很不充分，相關(guān)研究在不斷的積累中。

文中根據(jù)實測資料，分析了生長季三江平原沼澤濕地及周邊旱田的氣溫和相對濕度的分布規(guī)律，探討了濕地冷濕效應的空間影響范圍，為深入探討濕地系統(tǒng)的生態(tài)效應和環(huán)境效應提供數(shù)據(jù)積累。

1 試驗區(qū)概況

本研究是在中國科學院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗站綜合試驗場內(nèi)進行試驗觀測的，該試驗站位于三江平原典型沼澤濕地分布區(qū)的別拉洪河流域［8］。三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗站綜合試驗場面積為100 hm2，覆蓋有9 m左右的黏土和亞黏土層，透水性很差，因此發(fā)育了各種類型的沼澤濕地和沼澤化草甸濕地。試驗場內(nèi)的植被類型主要有毛果苔草(Carex lasiocarpa)、漂筏苔草(Carex pseudocuraica)、狹葉甜茅(Glyceria spiculosa)、小葉章(Calamagrostis angustifolia)等，土壤類型主要有沼澤土、沼澤化草甸土和白漿土等。試驗場內(nèi)的植被類型和土壤類型在三江平原均具有典型性和代表性，是三江平原典型沼澤濕地的一個縮影［9］。

2 材料與方法

試驗沿觀測要素梯度分布方向布設(shè)3個觀測點。圖1為試驗觀測點位置分布示意圖，觀測點1位于沼澤濕地內(nèi)，地理位置為 47°35'10.91″N，133°30'3.43″E，觀測期間濕地平均積水深度為30 cm。觀測點2和3均設(shè)在沼澤濕地周邊的大豆地中，分別用旱田1和旱田2表示，旱田1位于沼澤濕地北側(cè)230 m 處，地理位置為 47°35'18.30″N，133°30'3.02″E;旱田 2位于沼澤濕地北側(cè) 540 m 處，地理位置為 47°35'35.50″N，133°30'7.45″E。試驗在每個觀測點各設(shè)立1個觀測桿，分別在每個觀測桿的0.5、2.0、5.0 m 高度懸掛大氣溫、濕度自動記錄儀來測定氣溫和相對濕度，每個高度懸掛2個記錄儀作為平行觀測。本試驗采用的記錄儀型號為JL－06，測量氣溫精度為±0.3℃，相對濕度精度為±3%。試驗于2010年6月中旬、7月中旬、8月中旬、9月下旬進行4次觀測，選取晴朗天氣，每次連續(xù)觀測3～4 d，測量時間間隔為每半小時1次。

對每個觀測點的平行觀測值進行平均，以作為該點最終觀測值，對每月晴天的氣溫和相對濕度進行平均，以代表當月晴天的氣溫和相對濕度。對每月觀測期間每天同一時刻溫度和相對濕度進行平均，以代表當月溫度和相對濕度的日變化值。文中所處理數(shù)據(jù)所使用的軟件為Excel2003和Matlab7.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 沼澤濕地與旱田氣溫差異

3.1.1 不同觀測高度上氣溫水平分布差異

表1為不同觀測高度濕地、旱田1、旱田2間氣溫差異性分析結(jié)果。由表1可知，在0.5 m高度上，6、7、8月份3個觀測點之間的月平均氣溫有差異，其中6、8月份總體差異顯著，7月份總體差異極其顯著。在2 m和5 m兩個高度上，生長季6—9月份內(nèi)，3個觀測點之間月平均氣溫均無差異。說明沼澤濕地的降溫效應在0.5 m的冠層高度上最為顯著。

表1 不同觀測高度濕地、旱田1、旱田2間各月份平均氣溫方差分析

結(jié)合表 2，對比 6—9 月份，在 0.5、2.0、5.0 m 高度上 3 個觀測點的月平均氣溫值結(jié)果，可以看出，沼澤濕地的平均氣溫均低于旱田，且兩者的氣溫差異在0.5 m高度最為明顯，隨著觀測高度的增加，沼澤濕地與旱田的氣溫差異逐漸減小。旱田1由于離濕地距離比較近，氣溫與濕地的差異較小，但依然高于濕地，在5.0 m高度上旱田1與濕地的氣溫幾乎沒有差異。說明沼澤濕地對周圍局部地區(qū)的貼地層氣溫的升高有延緩作用，而隨著水平范圍的擴大和垂直高度的增加，沼澤濕地的降溫作用逐漸減弱。

表2 2010年6—9月份不同觀測高度上各觀測點的月平均氣溫對比

3.1.2 氣溫的季節(jié)變化比較

0.5 m高度處不同月份(6—9月份)平均氣溫的觀測結(jié)果顯示(表3):6—9月份，沼澤濕地的平均氣溫都低于旱田，但6—8月份沼澤濕地的降溫效應比較顯著，9月份濕地和旱田的溫差縮小。沼澤濕地的降溫效應主要是由于濕地地表有積水，而水體的熱容量比土壤大，因此，濕地近地層氣溫比旱田低［10］。由表3可知貼地層0.5 m高度，7月份沼澤濕地的降溫效應最為明顯，沼澤濕地平均氣溫比旱田1和旱田2分別低0.30、0.85℃。原因在于7月份降雨較多，氣溫高，植物生長旺盛，濕地植物的蒸發(fā)蒸騰作用強，消耗了地表較多的熱量，使沼澤濕地貼地層氣溫顯著低于旱田氣溫，表現(xiàn)出強烈的降溫效應。

