全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 ! 月 第 ∀ 卷 第 期
# ∃ %& ∋ ( ∋ )∗+ , & − . ∗ / − 00. %∋ 1 ∋#∗. ∗ 2 3 , )4 56 , ∀ 7 8 9 : ; <一: ; ;
林冠分配降雨过程的模拟实验分析
裴铁蟠 范世香 韩绍文 郑远长 牛丽华
7中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 < < ; 8
【摘要】 实验发现 , 降雨通过林冠的穿透过程线 、树干径流过程线与电感电容电阻串联电路暂态过
程线极为相似= 由此启发 , 用此电路暂态方程拟合穿透降雨与树干径流过程并求出了解析解 = 进而 ,
根据余项法求出截留强度表达式 = 此举拓宽了森林水文学理论研究思路 =
关键词 穿透降雨 树干径流 林冠截留 暂态方程
(>? 4 5≅ Α>Β Χ Δ Ε衅Φ >? Δ Χ Α ≅ Χ ≅ 56Γ >Γ Β Χ Φ ≅ >Χ Η≅ 55 Ι >Γ ΑΦ>ϑ 4 Α>Β Χ Κ Φ ΒΛ ΔΓ Γ >Χ ΗΒ ΦΔ ΓΑ Δ ≅ Χ Β 06= 0Δ > Μ >Δ Η≅ Χ , / ≅ Χ
(Ν >Ε >≅ Χ Ο , ∃ ≅ Χ (Ν ≅ Β Π Δ Χ , Θ ΝΔ Χ Ο 3 4 ≅ Χ Δ Ν ≅ Χ Ο ≅Χ Ι & >4 .>Ν4 ≅ 7%Χ Γ Α >Α 4 ΑΔ Β Η − Κ Κ 5>Δ Ι ∋ Δ Β 5Β Ο 6 , − Δ ≅ Ι Δ ? >≅
( >Χ >Δ ≅ , (Ν Δ Χ 6≅ Χ Ο < < ; 8一# Ν >Χ = )= − Κ Κ 5= ∋ ΔΒ 5= , , ∀ 7 8 9 : ; < 一 : ; ; =
%Α ; ΗΒ 4 Χ Ι ΑΝ Φ Β 4 Ο Ν ≅ Χ ≅ 56Γ >Γ ΑΝ ≅ Α ΑΝΔ ΑΝ Φ Β 4 Ο ΝΗ≅ 55 ≅ Χ Ι Γ Α Δ ? Η5Β Π Κ Φ Β Δ Δ Γ Γ Δ Γ >Χ Δ ≅ Χ Β Κ 6 ϑΔ ≅ Φ ≅ Γ ΑΦ Β Χ Ο Φ Δ Ρ
ΓΔ ? ϑ 5≅ Χ ΔΔ Α Β Α ΝΔ Α Φ ≅ Χ Γ >Δ Χ Α ΔΒ 4 Φ ΓΔ Β Η Γ Δ Φ >ΔΓ Δ Β Χ Χ Δ Λ Α>Β Χ Δ >Φ Δ 4 >Α Β Η >Χ Ι 4 Δ Α ≅ Χ Δ Δ Δ ≅ Κ ≅ Δ >Α ≅ Χ ΔΔ ≅ Χ Ι Φ Δ Γ >Γ Ρ
Α≅ Χ Δ Δ = Μ ΝΔ Φ Δ ΗΒ Φ ? , ≅ Χ ≅ Χ ≅ 56Α>Δ Φ Δ Γ 4 Σ Α >Χ ΑΔ Φ? Γ Β Η Δ >Φ Δ 4 >Α Α Φ ≅ Χ Γ >Δ Χ Α Δ Τ 4 ≅ Α>Β Χ ≅ Χ Ι Η>Α Α>Χ Ο ΑΝ Φ Β 4 Ο Ν Η≅ 55 ≅ Χ Ι
Γ ΑΔ ? ΗΣ Β Π 0 Φ Β ΔΔ Γ Γ Δ Γ ; Β ϑΑ ≅ >Χ Δ Ι = / >Χ ≅ 556 , ΑΝ Δ Δ Ε Κ Φ Δ Γ Γ >Β Χ Β Η >Χ ΑΔ Φ ΔΔ Κ Α>Β Χ >Χ ΑΔ Χ Γ>Α6 ; Β ϑΑ ≅ >Χ Δ Ι ϑ 6 ? Δ ≅ Χ Γ
Β Η Φ Δ ? ≅ >Χ Ι Δ Φ ? Δ ΑΝΒ Ι =
Υ Δ 6 卿川; Μ Ν Φ Β 4 Ο ΝΗ≅ 55 , ( ΑΔ ? Η5Β Π , %Χ ΑΔ Φ ΔΔ Κ Α>Β Χ , Μ Φ ≅ Χ Γ >Δ Χ Α Δ Τ 4 ≅ Α>Β Χ ·
引 言
