大兴安岭地区不同植被类型对冻土水热过程的影响研究

Permafrost is one of the major components of the earth cryosphere. Its thermal regime and moisture contents are affected by many factors, among which vegetation is particularly important at local and micoclimatic scales. In order to study the effects of vegetation on the coupled heat-moisture processes in the active layer and at shallow depths of the Xing'an-Baikal permafrost, five representative sites were chosen at the Gen'he and Yituli'he Permafrost Stations on the western flanks in the Da Xing'anling Mountains, Northeast China. They include a forest stand, a shrubland, a grassland and a bare land in the experimental area at the China Forest Ecological Research Network (CFERN) Station near Gen'he and a swamp (paludal meadow or wetland) at the Yituli'he Permafrost Observatory. This project aims at revealing the relationships between the vegetation and the heat-moisture process of the active layer and the underlying permafrost in growing and snow seasons, and at studying the interception of snowfall by vegetation in winter on the basis of extensive surveying and periodical observations and detailed measurements. Relation models will also be established to model and quantitatively analyze the influences of vegetation on the thermal regimes of frozen ground. The results of this proposed project may provide solid scientific basis for environmental management and protection policies in the cold regions and will also benefit the revegetation efforts related after the major engineering construction projects.

冻土是地球冰冻圈系统中的主要组成部分。局域尺度上，它的水热状况受到各种因素的影响，尤其是植被。为了详细探讨植被对冻土水热状况的影响，本项目以大兴安岭西坡北部多年冻土区的根河森林生态站和伊图里河原冻土观测场为重点研究区域，选取森林、灌丛、沼泽湿地、草地和裸地作为五种不同植被类型的代表，通过野外调查和定位观测、室内模型实验和模型模拟相结合的手段，开展植被对兴贝型冻土水热过程影响的研究。主要的研究内容包括建立不同植被类型在生长期与冻土水热过程的关系，积雪期时植被-积雪对水热过程的综合影响评价，以及通过模型模拟验证定量分析不同植被类型对冻土水热过程影响的程度和范围。本项目研究成果将深入揭示大兴安岭多年冻土区植被与冻土的关系，对防止冻土退化、保护该区域生态环境提供有力的理论支撑，在本区冻土工程实践方面也具有重要的科学指导意义。

本项目严格按照申请书所列内容和计划执行，为了完成“建立较完整的观测系统，获得较全面的观测数据和试验，探索大兴安岭多年冻土区植被类型与状态对林下积雪消融和冻土温度的影响”这一目标，在大兴安岭地区对植被、积雪和冻土开展了大量的观测，结合观测分析和模型模拟的手段，探讨了植被对林下积雪、积雪对冻土以及植被对冻土的影响。通过各种定性和半定量对比分析，我们得出以下发现和初步结论：.1)植被对林下积雪的影响 落叶林内，冬季的冠层对积雪的截留作用不明显，降雪期间不同林型下积雪深度的增量基本相同。积雪消融期间，植被密度大的林地内由树干和树枝对太阳辐射的遮挡产生的阴影更多，有效阻碍太阳短波辐射达到雪表，同时能减小林内风速，因此减缓林下积雪的升华和融化。植被密度越大，积雪越不容易融化和升华，相同降雪条件下，密度大的林地积雪深度大。.2）积雪对冻土的影响 当积雪深度小于15cm时，积雪对雪地界面温度几乎没有影响，当积雪深度大于15cm时具有较好的隔热效果，较厚的积雪能有效地抑制地下热量的丧失。但是，在一定条件下会出现积雪越厚，雪地界面温度越低的情况，可能是受辐射和融雪带到雪地界面的热量影响。.3）植被对冻土的影响 植被主要通过改变林下积雪和辐射条件而对冻土温度产生影响。夏季，植被密度越大，冠层反射和散射的太阳辐射越多，到达地面的太阳辐射越少，地面温度也越低。冬季，由于树干和树枝对太阳辐射的遮挡产生阴影，有效阻碍太阳辐射达到地表或雪表，缓解了积雪的消融。总体上来说，植被密度越大，地温越低。.4) 夏天，植被对地温的影响范围主要限于活动层以内，而冬天植被对地温的影响深度更加大。也就是说，如果植被的存在会对多年冻土产生热位移，主要是由冬天所产生的热效应造成。