東平湖周邊城鄉(xiāng)與人工林的溫濕效應(yīng)研究

燕柯如，靖淑惠，張?zhí)炫e，鄭德心

(聊城大學 環(huán)境與規(guī)劃學院，山東 聊城 252059)

東平湖周邊城鄉(xiāng)與人工林的溫濕效應(yīng)研究

燕柯如，靖淑惠，張?zhí)炫e，鄭德心

(聊城大學 環(huán)境與規(guī)劃學院，山東 聊城 252059)

東平湖濕地；冷濕效應(yīng)；溫度；濕度

采用便攜式自動觀測氣象站，測定了東平湖周邊城鄉(xiāng)與人工林的溫度、濕度、光照強度，分析了湖體周邊城鄉(xiāng)與人工林的溫濕度差異及原因，結(jié)果表明：①湖泊周邊城鄉(xiāng)溫度及濕度的波動受湖泊影響，表現(xiàn)為距湖較近的城鄉(xiāng)波動較大，距湖泊不同距離的人工林的溫濕度變化同樣是近湖泊處波動較大，這種變化主要是由湖泊濕地的冷濕效應(yīng)造成的；②距湖泊相同距離的人工林與城鄉(xiāng)相比，城鄉(xiāng)的溫度明顯高于人工林，但人工林在上午9：00—10:00時溫度增加值最大，達3.4 ℃，而城鄉(xiāng)在上午10：00—11：00時增加值最大，為2.8 ℃，人工林溫度表現(xiàn)出較大的波動性；③在上午9：00之前人工林的大氣相對濕度大于城鄉(xiāng)，9：00之后則明顯低于城鄉(xiāng)，而城鄉(xiāng)的大氣相對濕度變化較小，說明植被對湖泊的冷濕效應(yīng)有調(diào)節(jié)作用。

濕地是一種重要的資源，是水陸相互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)[1]，其特殊的結(jié)構(gòu)和功能使其成為響應(yīng)全球環(huán)境變化的敏感區(qū)域[2]。濕地在具有豐富資源的基礎(chǔ)上，擁有巨大的環(huán)境調(diào)節(jié)和生態(tài)效益功能[3]。其中，冷濕效應(yīng)是濕地的環(huán)境效應(yīng)之一，這是由于濕地長期季節(jié)性積水，而水的比熱容大，消耗太陽能多，使地表增溫困難，同時強烈蒸發(fā)導致近地層空氣濕度增加所致[4]。已有研究表明，濕地冷濕效應(yīng)與濕地植被類型和積水深度有關(guān)[5]，對區(qū)域小氣候有顯著的調(diào)節(jié)作用[6]。東平湖是南水北調(diào)東線工程的重要水利樞紐，近幾年開展的濕地旅游和物質(zhì)生產(chǎn)活動，使人類活動逐漸向東平湖濕地靠攏。本研究通過分析該湖泊春季溫濕度對周邊城鄉(xiāng)及人工林的影響，期望為水資源的開發(fā)利用及濕地環(huán)境保護提供科學依據(jù)。

1 研究地區(qū)概況

東平湖(35°30′～36°20′N、116°00′～116°30′E)位于黃河下游南岸，是我國東部地區(qū)典型的淺水型湖泊，山東省第二大湖泊，總面積為627 km2，全湖總?cè)菟窟_40億m3[7-8]。東平湖區(qū)屬于溫帶大陸性半濕潤季風氣候，四季分明。受大陸季風影響，東平湖區(qū)一般冬春兩季多風少雨雪，夏季則炎熱多雨，形成了春旱、夏澇的氣候特點，年平均氣溫13.3 ℃[9]。隨著南水北調(diào)工程的實施，其區(qū)域生態(tài)環(huán)境正在發(fā)生顯著變化。

2 研究方法

使用3臺便攜式自動氣象觀測站，選擇晴朗天氣，在東平縣城、王臺村、老湖鎮(zhèn)三個地方設(shè)置監(jiān)測點(見圖1)，于2016年4月30日早6:00至5月1日早6:00(共24 h)，同時監(jiān)測這三個地方的溫度、濕度、太陽輻射量、風速，每30 min記錄一次數(shù)據(jù)。選擇晴朗天氣，在王臺人工林(距湖1 000 m楊樹林)、距湖200 m處的人工林(楊樹林)、湖邊設(shè)置監(jiān)測點(見圖1)，5月3日6:00到18:00(共12 h)，同時監(jiān)測這三個地方的溫度、濕度、太陽輻射量、風速，每30 min記錄一次數(shù)據(jù)。