降雨通过林冠被分配为林冠截留 、穿透降
雨和树干径流 7以下简称干流8 = 截 留 、穿透 、干
流是森林水量平衡的组成部分 , 历来为森林水
文学 的重要研 究 内容 = 以 往 , 国 内外研 究较
多比 , ; , ‘ , , , 模型数不胜数 , 有经验模型 、半经验
半理论模型 , 但几乎全是反映一次降雨或几次
降雨的截 留 、穿透 、干流量的多少 , 关于 个量
随着降雨的动态响应过程及其规律未见报道 =
通过森林水文模拟实验系统研究降雨通过林冠
的截留 、穿透及干流过程 , 并且提出了动态响应
模型 , 不但给出了瞬时总量 , 还给出了瞬时强
度 , 在计算机上逼真地模拟了穿透和干流过程 ,
为深入研究林冠分配降雨规律及其有关问题独
辟了新蹊径 =
株为阔叶树栋树 = 红松 ς 年生 , 树高 = ? , 树冠投影
面积 : = <ς ? , , 叶面积指数 ς = : Ω栋树 < 年生 , 树高
∀ = Γ? , 树冠投影面积 : = ? , , 叶面积指数 = ς ; ς = 将树
从野外移栽到实验室模型槽中 , 使其正常生长 = 在计算
机控制下进行人工降雨 , 同时测定降雨 、穿透降雨和树
干 径 流 过 程 = 降雨 为 常雨 强 = Γ? ? · ? >Χ 一 , , 历时
; ? >Χ , 降雨量为 : = Γ? ? , 雨滴下落到林冠顶高度 ∀ 一
Γ? = 因降雨时间短 , 室内空气湿度大 、无风 , 忽略蒸发损
失.Γ) = 降雨测量采用电磁流量计 , 测量穿透降雨用盘承
接后汇入 Ξ 型槽测流仪自动测量川 , 接水盘大小及形
状与树冠在地面上的投影面积及形状相同 Ω 树干径流
量很小 , Ξ 型槽测流仪测极小流量精度低 , 为了保证测
量精度采用接水称重与 Ξ 型槽测流仪相对照方法进行
测量 =
: 实验条件
实验在中国科学院长白山站森林水文模拟实验
室.,) 进行 , 选择两株实验用树 , 一株为针叶树红松 , 一
本文于 : 年 ∃ 月 日收到 , 年 月 招 日改回 =
动态过程模型的提出
实验发现 , 穿透降雨 、树干径流动态过程线
与电感电容 电阻串联 电路暂态过程线极为相
似 = 由此启发 , 用此电路暂态方程拟合穿透降雨
与树干径流过程 , 电感 电容电阻电路暂态过程
为 9
.# Ι , + 7Α 8Ψ Ι Α , Ζ , # Ι + 7Α 8Ψ Ι Α Ζ + 7Α 8 [ Ξ 7Α 8
了」8
期 裴铁猫等 9林冠分配降雨过程的模拟实验分析
式中 , + 7Α8 为电容两端电压 , Ξ 7Α 8为输入电压 ,
将式 7”改写为 9
≅ Ι Θ+ 7Α 8Ψ Ι Α Θ Ζ ϑ Ι + 7Α 8Ψ ΙΑ Ζ ‘+ 7Α 8 ∴ Ξ 7Α 8
7: 8
由式 7: 8引伸出穿透降雨 、树干径流动态过程方
程为 9
≅ 5Ι ]⊥ 9 7Α 8 Ψ Ι Α Θ Ζ ϑ , Ι ⊥ , 7Α 8 Ψ Ι Α Ζ Λ , ⊥ 5 7Α 8
[ 4 7Α 8 7 8
≅ : Ι : ⊥ : 7Α 8Ψ ΙΑ , Ζ ϑ 9 Ι ⊥ 9 7Α 8Ψ Ι Α Ζ Λ Θ⊥ 9 7Α 8
[ 4 7Α 一 Φ 8 7∀ 8
式中 , ⊥ , 7Α 8 、⊥ Θ 7Α 8分别为穿透降雨强度 、树干
径流流量 Ω “ 为降雨强度 Ω Φ 为干流 出流时滞 Ω
≅ ‘、 ϑ卜 Λ , 、 ≅ Θ 、ϑ Θ 、Δ Θ 均为常数 = 现以通式
≅ Ι Θ⊥ 7Α 8Ψ Ι Α Θ Ζ ϑΙ ⊥ 7Α 8 Ψ Ι Α 十 Λ ⊥ 7Α 8
[ 4 7Α 一 Φ 8 7; 8
