小隴山森林生態(tài)站區(qū)小氣候特征分析

陳瑞鋒，楊海裕，高興紅，鄭子龍

（1.甘肅省小隴山林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 天水 741022；2.甘肅小隴山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，甘肅 天水 741022）

森林小氣候直接影響森林生產(chǎn)力，從而影響到森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[1-5]。我國(guó)的小氣候研究始于20世紀(jì)50年代[6]，系統(tǒng)性研究從上世紀(jì)80年代開始；江愛良等首先在海南島對(duì)橡膠林小氣候進(jìn)行觀測(cè)研究，并出版專著。小隴山林區(qū)為典型的天然次生林區(qū)，林區(qū)小氣候研究始于2008年，藺巖雄等對(duì)林區(qū)大氣溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣候要素及其變化進(jìn)行了初步研究[7]。

本文利用小隴山森林生態(tài)站區(qū)2016-2018年氣象觀測(cè)資料，對(duì)林區(qū)太陽輻射、日照時(shí)間以及氣壓與溫度的關(guān)系等小氣候特征進(jìn)行了分析，揭示森林的環(huán)境效能，為森林經(jīng)營(yíng)和進(jìn)一步研究和分析其生態(tài)功能積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅小隴山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站沙壩實(shí)驗(yàn)基地亂石窖溝，地處小隴山林區(qū)中心地帶，屬于長(zhǎng)江流域嘉陵江水系，105°54′E、34°07′N，面積 142.64 hm2，海拔 1 550～1 900 m。地形地勢(shì)起伏小，平均坡度36°～40°。該試驗(yàn)區(qū)有高等植物163種，其中喬木層48種，灌木層59種，草本層55種。喬木層以銳齒槲櫟Quercus aliena var. acuteserrata為優(yōu)勢(shì)種，四照花Cornus kousa subsp. chinensis、燈臺(tái)樹 Cornus controversa、水榆花楸Sorbus alnifolia 、千金榆Carpinus cordata、多毛櫻桃Cerasus polytricha為主要伴生樹種；灌木層以白檀Symplocos paniculata和平榛Corylus hetr heterophylla為優(yōu)勢(shì)種；草本層主要有大披針薹草Carex lanceolata和如意草Viola hamiltoniana等。人工林以日本落葉松Larix kaempferi、華北落葉松Larix pyincipis-rupprechtii和油松Pinus tabuliformis為主要造林樹種[8]。

2 研究方法

站區(qū)內(nèi)建成Geonica地面標(biāo)準(zhǔn)氣象站1座（海拔1 560 m）。以《森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究方法》[9]和《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[10]為標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣壓、氣溫、濕度、太陽輻射、降水、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象因子，數(shù)據(jù)采集頻率30 min/次。各氣象因素均按24 h的平均值計(jì)算每月平均值。風(fēng)向根據(jù)每天記錄的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各風(fēng)向出現(xiàn)的頻率，記錄最多風(fēng)向。四季的劃分采用氣象劃分法：以公歷3～5 月為春季，6～8 月為夏季，9～11 月為秋季，12月至翌年2月為冬季。利用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

3 結(jié)果分析

3.1 氣象因子分析

3.1.1 月變化特征

對(duì)Geonica自動(dòng)氣象站2016-2018年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均值統(tǒng)計(jì)（表1）。對(duì)近3年的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫動(dòng)態(tài)變化分析，由表1可知，年平均氣溫為9.0 ℃，2月平均最低溫度為－0.7 ℃，7月份平均最高溫度為20.8 ℃；極端最高溫度38.4 ℃（2017年7月10日），極端最低氣溫為－26.6 ℃（2018年1月9日）；氣溫極差值65 ℃。氣溫隨季節(jié)變化比較明顯，極端最高、最低氣溫的分布趨勢(shì)與月平均氣溫年變化相似。

