冰砬山区天然次生林内外温湿度差异分析

颜廷武(辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032)

气象要素对森林生态系统的结构、功能及平衡具有重要的影响。因此，森林气象要素观测与分析是森林生态系统定位研究的重要内容，研究森林小气候的时空变化规律具有重要意义[1]。 天然次生林是辽东山区主要的森林植被类型之一，具有调节区域气候的作用，同时对稳定生态平衡有着重要作用。本文以冰砬山天然次生林及附近林外标准气象站2014—2016年气象观测数据为基础，分析森林内外空气温湿度差异，旨在揭示冰砬山区天然次生林小气候效应，加强对森林生态系统功能的认识，为森林经营及天然林保护提供科学依据。

1 研究地区概况

研究地位于辽宁冰砬山森林生态系统国家定位观测研究站，地处124°45′—125°15′ E，42°20′—42°40′ N。冰砬山为吉林哈达岭向西南延续地带，平均海拔500～600 m，最高峰870 m。属温带大陆性气候，年均气温5.2 ℃，年均降水量684.8 mm，年均蒸发量1 379.8 mm，无霜期133 d，极端高温35.2 ℃，极端低温-41.1 ℃，具有典型的山区气候特征。土壤以暗棕壤为主，其次为棕色森林土，土壤质地多为粉砂壤质、壤质，土层深厚，有机质含量高，土壤pH值为6～7。

2 研究方法

以冰砬山区天然次生林为研究对象，设置标准地，标准地内主要乔木有色木槭(AcermonoMaxim.)、春榆(UlmuspropinquaKoidz.)、蒙古栎(QuercusmongolicaFisch.)、花曲柳(FraxinusrhynchophyllaHance.)、紫椴(Ti1iaamurensisRupr.)、怀槐(MaackiaamurensisRupr.)。林分平均高为18 m、平均胸径为15.2 cm，密度1 140株hm-2，郁闭度0.9，灌木盖度0.5，草本盖度0.9。利用自动气象梯度观测系统定位观测天然次生林内气象要素。在冰砬山区林外空旷地区设立25 m×25 m标准气象场，利用ENVIS自动气象站长期定位观测气象要素。本文以2014—2016年天然次生林内2 m层空气温湿度及林外1.5 m层空气温湿度数据为基础，利用Excel处理和统计分析林内外空气温湿度差异。

3 结果与分析

3.1 天然次生林内外空气温度差异

如图1所示，林内外月平均气温相差很小，在0.1～0.9 ℃范围内。3—8月林内温度低于林外温度，1月、2月、9月至12月林内气温高于林外气温。在气温升高时，林外气温升高速度比林内气温升高速度快；气温下降时，林外气温降低速度比林内气温降低速度快，每月林内极端高温低于林外极端高温，林内极端低温高于林外极端低温，林内气温较差多年月平均值低于林外气温较差月平均值(见图2)，林内气温变化幅度小于林外气温变化幅度。即林外温度变化速度比林内温度变化速度快；可见森林具减缓气温变化的作用。

图1 2014—2016年林内外多年月平均气温

图2 2014—2016年林内外多年月气温极值变化

图3 2014—2016年林内外不同时刻多年平均气温日变化

如图3所示，林内外多年平均气温日变化均呈单峰型变化规律，午后出现高温，凌晨出现低温，白天林内温度低于林外温度，夜间林内气温高于林外气温，林内气温日较差低于林外气温日较差。

3.2 天然次生林内外空气湿度差异

图4 2014—2016年林内外多年月平均空气湿度变化

如图4所示，林外月平均空气湿度高于林内月平均空气湿度。林内外月平均空气湿度差异在2%～17%范围内，其中8—11月份相差9%～17%，其他月份相差2%～6%。

如图5所示，林内外空气湿度日较差变化规律相同，林内空气湿度日较差与林外空气湿度日较差同时增大或减小，林内空气湿度日较差小于林外空气湿度日较差。林内最大空气湿度与林外最大空气湿度变化规律相同，林内外差值很小，在0%～2%之间。林内最小空气湿度与林外最小空气湿度变化规律相同，6月、7月、8月、12月林内最小空气湿度大于林外最小空气湿度5%～12%。其他月份林内外最小空气湿度相差1%～4%。

图5 2014—2016年林内外空气湿度极值变化

图6 2014—2016年林内外不同时刻多年平均空气湿度日变化

如图6所示，林内外多年平均空气湿度日变化规律相同，呈“U”字形变化，午后13:00～14:00出现最低值，夜间空气湿度高于白天，白天林内空气湿度高于林外空气湿度，夜间林内空气湿度低于林外空气湿度。

4 结论与讨论

林内外月平均气温相差很小，在0.1～0.9 ℃范围内。多年月平均气温、极端气温、日变化均表现为林内气温变化幅度小于林外气温变化幅度:冬季林内气温高于林外气温，夏季林内气温低于林外气温；林内气温日较差低于林外气温日较差；白天林内气温低于林外气温，夜间林内气温高于林外气温。由于林冠的阻挡作用，达到地面的太阳短波辐射和长波辐射被林冠逐步削减，同时地面向上的长波辐射也被林冠阻挡。因此夏季或是白天净辐射为正值时，林冠发挥阻挡太阳辐射向下进入林内，使林内温度低于林外；冬季或夜间林冠发挥阻挡长波辐射向上传输的作用，使林内温度高于林外温度[2]。可见林冠具有保温作用，减缓极端气候的发生。

不同的森林生态系统类型受植被类型、地形地貌、气候环境等条件的影响，小气候效应存在一定差异[3]。孙金伟等通过对长白山阔叶红松林内外空气温湿度研究，发现有森林植被覆盖与空旷地相对湿度最大差值约为7%[3]。本研究中虽然林外月平均空气湿度高于林内月平均空气湿度，但是林内空气湿度日较差低于林外空气湿度日较差。白天林内空气湿度高于林外空气湿度，夜间林内空气湿度低于林外空气湿度。