替换式 7 8和 7∀ 8 = 初始条件 ⊥ 夕 7Α 8[ ⊥ 7Α 8 [ Β
Α任 _Β , Φ〕 又[ 吞Ψ : 丫石万一 5 时 , 方程 7 8 、 7∀ 8具
有收敛解
Η4 Ψ Λ Ζ 74 Ψ Λ 8 _ 一 , 7Α 一 Φ 8 一 5⎯Δ 一, “·Φ ,
⊥ 7Α 8 [ 代 Α 任 7Φ , 9 Ζ Μ Σ
.74 Ψ Λ 8Δ 一1 “一Φ , Α 任 7Φ Ζ Μ , Β 8
7ς 8
其中 , , [ ϑ Ψ Θ≅ 1 ∴ 7乙Ζ 7乙, 一 ∀ ≅ ‘8’‘, 8Ψ Θ≅
实验过程中 , 某一瞬间林冠截 留强度可用该时
刻雨强减去同时刻的穿透降雨强度及考虑时滞
的树干径流流量 , 即
% [ 4 一 ⊥ , 7Α 8 一 ⊥ Θ 7Α 一 Φ 8 7! 8
式 中 , % 为截留强度 , ⊥ , 7Α 8 、 ⊥ 9 7Α 一 9 8分别为穿
透降雨强度 、树干径流流量 Ω 4 为雨强 = 将式 7ς8
代入 7!8
参数 = 实验结果表明 #、 ∃ Ψα ? , ∃ 为降雨强
度 , α? 为峰值流量 = 常雨强条件下 , # 值可用
雨强与峰值流量 α ? 比来确定 = Φ 可以根据实
验结果从流量过程中查出 = 参数 , 、 1 用最优化
方法 中的梯度法确定 = 根据穿透降雨 7树干径
流 8实验结果 ,选取目标函数 ,
尸7尺 , 刀8 一 艺〔α 7Α 8 一 α = 79 8⎯,
止∴ ,
其中 , α 7Α 8为模拟结果 , α = 为实验结果 , 且有 α
7Α 8一Η 7, 、 1 、 Μ 8在计算机上使 目标函数达到
最小值 ,这时的参数 , 、 1 的值就是所要求的参
数值 = 对于变雨强情况 , 可根据参数 , 、1 、# 与
其影响因子降雨强度 、叶面积指数 、干燥度 7若
干流还有枝干夹角 8之间的回归模型求出 = , 、1
分别反映穿透降雨动态过程的升退水速度 , 其
值升高 , 则升退水加快 =
4 一 4 Ψ Λ , 一 “ Ψ Λ Θ Ζ 7。 ΨΛ , 8_ , , 7Α 8 Ζ 一⎯Δ 一况 ‘, ,
Ζ 74 Ψ Δ 9 8 _ , Θ 7] 一 Φ 8 Ζ 5〕Δ 破: “一 Φ ,
5 Δ 79 , 9 Ζ Μ Σ
4 一 74 Ψ Λ 、8Δ劝 , “ , 一 7“ Ψ Λ Θ 8Δ 一: “ 一”
] 任 7Φ Ζ Μ , ΛΒ 8
7β 8
此处 , Α、 < = 式 7!8 为截留动态响应方程 , 式 7β8
为其解析式 , 出流时滞下面专题讨论 =
∀ 参数的确定
在本文模型中需要确定 尺 、 , 、〔” 、 9 ∀ 个特征
; 结果与分析
;= 出流时滞的测量与分析
树冠可看作多孔介质 , 当光线照到林冠上 ,
通常大部分光线经过曲折路径 , 一部分光消失
在林冠里 , 一部分到达林地 Ω然而 , 也有少部分
光线直接照射到林地上 = 降雨落到林冠 , 与光线
所走的路径雷同 , 一部分被林冠枝叶阻截即截
留 , 一部分通过曲折路径落到林地 , 一部分直接
穿过枝叶间空隙到达林地 , 穿过林冠落到林地
这部分降雨称穿透降雨 , 还有一部分降雨沿着
叶枝干流向林地即树干径流 = 降雨时 , 仔细观
察可发现 , 降雨与穿透降雨 、林冠截 留同时发
生 , 唯树干径流要滞后大气降雨一段时间也就
是雨滴沿叶 、枝 、干流向林地的时间 , 即干流时
滞 = 干流时滞大小依赖于降雨和树木特征 ,雨强
大 , 叶面积指数小 , 枝干夹角 ∀; “ , 树皮光滑且
湿润时滞就小 , 反之亦然 = 在森林水文模拟实