用EXCEL軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

圖1 監(jiān)測點位置示意

3 結(jié)果與分析

3.1 湖泊周邊不同距離城鄉(xiāng)的溫度、濕度變化

由表1可知，對于溫度來說，王臺村的極差、方差最大，東平縣城最小，說明王臺村在一天中溫差最大，東平縣城溫差最小，即距離湖泊越近，氣溫波動越大。東平縣城的最高溫度和最低溫度均比王臺村和老湖鎮(zhèn)的高，而王臺村和老湖鎮(zhèn)的溫度基本相同，說明距湖面較近的城鄉(xiāng)受湖面影響較大，距離湖面較遠的城鄉(xiāng)受湖面影響較小。對于濕度來說，同樣是王臺的極差、方差最大，東平縣城最小，說明王臺村在一天中濕度波動最大，東平縣城濕度波動最小，即距離湖泊越近，濕度波動越大。東平縣城的濕度比王臺村的低，雖然老湖鎮(zhèn)和東平縣城的濕度差異不明顯，但隨著城鄉(xiāng)到東平湖的距離增加其濕度減少的趨勢是不變的。

表1 東平湖周邊城鄉(xiāng)的溫度、濕度統(tǒng)計

三個城鄉(xiāng)24 h的溫度、濕度變化總趨勢基本一致，由圖2(a)可知，溫度變化趨勢為：6：00至16：00氣溫連續(xù)上升，16：00至次日6:00氣溫緩慢下降，在16：00左右出現(xiàn)最高溫度，在6：00左右出現(xiàn)最低溫度；由圖2(b)可知，濕度變化趨勢為：6：00至16：00濕度連續(xù)降低，16：00至次日4：00濕度連續(xù)增加，最高濕度出現(xiàn)在次日4：00左右，最低濕度出現(xiàn)在16：00左右。溫度上升時，濕度降低，溫度下降時，濕度增加；溫度最高時，濕度較低，溫度最低時，濕度較高。由圖1可看出，城鄉(xiāng)距濕地的距離為：東平縣城>王臺村>老湖鎮(zhèn)，但王臺村附近有條大清河，對溫度和濕度有影響，使溫度降低，濕度增加。測定發(fā)現(xiàn)，距東平湖不同距離的城鄉(xiāng)，氣溫不同。大體上，距離東平湖越遠的城鄉(xiāng)，溫度越高，濕度越低(圖2)。

3.2 湖泊周邊不同距離人工林的溫度、濕度變化

由表2可知，對于溫度來說，距湖200 m楊樹林的極差最大，距湖1 000 m楊樹林次之，說明距離湖泊近的樹林，溫度波動較大。對于濕度來說， 距湖1 000 m

圖2 湖泊周邊城鄉(xiāng)溫度與濕度日變化

楊樹林的極差最大，距湖200 m楊樹林次之。湖邊的溫度、濕度的極差、方差最小，說明湖邊溫度、濕度波動最小，受湖面影響最大。

表2 東平湖周邊人工林的溫度、濕度統(tǒng)計

距湖1 000 m楊樹林、距湖200 m楊樹林、湖邊12 h的溫度和濕度變化總趨勢基本一致(圖3)，距湖1 000 m楊樹林、距湖200 m楊樹林在16：00左右溫度最高，湖邊在15:00左右溫度最高，三者均在6：00溫度最低；三者均在7：00左右濕度最大，14：00左右濕度最小。除6：00—7：00是溫度上升、濕度增加外，其余的時間段均是溫度上升時濕度降低，溫度下降時濕度增加；溫度最高時，濕度相對較低，溫度最低時，濕度相對較高。

由圖3(a)可看出，基本上，同時間距湖1 000 m楊樹林的溫度>距湖200 m楊樹林的溫度>湖邊的溫度；由圖3(b)可看出，濕度變化與溫度變化相反，同時間距湖1 000 m楊樹林的濕度<距湖200 m楊樹林的濕度<湖邊的濕度。說明同時期距離東平湖越遠，溫度越高，濕度越低。氣溫的變化，主要是由太陽輻射、地面溫度與湍流交換強度決定的，濕地由于地表積水或土壤過濕，增溫緩慢，因而距離湖面越近溫度越低?？諝獠粩嗟貙α骱屯牧鳎諝馕F之間不停地進行熱量交換和擴散，以及水汽交換和擴散，周圍空氣濕度受濕地的影響，距離湖面越近濕度越大[10]。

圖3 湖泊周邊人工林溫度與濕度日變化

3.3 湖泊周邊城鄉(xiāng)與人工林的溫濕度差異

為研究湖泊周邊城鄉(xiāng)與人工林對溫濕度的影響，我們選與東平湖距離基本相同的王臺村(代表城鄉(xiāng))和王臺人工林(代表人工林)進行對比研究。

3.3.1 城鄉(xiāng)與人工林對溫度的影響

由圖4可知，隨著光照強度增加，王臺人工林和王臺村的溫度均增加，13:00之后光照強度減少，而溫度繼續(xù)增至16:00左右達到最大值，之后逐漸減少。王臺人工林氣溫比王臺村低，是因為植被林冠層大幅度削弱太陽輻射，使得人工林內(nèi)的光照強度大部分時間比王臺村弱，從而致王臺人工林增溫緩慢。

