解析林分结构对积雪空间异质性的影响

Being the most active and sensitive environmental factor, snow accumulation is the main source for stream flow and rural/urban water use from late spring to early summer. Study of forest snow hydrology is essential to snow evaporation dynamics and water recycle. However, the high spatial heterogeneity of forest snow field constitutes great obstacle to the understanding of snow hydrology consequences and the improvement of modeling accuracy. Therefore, in order to reveal the dynamic that contribute to spatial heterogeneity of snow processes, we propose to study the spatial heterogeneity of snow accumulation under different stand structure and species composition from the perspective of physical interception and energy distribution. The study is planned to base in eco-observation station in Xiao Xing'an Mountains. We shall gather snow process parameters, stand structure and snow field heterogeneity and establish mechanistic model that can predict snow hydrology with forest structure. Our endeavor will facilitate hydrological responses of upper stream and provide guidance for forest management measures aiming at water resources optimization.

积雪是北方地区春末夏初产生径流和农业及城市用水的主要来源，既是最活跃的环境影响因素，也是最敏感的环境变化响应因子。深入开展森林下垫面的积雪水文研究，对准确认识积雪蒸发动态及其对区域气候和水分循环的影响具有重要的科学意义。然而，林区积雪场的高度空间变异性对理解流域积雪水文后果造成极大障碍，也是提高模型模拟精度的瓶颈。因此，本研究以揭示林分结构对积雪空间变异的影响机制为目的，从物理截持和能量分布关系，对不同结构和树种组成的林分林下积雪过程的空间异质性进行研究，解释林分造成雪过程空间异质性的机理。研究拟以东北小兴安岭生态观测站为基地，取得林分尺度下样地内不同方位雪过程参数、林分结构与雪过程空间异质性的直接相关关系。最终，应用ISNOBAL模型平台，建立能够根据林分结构预测森林积雪水文过程的机理模型，进而更好地理解上游源头的水文响应，并为以优化水资源为目的的森林经理措施提供指导。

本研究旨在：1）量化森林结构与积雪分布的时空演进关系和2）建立耦合了林分结构信息并反映林内层雪过程的森林积雪机理模型为目标，.通过研究发现树形、树高和树冠大小及密度对林下辐射量具有显著影响。在晴空条件下，净辐射随植被密度增加表现出先降低在升高的规律。树高较高、冠幅较大及较密的条件下辐射最小值较小。相比之下，冠幅较小的林分净辐射随植被密度增加而减小。树木形态几何参数，尤其是树高和冠幅及密度对林下净辐射影响的敏感性在阴晴交替的天气条件下较低。3种森林类型的降雪截留率随降雪级别.的增大而增大，相同降雪等级中不同林型的降雪截留率不同。樟子松林对降雪的截留作用最大，其降雪截留率为.25%，是兴安落叶松林的2倍，是杨桦林的4倍。落叶松林林内积雪深度最大，樟子松林最小。不同林型林内积雪密度在观测初期会随降雪的输入而降低，无雪期有相应的升高。其中，落叶松林与杨桦林林内积雪密度变化基本相同，而樟子松林林内积雪密度变化幅度较小。不同林型林内积雪雪水当量差异显著( P ＜ 0．05) ，总体表现为杨桦林＞ 落叶松林＞ 樟子松林。森林水文模型对积雪模拟能够较好地反映森林植被覆盖下积雪的变化规律。量化林分结构对积雪程度和时间的影响，并从能量平衡的角度，实现林分结构与对林下雪场空间格局的耦合。开展森林结构特征对流域积雪水资源影响机理与过程的研究，不仅有助于提升关于流域生态水文响应机制的认识，同时有助于促进区域的水资源的可持续发展与利用。