验室里 , 通过正交实验测量了干流时滞 = 据以往
干流实验 、枝叶湿润度与上述几个因子相 比 , 对
干流影响较小 , 故只选择了 ∀ 个因子即雨强 、叶
面积指数、枝干夹角及树皮粗糙率 , 前 个因子
取 个水平 , 后 个因子取两个水平 , 选用 . Ο
7 ‘ 8正交表进行实验 7表 护
: ; : 应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
表 干流时滞正交试验设计与实验结果
Μ ≅ ϑ = & Β Φ ? ≅ 5 ΑΔΓΑ Ι ΔΓ >Ο Χ ≅ Χ Ι ΦΔΓ 4 5ΑΓ Β Η Γ Α Δ? Η5Β Π Α>? Δ Ι ΔΑΔ Χ Α>Β Χ
叶面积指数
试验号
Μ Δ Γ Α & Β =
, ≅ >Χ Η≅ 】5
一Χ ΑΔ Χ Γ 5Α 6
7? ? 一? >Χ 一5 8
− Χ Ο 5Δ ϑΔ ΑΠ Δ Δ Χ
ϑ Φ ≅ Χ Δ Ν ≅ Χ Ι . Δ ≅ Η ≅
Φ Δ ≅ >Χ Ι Δ Ε
树皮粗糙率 7写8χ≅ Φ δ Φ Β 4 Ο Ν Χ Δ Γ Γ , Δ Γ 4 5Α7? >Χ = 8
松 树 0 >Χ Δ 栋 树 ∗ ≅ δ 松 树 0 >Χ Δ 栋 树 ∗ ≅ δ 松 树 0>Χ Δ 栋 树 Β ≅ δ
<,口叹+#)一)<∗曰 ‘口!∀# ∃甘%七&⋯∃∀∋()&)口自∃∀∗口乃乙自亡仁+尸∃)了&,‘∃,二八∀(&⋯八乙,且,(连)二仁+ 人)‘∃,−,.),/ & / 0 −/ & / 0 −/ & /0 −
− & 1∃ 2
− & 1∃ 2
− & 1∃ 2
, & ). ∃
, & ). ∃
, & ). ∃
. & , 3 −
. & ,3 −
. & ,3 −
, & . 0 )
, & .0 )
, & .0 )
1 & ∃3 )
1 & ∃ 3 )
1 & ∃ 3 )
尸乃口∀匕+巴口匕工%+4+
5#678一21&331−/即−/
9‘∃∀,翻:口0妇,自∃比;#了&门了3:8月4 卜&⋯∃,自))&口‘,∃‘),目八<工+%;# &!∗%
穿进 ’一’‘4 8 = ‘; 4一
、 卜
> ? # 4 4 ≅ 6 Α #Β8 ?净Χ)&、
Δ一Ε三‘ΦΓ杏翘Η妇=,盆翻阮
十流 5 吐6 Ι ϑ & 8 Κ长 ‘ 一 ’一 ‘一 ‘一 ‘入口 Λ Μ Ν # ’一 , Ν 日)∃ 1∃
时 Ο石」Β 、& 、6 7 Ι Β? 〕
图 ) 次降雨的穿透 、干流和截留过程 7松树 Π
Θ ΒΡ & ) ∋ 8 = 45 6 5 8 ϑ # ; 4 8 = Ρ ;ϑΗ , 5 #6 Ι ϑ 8 Κ Η ? < Β? # 6 4 6 6 Α # Β8 ? ϑ8 4 Η
4 Η Β? ϑΗ 7 ΣΒ? 6 Π &
Τ犷Φ
。臼Υ%,∃一%Γ‘,ς
御(目‘
6&二<‘:%‘倒=Ω7乡、巴辞左粗
十 艺获 )2
7’。。ΒΟ二踌冬刁叫 3∃ 摇Λ 牛
ϑ+八!11内之Δ‘日Φ,∀
产ΞΦ创
八”八甘‘盛!&叼
树皮粗糙率定义为沿树干方向均匀取 , 个
圆周 , 将每个 圆沿 圆周方向树皮裂开的弦长之
和与该圆周长之 比为该圆处的粗糙率 & 取其 ,
个圆周的平均粗糙率作为度量树皮的粗糙程
度 , 粗糙率用百分数表示 &
在某一雨强下 , 某株树的干流时滞可根据
上述结果进行估计 & 若针叶树用松树实验数据 ,
阔叶树用栋树实验数据 & 依据时滞数据代入方
程 7 − Π 、 7 3Π 分别计算干流流量和瞬时截留强度 &
2 & 1 实验模拟与野外观测结果比较
根据降雨过程 , 实际测得的降雨强度 、穿透