表3 0.5 m觀測高度不同月份不同觀測點月平均氣溫對比

3.1.3 氣溫的日變化比較

由圖2可以看出，沼澤濕地和旱田的氣溫日變化規(guī)律基本一致，均是單峰型曲線，氣溫極值出現(xiàn)時間也大體相同。白天同一時刻3個觀測點的氣溫由小到大排序為:濕地、旱田1、旱田2。在 12:00—14:00，三者間氣溫差值最大。以 7月份為例，沼澤濕地與旱田1和旱田2的最大氣溫差值分別為－1.29、－5.13℃。在夜間沼澤濕地與旱田的氣溫差異較小。

圖2 2010年6—9月份0.5 m觀測高度不同觀測點氣溫日變化

3.2 沼澤濕地與旱田相對濕度差異

3.2.1 不同觀測高度上相對濕度水平分布差異

不同觀測高度3個觀測點在各月份的平均相對濕度方差分析結(jié)果見表4。結(jié)合表4分析可知，在0.5 m高度上，6—9月份3個觀測點之間的月平均相對濕度有差異，其中6、8、9月份總體差異顯著，7月份總體差異極顯著。在其他2個高度上，無論哪個月份，3個觀測點之間的月平均相對濕度均無差異。

表4 不同觀測高度濕地、旱田1、旱田2間各月份平均相對濕度方差分析

與氣溫的變化規(guī)律相反，3個觀測點上的相對濕度由小到大的排序為:旱田2、旱田1、濕地，這種規(guī)律在0.5 m高度表現(xiàn)最為顯著(表5)。濕地上空相對濕度比旱田高，而且濕地上空湍流動能較旱田上空小，影響了濕地上空水氣的湍流擴散，從而形成“濕島”［11］。隨著高度的增加，沼澤濕地的“濕島”效應逐漸減弱，5.0 m高度幾乎沒有“濕島”效應。在相同的氣候條件下，蒸散量的大小主要由下墊面的水分條件和植被特征所決定［8］，隨著垂直高度的增加，下墊面水分蒸散對空氣相對濕度的影響會逐漸減弱，空氣的湍流運動隨著高度的增加逐漸增強，使高空水分的散失速度加快，故相對濕度隨著高度的增加逐漸變小。

表5 2010年6—9月份不同觀測高度不同觀測點的月平均相對濕度對比

3.2.2 相對濕度的季節(jié)變化

在季節(jié)變化上，分析表6可發(fā)現(xiàn)，沼澤濕地、旱田1、旱田2的平均相對濕度呈梯度遞減，這種梯度變化在7月份表現(xiàn)最為明顯，沼澤濕地的相對濕度較旱田1和旱田2分別高出1.83%和3.60%。7月份三江平原雨量充沛，沼澤濕地積水較深，此時正是植物的生長季，植被覆蓋率大，加之氣溫較高，強烈的蒸散發(fā)作用將大量水分輸送到濕地上空，導致沼澤濕地貼地層相對濕度大于旱田。

表6 0.5 m觀測高度不同月份不同觀測點相對濕度比較

3.2.3 相對濕度日變化

由圖3可知，沼澤濕地與旱田的相對濕度日變化曲線均呈U型曲線，相對濕度的極值出現(xiàn)時間基本相同。白天同一時間3個觀測點相對濕度由大到小的順序為沼澤濕地、旱田1、旱田2，午后時段(12:00—14:00)三者相對濕度差異最大。此變化規(guī)律在7月份表現(xiàn)最為明顯，沼澤濕地與旱田1和旱田2在7月份午后時段的最大相對濕度差值分別為4.51%和13.9%。在夜間，沼澤濕地和旱田的相對濕度均比較高，差異沒有白天大。

4 結(jié)束語

通過對三江平原沼澤濕地及周邊不同距離旱田的近地面氣溫和相對濕度的實測結(jié)果對比分析研究表明，沼澤濕地在一定范圍內(nèi)具有降溫增濕，調(diào)節(jié)局地小氣候的作用。

同周邊旱田相比，沼澤濕地氣溫低，相對濕度大，具有明顯的冷濕小氣候效應，且在貼地層0.5 m高度表現(xiàn)最為顯著。在垂直方向上，隨著高度的增加，沼澤濕地的冷濕效應逐漸減弱;在水平方向上，對于不同距離的旱田，沼澤濕地的冷濕效應影響程度不同，具體表現(xiàn)為隨著距離的增大，沼澤濕地的冷濕效應影響逐漸減弱。7月份沼澤濕地的冷濕效應表現(xiàn)最為顯著，9月份沼澤濕地的氣溫和相對濕度都比較低，冷濕效應不明顯。

圖3 2010年6—9月份0.5 m觀測高度不同觀測點相對濕度日變化

沼澤濕地及周邊旱田的溫濕度日變化結(jié)果顯示:白天12:00—14:00，沼澤濕地的冷濕效應最為明顯，而夜間沼澤濕地與旱田的氣溫和相對濕度差異較小。

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