圖4 王臺人工林和王臺村溫度和光照日變化

圖5反映了在15：00以前，王臺人工林和王臺村溫度變化值是正值，氣溫上升，且王臺人工林溫度增加值除了9:00—10:00和12:00—13:00比王臺村的大，其余時段均比王臺村的小，說明王臺人工林氣溫增加慢，溫度比王臺村的低。在16：00以后，二者溫度變化值均是負值，氣溫降低，王臺人工林減少值比王臺村的小，說明王臺人工林氣溫降低較慢，但溫度仍比王臺村的低。王臺人工林在9：00—10：00時溫度增加值最大，為3.4 ℃，之后溫度增加開始減緩，到15：00—16：00時增加值最小，為0.1 ℃，之后溫度開始下降，到17：00—18：00時減少值增大為1.5 ℃。王臺村在6：00—10：00溫度增加值增大，到10：00—11：00時增加值最大，為2.8 ℃，之后溫度增加開始減緩，在14：00和15：00時溫度相等，15：00之后溫度開始下降，17：00—18：00時減少值最大，為2.0 ℃。

圖5 王臺人工林和王臺村溫度變化值

3.3.2 城鄉(xiāng)與人工林對濕度的影響

由圖6可知，在上午9：00之前，王臺人工林的濕度大于王臺村的濕度，9：00之后，人工林的濕度小于王臺村的濕度。這是由于9：00之前人類活動剛剛開始，對冷濕效應(yīng)產(chǎn)生的干擾還不顯著，大氣中水汽的主要來源為下墊面水分的蒸散發(fā)，蒸散量由植物蒸騰和地面蒸發(fā)兩部分組成，因此下墊面的水分條件和植被特征決定了蒸散量的大小[11]。蒸騰強度大，輸入大氣中的水汽多，其增加的空氣濕度和水汽壓也相當可觀，所以人工林的濕度要比城鄉(xiāng)的濕度大。9：00之后，濕度增加值較大(圖5)，人類和機動車活動加劇，使林冠層下空氣流動加快，打破了人工林原有的濕度規(guī)律，加之12：00之后人工林光照強度激增(圖4)，加快了空氣中水分的蒸發(fā)，且樹葉氣孔關(guān)閉，蒸騰作用減弱，水分較少散發(fā)到空氣中，因此人工林的濕度明顯下降，低于城鄉(xiāng)的濕度。

圖6 王臺村和王臺人工林濕度變化

圖7反映了16：00之前，王臺村濕度變化值均為負值，說明王臺村濕度一直在降低；16：00之后濕度變化值為正，濕度增加。王臺人工林7：00—14：00濕度變化值是負值，濕度在減小，6：00—7：00和14：00—18：00濕度變化值是正值，濕度在增加。王臺人工林每小時間隔的濕度變化值普遍比王臺村大，說明王臺人工林濕度波動較大，王臺村濕度波動較小。王臺人工林在9：00—10：00時減少值最大，為23.2%，12：00—13：00時減少值最小，為0.9%，14：00之后濕度開始上升，15：00—16：00增加值最大，為7.8%。王臺村在7：00—8：00濕度減少值最大，為7.5%，在13：00—14：00時濕度減少值最小，為0.1%，16：00之后濕度開始上升，17：00—18：00時增加值最大，為9.6%。

圖7 王臺人工林和王臺村的濕度變化值

4 小 結(jié)

濕地的冷濕效應(yīng)通過濕地與周圍環(huán)境之間的能量和水分交換來實現(xiàn)，其直接效應(yīng)使其附近地帶上空空氣的溫度降低、濕度增加。濕地冷濕效應(yīng)具有一定的空間影響范圍，形成局部冷濕場[12]。東平湖濕地一天的溫度和濕度變化規(guī)律為：濕度隨溫度的上升而減小，隨溫度的降低而增大，大體上溫度最高時濕度最低，溫度最低時濕度最高。距東平湖不同距離的人工林和城鄉(xiāng)的溫度、濕度變化不同，隨距離增加,溫度升高、濕度減小，這是由濕地的局部冷濕作用造成的。

濕地的蒸散作用和冷輻射作用影響著濕地冷濕效應(yīng)的形成過程，而下墊面的溫度、水分條件決定了蒸散作用強度和冷輻射強度。因此，濕地冷濕效應(yīng)與濕地類型密切相關(guān)。植物的蒸騰作用影響著大氣的溫度和濕度，人工林的溫度比城鄉(xiāng)的溫度低，表明人工林的制冷作用很明顯。人工林溫度、濕度波動較大；城鄉(xiāng)溫度、濕度波動較小。

近年來東平湖濕地及其周邊地區(qū)氣候變化與大面

積濕地的退化及植被的破壞密切相關(guān)，如何有效保護和合理利用濕地資源就成為一個亟待解決的問題。

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(責任編輯 徐素霞)

國家自然科學基金項目(40901276)；山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金項目(2011BSB01256)；聊城大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(26312151005)

P463.2;P931.7

A

1000-0941(2017)06-0042-04

燕柯如(1993—)，女，山東棗莊市人，學士，研究方向為環(huán)境科學；通信作者劉加珍(1974—)，女，四川遂寧市人，教授，博士，主要從事與陸面生態(tài)過程相關(guān)的教學與科研工作。

2016-09-16