降雨强度 、干流流量及其用余项法计算的林冠
截留强度 , 绘制了次降雨经过林冠的分配过程
曲线 7图 )Π & 穿透降雨与降雨几乎同时发生 , 只
不过刚开始穿透降雨强度小 , 难以测出 & 从图 )
可见 , 降雨后第 ) 分钟穿透 雨强 。& 8 .3 Ι Ι ·
Ι Β? 一, , 随着降雨 , 穿透降雨强度急剧上升 , 到第
2 分钟达到了峰值 & 干流出流滞后降雨 1 分钟 ,
其滞后时间正是雨水沿叶枝干的流动时间 , 出
流后 , 分钟达到峰值流量 , 雨停即刻退水 , 2 分
钟后干流结束 & 干流的峰值流量相 当雨强 的
3 Ψ & 降雨开始截留强度很大 , 随着降雨进行 , 截
留强度急剧下降 , 当降雨 / 分钟时降至 。, 即林
冠达到饱和 , 不再截留&
此外 , 根据次降雨过程中的实测数据 , 发现
降雨量与穿透雨量、干流量 、截留量的关系 , 降
雨量与穿透率 、干流率 、截留率的关系同中野秀
章「‘〕的野外观测结果一致 7图 1Π &
2 & , 实验与模拟结果的对 比
在实验室中 , 模拟次降雨的林冠截留 、穿透
扮声
Λ
习&月%
),+二“8%吕卜
Δ之卜:解泪扮
目。二<&:+‘&已工二Φ以忽锐
习Π 声
声4
Λ心ς 林一∃ & 喊卜 叫∃ & 叫卜 州∃ & 叫卜 碱卜全辣大二 Ν 愉 ,了沼,
二泛月以,勺%9卜Δ匕拓泪降弥
次降附里
)∃ )2 1∃ 11 Ζ 2
7 Σ Π [ & Β & ϑΗ 7 川 ? Π
图 1 次降雨的降雨 量与穿透雨量 、穿透率 、干流量 、干流率 、
截留量 、 截留率的关系 7 松树 Π
Θ盛0 & 1 [ 6 Η #Β8 ? 5 ; ΒΑ 5 6 # Κ 6 6 ? Α 4 6 6 ΒΑ Β# Η #Β8 ? Η ? < # ; 4 8 = Ρ ;ϑΗ ,
#; 4 8 = Ρ ; 「之))) 4 Η # 6 , 5 # 6 4? ϑ 8 Κ , 5 #6 Ι ϑ 8 Κ 4 Η #6 , Β? 4 6 4忧 Α # Β8 ? , Β? Υ
# 6 46 6 Α 4 Β8 ? 4 Η 4 6 主。 4 Η 4 < Β ? ϑΗ 7 Σ Β? 6 Π &
期 裴铁珊等 9林冠分配降雨过程的模拟实验分析 : ;
寸曰门ς =&伪:<ς 。&∗工=ς< ε&ς的刃=&卜≅Β =的门寸:<∗卜≅的=:&工ς =寸的菊。&工ς卜=:<ς< =::卜&的ς卜=&工=ς卜. =&工的ς卜=&工的工仍卜=&∗、灼&Ο∗。:的卜=的<φ&ς 。&的工=ς寸=的=∗&寸
‘<(尸目工?日仍 =。已巴?的&署
哪−#8 &∃卜#∃ &呼−#8 &∃的价∴∀∃寸−#8 &∃)门才&寸−)∃ &的叮呼−)∃ &瞬的)∃寸)−∃ &为)寸−#8 &∃洲0·卜)∃− &门寸∃·0∃1 &卜&)∴寸∀ &∃−)−∃的∃1∃)Χ3寸−∃ &的∴∃ &门的Η∀∴ &∃工]∴仍)∃ &∃娜∀寸∃)
的&)∀∴寸
‘∃⊥)&)日的科=。%?的‘荟
口。节<%&尸= 翻探摊很
0∃寸&)0卜门#Ρ∀卜的_⎯寸0工∃0∴_)Η∀仍工卜仍叫_1)帅∴工的−旧&)∴ Ρ∀寸的叮&#]−价)∴0的∃)田&)0甲的工卜寸&哪的∴帅,)Ρ &叫)∃−的∃寸&的∴卜工Ρ &)旧]对)门∃0问&)∴ς∀&)∃的−0 ⎯菊&∃卜0)卜&∃寸哪的∃寸0洲_∃)−目∀∴工价&∃的价0∃的∀仍寸&娜的卜ς,∃1∀∴的瞬) &∃卜博的∃ &0甲∃
∀ ∀
‘∃(衬目 ,日⊥Ξ材=。。%?的门署
遭⋯αα⋯α厦⋯冬。一铂日‘尸的璐甲十幕Η份%,