對(duì)降水量變化分析可知，2016-2018年平均降水量874.3 mm，降水集中在6～9月，占全年降水量的71.2%。其中2018年6月降水量278.4 mm，單次最大降水量為119.8 mm，占月降水量的43%，出現(xiàn)在 2018年 6月 24日 2:30～6月 26日11:00，持續(xù)降水過程歷時(shí)32.50 h，降雨強(qiáng)度88.5 mm/24 h，為暴雨級(jí)。2017年降水量910.50 mm，單次最大降水量92.30 mm，降水歷時(shí)10.50 h，降雨強(qiáng)度105.50 mm/12 h，為大暴雨級(jí)。小隴山森林分布區(qū)年降水量＞874.3 mm，樹木生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)相對(duì)濕度＞65%。

由表1可知，小隴山生態(tài)站區(qū)年平均風(fēng)速0.93 m/s，月平均風(fēng)速 0.7～1.2 m/s，變幅不大，全年春季風(fēng)速較大，平均1.8 m/s。風(fēng)向集中在SW、SSW方向，N風(fēng)向最少。年最大風(fēng)速13.7 m/s，出現(xiàn)在4月份，SW方向。全年以SW和SSW為主風(fēng)向。

從表1可以看出，輻射量隨月份的變化較大，太陽年輻射量為1 185.28 MJ/m2，月變化較大，站區(qū)年日照時(shí)間2 419.8 h。最大月日照時(shí)間出現(xiàn)在5月，為 269.8 h。

3.1.2 季節(jié)變化特征

對(duì)生態(tài)站區(qū)氣象因子按季節(jié)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表2。由表2可知，平均風(fēng)速隨季節(jié)的變化較小，其它因子變化較大。輻射量和日照時(shí)間春夏季大于秋冬季；降水量集中在夏季，而氣壓值夏季最小。

表1 2016-2018年氣象數(shù)據(jù)歷月平均值

表2 不同季節(jié)氣象因子平均值統(tǒng)計(jì)

3.2 太陽輻射、日照時(shí)間—溫度的相關(guān)性

由圖1、圖2可知，輻射量和日照時(shí)間隨氣溫的升高而增大，太陽輻射量與日照時(shí)間變化趨勢(shì)基本相同且夏秋季大于冬春季。

3.3 氣壓—溫度的相關(guān)性

對(duì)溫度—?dú)鈮哼M(jìn)行相關(guān)分析，從圖3可以看出：溫度與大氣壓呈負(fù)相關(guān)。月平均溫度與大氣壓呈反方向變化，經(jīng)幾種曲線擬合，大氣壓與溫度之間存在著明顯的函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式為：

圖2 輻射、日照時(shí)間與溫度的關(guān)系

圖3 溫度與氣壓的關(guān)系

4 結(jié)論與討論

1）站區(qū)年平均氣溫為9.0 ℃，極端最高溫度38.4 ℃（2017年7月10日），極端最低氣溫－26.6 ℃（2018年1月9日）；氣溫年較差變幅為65 ℃，氣溫隨季節(jié)變化比較明顯。年降水量為847.3 mm，集中在夏季，占全年降水量的60.3%，冬、春季降水較少。

2）站區(qū)年總輻射量1 185.28 MJ/m2，日照時(shí)間2 419.8 h。最大月日照時(shí)間出現(xiàn)在5月，為269.8 h。年總輻射量、日照時(shí)間與大氣溫度呈顯著正相關(guān)。

3）站區(qū)最高氣壓868 hPa、最低氣壓830 hPa，全年平均氣壓844.7 hPa，年氣壓最大差異38 hPa。大氣壓與溫度之間存在明顯函數(shù)關(guān)系。

4）年平均風(fēng)速為0.93 m/s，最大風(fēng)速13.5 m/s，風(fēng)向以SW和SSW為主。

由于監(jiān)測(cè)時(shí)間較短，研究結(jié)論不能完全代表小隴山生態(tài)站區(qū)小氣候特征，還需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和積累數(shù)據(jù)。相關(guān)森林植被特征和自然環(huán)境對(duì)氣象因子的影響將作為后續(xù)研究的重點(diǎn)。