森林對降水量調(diào)節(jié)的研究

王麗

（山東省國土空間規(guī)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(guān)系的分析，得出降水量與森林覆蓋率之間存在線性回歸關(guān)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(jié)論。由于受季節(jié)氣候變化的影響，各月降水量變化較大，最后歸結(jié)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(qū)森林相對稀少，筆者利用臨朐、沂水、泰山林場等26個縣（市、區(qū)，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(guān)關(guān)系進行研究。

1.資料來源

各縣（市、區(qū)、林場）年降水量資料由山東省氣象局提供，森林覆蓋率數(shù)據(jù)來源于一類、二類森林資源調(diào)查及1983年林業(yè)區(qū)劃調(diào)查據(jù)。森林覆蓋率根據(jù)張德全[1]等人的研究成果及國家有關(guān)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行了必要的科學(xué)校正。筆者為了增加樣本數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)值的100倍），以降水量為因變量y,設(shè)a、b為待求系數(shù)（二者均為正負(fù)實數(shù)），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(guān)系數(shù)）檢驗，以期找出內(nèi)在規(guī)律性。并根據(jù)導(dǎo)數(shù)計算公式，計算年降水量與森林覆蓋率對數(shù)導(dǎo)數(shù)之間的回歸關(guān)系，森林覆蓋率對數(shù)導(dǎo)數(shù)的科學(xué)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(shù)（即b值），進行再次線性回歸分析，以期找出其規(guī)律性。

3.研究結(jié)果

研究結(jié)果中精度的計算通過查表相關(guān)系數(shù)R對照，用內(nèi)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(dá)到99.67%（澇山區(qū)），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(dá)到99.69%（澇山區(qū)），12個單位通過R檢驗，試驗精度最高的萊蕪區(qū)達(dá)到99.88%。將通過相關(guān)系數(shù)R檢驗的試驗結(jié)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(shù)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(shù)b值出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)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(shù)與森林平均覆蓋率或年均降水量間建立線性回歸關(guān)系分析，當(dāng)平均森林覆蓋率為25.40%，年均降水量為762.88mm時，回歸系數(shù)b值由正轉(zhuǎn)負(fù)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(fù)面影響，這就是所謂的森林調(diào)節(jié)氣候的作用吧，當(dāng)年降水量較少時，森林使降水量向著增大的趨勢發(fā)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(diào)節(jié)，又使其向著趨于減少的方向的發(fā)展。但是這一回歸關(guān)系沒有通過t、F、R檢驗。但是回歸系數(shù)b值與森林覆蓋率或年降雨量的倒數(shù)（即它們的對數(shù)的導(dǎo)數(shù)，科學(xué)含義增長或減少指數(shù)的變化速度，也說是遞增或遞減率）建立的線性回歸關(guān)系，表現(xiàn)出了極大的相關(guān)性，對于森林覆蓋率t值達(dá)1825.95（精度達(dá)到99.9998%），F(xiàn)值達(dá)6184.59（精度達(dá)到99.9984%），相關(guān)系數(shù)R值達(dá)到0.99999（精度達(dá)到99.99999%），經(jīng)過換算，森林覆蓋率超過19.20%時，相關(guān)系數(shù)由正變負(fù)，森林的存在，反而會使降雨量減少；對于降雨量而言，t值達(dá)2.2721（精度達(dá)到95.56%），F(xiàn)值達(dá)12.5739（精度達(dá)到99.20%），相關(guān)系數(shù)R值達(dá)到0.5331精度達(dá)到92.29%），經(jīng)過換算，年降水量超過722.80mm時，相關(guān)系數(shù)由正變負(fù)，森林的存在，反而會使降雨量減少。從中可以看出，回歸系數(shù)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(shù)導(dǎo)數(shù)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(shù)導(dǎo)數(shù)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(qū)略低），除萊蕪區(qū)外，均通過F檢驗，最高試驗精度為99.89%（安丘市略高嶗山區(qū)）。有11個單位通過相關(guān)系數(shù)R檢驗，最高試驗精度為99.94%（萊蕪區(qū)）。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(diào)節(jié)作用相對減弱?；貧w系數(shù)b值，分別與森林覆蓋率、年降雨量進行線性回歸關(guān)系分析，均表現(xiàn)出十分顯著，試驗精度分別達(dá)到99.94%和99.83%，通過計算得出，當(dāng)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(yīng)變?yōu)樨?fù)效應(yīng)，筆者再次用回歸系數(shù)b值與森林覆蓋率及其年降水量的倒數(shù)（對數(shù)的導(dǎo)數(shù)）建立線性回歸方程，其試驗精度分別達(dá)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(yīng)更為顯著。經(jīng)過計算，當(dāng)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(yīng)變負(fù)效應(yīng)。取試驗精度高都，當(dāng)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(yīng)變?yōu)樨?fù)效應(yīng)。

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(diào)節(jié)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(yuǎn)影響越大，至于在何種狀態(tài)下影響最大，變化最快，有待于另立課題進行研究。根據(jù)研究結(jié)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(jié)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(shù)導(dǎo)數(shù)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(shù)導(dǎo)數(shù)及指數(shù)對數(shù)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(xiàn)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(shù)，增加了試驗可靠度，也避免了客觀噪聲的影響。