卜−∃ &仍&−∀⎯ &∃∃−的∴#∀。∃−) &−仍#8 &∃门的卜的)∃ &∃−0 ‘∀∀卜)∃ &博∴⎯工∀∴ &∃的卜∴∀&∃的1门喃∴州&∃的帅1)人#呻&叫ς寸∃卜工助价∀− &)的∴ &∃门⎯−_0)卜0−)哪仍&闷的∴ &∃公∃仍门工卜&)0)门的∴⎯ &∃1)]− &瞬仍Ρ )门的∴ &∃工∀_−卜1)的仍&Ρ)的价∴工∀门叮Ω &∃卜寸Ρ &# Η叫助∃)0仍&的曰∴⎯ &∃ 寸− &∀娜−仍)∃门工的∴ &∃)甲Η8∀&帅−]门卜寸1)∃的门∴ &−−) &工的∴ &∃伪价⎯∀寸&口门旧]) &0卜) Ε∃的心1 &∃瞬−寸哪帅&价叫们的∃) &Ρ工⎯∃闰州畔)0仍−侧∀寸寸的∃ &仍哈呼)门∀工∴卜。0叮) &0寸
∃的0∃_卜∀&0∃寸&∀∃Η娜&∃≅8对
‘∃一尸目 。访日利卜?的&艺∃⊥扫目,溺 =&巴2芝口倒工?#=沉祠。%的‘豪娜获林落擎砚藉袜魂
&目侧<
7工 =一已·#=日
。&卜&二:的∗训
璐
7已日Π
)目钠=⊥侧咧
僵
Δ/层已·Φ合(
眺=。妇 侧哄
)&甲二的,ς9卜雇钦盘用
⋯的&−)工∃ &的工&)的0)旧&#∀的工。价&的工&)∃ &∴工的⎯的&∃)∃−的&)的卜。工∃0的&⎯的寸&)∃ &门的&)山&)的&7已Π一&甲‘&国啊健 7丫=(日Υ已日Π熟妇 的=。 ∃&侣烈健
稼宜 ·吕世蓄旧 , 。 。 , 。 ∃ 卜 二 。 三 公 臼 口 艺 写 写 公 乏 另 蕊 胃 蕊 留
=&‘8目∀+卜。工%‘Η一叻召&)妇月仙二1召, ‘=<:材目&Υ85 ?里的三节Σ,弓2∃旧‘&<=口曰Ε9卜
五友峨织获娜坪邵林Ρ泪喇琢十户世医触,翻粗银诊公卑凶
: ; ∀ 应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
的&ς =<<们寸∗ ,寸<:ς&=匀∗ =的的卜ς<& =门闰&哪ς =<的寸:ς仍的<ς =寸门卜瞬<ς =<仍寸旧∗&的门<ς =们公=哪∗寸ς的=<& =哪卜工
卜Θ&Ο =的ς口仍.∗=<们5Μ帕=瞬Τ岭&刃)∀∴门0婚&们的)门0) &卜∃寸∃岁− &∀∴Ρ仍仍卜∃) &的∴甲&−门心&0侧_们哪Ρ0−1∃的门卜&寸0 &∴工)Ρ价为−)价&∴甲心&卜∃的∀工_门0寸1阅娜Ρ帕ςς寸卜Η8 &∴Ρ的1∃∀∃0门−0图目)# 才的0匀&∴1∃0_卜]∀ ∃寸&−价门1)幻ΩΡ)工&⎯的工卜&∴Η∃寸瞬&∃0−门&Ρ闺)∀))娜Ρ∴幻∀的侧&卜∃−匀0门&⎯们田叻甲囚寸仍门0。·1−),∴8Η卜伪∃的β ·国工旧妈·”·仍的∀寸ς0价&∴−]∃岭)∃工Η卜旧13哪0帅的∀寸&∴Ρ卜Ι−∃工⎯ &1)0哪才&心仍,卜)门&∴∃寸∀#价内ς的刁−1洲&⎯Ρ∀卜∴ ‘⎯0曰&1∃ς_∃−仍ΗΡ门Ι的&田&工的&)∴∀门对&价1∃仍呼∃0阅
口。材目工?#=⊥Ξ妇=‘巴5&芝二∃尸门沥日%足(Υ),访已例?司(璐们。卜的χ‘一祠&的倒%司=娜蔽斌林蒸钵澎魂袜获摧
Δ任已δ
‘。(祠江ε%占喇翻橄
扮的=。州 侧顺
‘。公<。%&村= 妞橄浪林
Δ,三巨。三已Φ
7日已Π
,。 Ο三&的喇瑞十
‘切卜门上的。⊥∗嘲瑞
斗。钠一日(的瑞甲十寒
宁‘⊥已。日
7#=已Π
)门+=一目国啊彼
7工,=已·日Π分⊥
的=。佃=φ侧票
)旧+名切?8%上卜僵世用钦
价&∴γ &工∴的&仍工∃ &的工的&Ρ⎯∃ &的州的&帅工∀囚#旧&∃)∃ &−的&卜∃ &0的&洲∀的的&洲一匕一
门知‘⊥&闰训健
旧&)的&)的&)的&)的&)的&)曰&)的&⎯旧&)的&)的&⎯旧&)的)的&洲的工Δ下
口⊥已。已Π热
祠工的=‘尸
‘目国惑修
三 国 理 二 二 写 么 乏 吕 名 召 蕊 胃
Δ=已Π习已η一妇口(司洲一巴言暖世
⋯留∀%∃妇,。)6&脚5习目的,8已小写<兰‘&=们2招妙三:‘谓Σ曰怡月Υ =∗门&9卜
纽布坎获晰形沂械翻Ρ搜喇十琢ι旺世用触籽恨炸Ρ黛?娜
期 裴铁牙等 9林冠分配降雨过程的模拟实验分析
降雨与树干径流 = 将实验测得穿透降雨强度 、穿
透雨量 、树干径流流量 、树干径流量 7总量 8 、林
冠截留降雨强度 7计算8 、截留量 7计算 8与动态
响应模型计算的相应量进行对比7表 : 、 8 ‘
上述结果是在常雨强条件下得到的 = 而天
然条件下的一次降雨过程中 , 其强度是随时间
变化的 , 为了研究一次变雨强降雨的林冠截 留 、
穿透与树干径流特征 , 进行了变雨强实验 , 并将
常雨强下的动态响应模型经过变换推广到变雨
强 , 比较测量与模型模拟 , 其结果令人满意 7另
衰 ∀ 好外观测与棋型模拟结果对比 7 , , 年 8
Μ ≅ ϑ = ∀ # Β ? 0≅ Φ >Γ >Β Χ Β Φ ? Δ = Γ 4 代Ι ≅ Χ Ι Γ >? 4 5≅ Α>Χ Ο ΦΔ Γ 4 5ΑΓ
文报道 8 =
从表 : 、 可见红松和栋树穿透总量 、截留
总量 、干流总量的实测值与模拟值分别 比较 , 红
松截留的相对误差最大 7: = <∀ γ 8 , 而栋树的干
流总量相对误差最大 7 = 的γ 8 =
; = ∀ 野外观测与模型模拟结果对比
为了把实验室的模拟结果应用于实际 , 并
对动态响应模型进行检验 , 以穿透降雨为例 , 比
较其野外观测资料及模型模拟结果 7表 ∀8 =
野外观测点红松 、栋树的叶面积指数分别
序 号& Β =
降雨 日期1 ≅ ΑΔ
7? Β Χ ΑΝ =
Ι ≅ Α Δ 8
降雨历时1 4 Φ≅ Α >Β Χ
降雨量, ≅ >Χ Η≅ 55
穿透降雨观测值
η Δ ≅ Γ 4 Φ Δ Ι Α Ν Φ Β 4 Ο ΝΗ≅ 55
7? ? 8
穿透降雨模拟值
( >? 4 5≅ Φ>Χ Ο Α Ν Φ Β 4 Ο ΝΗ≅ 55
7? ? 8
误 差∋ Φ Φ Β Φ
7写 8
7? ? 8
Υ Β ΦΔ ≅ Χ 0>Χ Δ ∗ ≅ δ Υ Β Φ Δ ≅ Χ 0>Χ Δ ∗ ≅ δ Υ Β Φ Δ ≅ Χ 0>ΧΔ Β ≅ δ
曰,自∗连%.门了.匕++性月+自48⋯∃,口门了∀口,/1,犯)∃∃&乐)3.21,−)2∃)∃01&)−3&土乐/∃)13−,.1.21&)20&∋,,230)∃/肠−1&).3−主,/),20∃−阳/∃1&).认−乙0)/∃.1&)00&不屯3) . χ ∃ ∃ 一 ) / χ ∃ ∃1 ) χ . ∃ 一 − χ . ∃∃ χ ∃ ∃一 2 χ ) ∃
χ 2 ∃一 / χ 1 ∃
3 χ ∃ ∃ 一 ), χ ∃ ∃
∃ χ 2 ∃ 一 , χ ∃ ∃ ) , − ∃
丹ϕ+性仁口(卜(∀,几叼上, ,三)二孟叮‘& &⋯‘门4月自了了&‘, &,几,曰叹+<二亡七
为 . & 1 / 和 . & 3 ) ,树龄 . ∃ 年和 1 2 年 , 树高 2 & − 2
Ι 和 2 & /∃ Ι & 实验在森林水文模拟实验室中进
行 , 未考虑实验期间的蒸发 & 从表 . 可见 , 除红
松在第 , 次降雨过程中的模拟结果与观测结果
差异较大外 , 模型模拟与野外观测结果相吻合 &
降雨期间蒸发所引起的附加截 留 , 特别是降雨
历时长时更是如此 & 然而 , 本次实验室模拟未考
虑蒸发损失 , 以后须加以改进 &
参考文献
− 结 论
− & ) 一次降雨通过林冠分配为林冠截留 、穿透
降雨和树干径流 & 穿透降雨和树干径流过程都
符合 ] 一 ∋ 一 [ 电路暂态过程方程 & 截留过程的
动态响应方 程为雨强减去穿透降雨与树干径
流 &
− & 1 林冠为多孔介质 , 降雨与穿透降雨 、林冠
截留同步进行 & 只不过降雨开始 , 穿透降雨极
小 , 难以准确测量而已 &
−& , 树干径流滞后于降雨 , 其滞后时间可根据
表 ) 正交实验结果估计 & 干流时滞 χ 主要依赖
于降雨强度 , 其次是叶面积指数 、枝角和树皮粗
糙率 &
− & . 当野外一次降雨强度小时 , 必须考虑由于
方 向& ) 0 3 1 & 降雨径 流模拟试验中小流量电测方法的研
究 & 地理研究 , ) 71 〕χ /∃ 一 / ·
向师友 、邢晋文等 , 玲 3/ & 华北油松人工林的透流 、千流和
林冠裁留 & 北京林业大学学报 , 7 Π χ 23 一 −/ ·
崔启武 、边屐刚 、 王维华等 & )0 3∃ & 林冠对降水的截留作用 &
林业科学 & 7 1 Π χ ). ) 一 ) . − ·
中野秀章著 7 李云森译 Π & ) 0 / 2 & 森林水文学 & 中冈林业出版
社 ,北京 , 2 0 ·
+Η 6 κ 5 8 ? , )& +& ) 0 /2 & [ 6 Η #Β8 ? 5 ; ΒΑ 6 # Κ 6 6 ? 4 Η Β? ϑΗ Α Η ,Η Ι 6 Υ
# 6 4 Η ? < Β? # 6 4≅ 6 Α # Β8 ? λ 4 4 8 Α Β6 Η Α Η ? # ϑ8 4 6 5 # & +& μ λ< 4 8 & ,
1 . χ 1 )2一 1 , 3 &
] Β= +ΒΗ Ρ Η ? Ρ & ) 0 2 2 & ν # ; 8 8 4 6 4 Β6 Η Ι 8< 6 8 ϑ 4; 6 Α 48 6 6 5 5 8 ϑ
4 Η Β? ϑΗ Β? #6 4 6 6 Α # Β8 ? Β? ϑ8 4 6 5 # 6 Η ? 8 Σλ & Γ 6 8 8 Ρ Β6 Η ο 8< 6 Υ
一? Ρ , . 1 χ ) ) )一 )1 , &
Σ 6 Β ⎯ Β6 ϑΗ ? 6 # Η & 10 3 / ν ? 6 φ Α 6 4 ΒΙ 6 ? #Η 5 λ5 #6 Ι 8 ϑ ϑ8 4 6 5 #
Ο λ7 4 8 8 Ρ λ Ι 浏6 Ε 二一) 0 Η 8 4 乏玉#8 4 λ 7 Θμ ο ] Π & ⎯ Ο 6 #6 Ι Α 8 4 Η # 6
ϑ8 4 6 5 4 6 仁 8 5 λ 5 4 6 Ι & >> Γ 5 , >? Α 8 5 Β= Ι ∴ 8 & 1 1 , ) / 3一 ) 3 − ·
π 资) 4 Β? Ρ 、 [ & >+ & 6 是‘) & ) , 3 ) π , # 6 4 4 6 Η #皿8 # ) 2 Η ? < ;λ< 4 8 8 Ρ Β6
≅ λϑ 6 5 > ? χ Σ & Γ & [ 6 ≅ Ο 6 & 红Π Π ? Η Ι Β6 Σ4 8 Α 6 4 # Β6 5 8 ϑ Θ8 4 6 5 # Γ Υ
6 8 5 λ 5 46 Ι & > ? # 6 4 ? 是一# Β8 ? Η Σ 48 Ρ 4 Η 4? Ι 6 1 , , Α Α · 1 ∃ 2一 1− 2 &
π Β Η Ι & Γ & Ξ & 6 # Η & )0 − / & Θ8 46 5 # μ λ < 4 8 8 Ρ λ & Σ6 4 Ρ Η Ι 6 ?
Σ 4 6 5 5 , ∀ φ ϑ8 4 < & Α Α & ), ) 一 ) , − &