全 文 ：长白山阔叶红松林生长季反射率特征 3
关德新 3 3 　金明淑　徐　浩　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　根据长白山阔叶红松林气象观测塔上太阳总辐射和反射辐射资料 ,计算了 2001 年 5 月 22 日～
10 月 14 日森林下垫面的每日整点反射率. 结果表明 ,森林的反射率与太阳高度角有关 ,在太阳高度角很
小的日出和日落附近反射率较高 ,太阳高度角大于 30°时反射率变化不大 ,反射率的日变化曲线为 U 形.
森林的反射率与天空状况有关 ,晴天条件下低太阳高度时的反射率高值明显 ,U 形曲线突出 ,昙天时曲线
两端高值相对较低 ,U 形曲线也相对平坦 ,阴天的日变化曲线则没有明显的规律 ,在某范围内波动. 生长季
反射率的变化特点为 6 月上旬较高 ,6 月下旬稍有下降 ,7～9 月较稳定 ,10 月上旬则逐渐下降 ,反映了冠
层叶片物候变化特征.
关键词 　反射率 　阔叶红松林 　日变化 　生长季变化
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 12 - 1544 - 03 　中图分类号 　S716 　文献标识码 　A
Reflectivity of broad2leaved Korean pine forest in growing season on Changbai Mountain. GUAN Dexin ,J IN
Mingshu ,XU Hao ( Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (12) :1544～1546.
The hourly reflectivity of broad2leaved Korean pine forest on Changbai Mountain from 22 May to 14 October
2001 was calculated based on total solar radiation and reflect radiation. The results showed that : the reflectivity
of the forest was related to solar altitude. It was generally high just after sunrise or before sunset ,but was rela2
tively stable as solar altitude was higher than 30°. The diurnal curves of reflectivity took U shape. The reflectivi2
ty of the forest was also related to sky conditions. In clear days ,the U shape was quite clear. In scattered days ,
the reflectivity just after sunrise and before sunset was not as high as in the clear days ,and the U shaped curve
was shallow. In overcast days , the reflectivity fluctuated. In terms of dynamic variation in the measured period ,
the reflectivity was relatively high in early J une ,decreased a little in late J une ,kept stable from J uly to Septem2
ber ,and dropped gradually in the first half of October. The variation was related to the phenology of the forest
canopy.
Key words 　Reflectivity , Broad2leaved Korean pine forest , Diurnal variation , Seasonal variation.3 中国科学院知识创新工程项目 ( KZCX22406)和中国科学院沈阳应
用生态研究所知识创新工程资助项目 (SCXZD0101203201) .3 3 通讯联系人.
2002 - 03 - 13 收稿 ,2002 - 08 - 13 接受.
1 　引 　　言
太阳能是地球上生命活动的根本能源 ,植物生
态系统作为陆地上最重要的生态系统之一. 其生长、
发育和演替都需要太阳能作为动力进行驱动 ,所以
在光合生理、植被生产力等方面的研究中太阳辐射
是重要的输入参数[7 ,15～18 ] . 照射到冠层表面的太阳
辐射一部分反射回太空 ,其余部分进入植物生态系统
中进行转化和交换[6 ,12 ] ,因此反射率是研究植被能量
学的最基本的参数 ,一种常见的方法是用天空辐射表
直接观测[1 ,2 ,4 ,5 ,8 ,9 ,11 ,14 ,19 ,20 ] . 随着遥感技术的发展 ,
遥感方法越来越多地应用于森林反射率研究[3 ,10 ,13 ] ,
但都是选择特定日期进行观测 ,缺乏对生长季反射率
动态变化的了解. 本文利用长白山阔叶红松林生长
季内的长期观测结果 ,分析其反射率的基本特征.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况 本项研究在中国科学院长白山森林生态系统定位站 1号标准地阔叶红松林内进行 ( 128°6′E , 42°24′N , 海拔738m) . 林下土壤为山地暗棕色森林土 ,乔木为红松 ( Pinuskoriaensis) 、椴树 ( Tilia am urensis) 、蒙古栎 ( Quercus mon2golica) 、水曲柳 ( Fraxinus m andshurica)和色木 ( Acer mino) .林分为复层结构 ,平均株高约 26m ,立木株数约 560 株·hm - 2 ,总蓄积量 380m3 ·hm - 2 ,郁闭度 0. 8 ,下木覆盖度40 %.212 　观测和计算方法观测点建有高 62m 的气象观测塔 ,通过 MAOS2I 小气候自动观测系统自动采集林上太阳总辐射、森林反射辐射和其他气象要素 ,总辐射表和反射辐射表安装在 32m 高的铁臂上 ,观测频次为 1h 一次. 本文资料的观测时间为 2001 年 5月 22 日～10 月 14 日 ,其中 6 月和 8 月因仪器调修有部分缺测. 反射率用森林反射辐射与林上太阳总辐射之比来计算.3 　结果与分析311 　反射率的日变化特征
应 用 生 态 学 报 　2002 年 12 月 　第 13 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2002 ,13 (12)∶1544～1546
　　森林的反射率随昼间时间的变化而变化. 图 1
是根据逐日资料绘制的 7 月反射率日变化 ,基本反
映了生长季内阔叶红松林反射率的日变化特点 :1)
大多数情况下 ,反射率在日出和日落前后较高 ,而且
不同日期间的差异较大 ,高值可达 0. 5 以上 ,多数在
0. 12～0. 23 之间 ,主要是天空状况等偶然因素的影
响. 2)太阳高度角达到一定值时反射率值则比较稳
定 ,以 7 月为例 ,在 8∶00～17∶00 时 ,反射率一般稳
定在 0. 9～0. 12 之间. 3) 由于反射率在白天具有早
晚两端高、日间大部分时间较平稳的特点 ,其日变化
曲线呈 U 形. 这主要是太阳高度角的影响.
图 1 　森林反射率的日变化特征
Fig. 1 Diurnal variation of reflectivit y of the forest (J uly ,2001) .
　　以 7 月的资料为例 ,反射率与太阳高度角之间
的关系见图 2. 由此可见 ,反射率随太阳高度角的增
大而减小. 二者关系可用指数方程表示
　　Y = 0. 1471 e - 0. 0059 h 　　R2 = 0. 3028
　　相关系数不高的原因主要是低太阳高度角时反
射率数据分散 ,太阳高度角大于 30°时反射率变化
不大.
图 2 　森林反射率与太阳高度角的关系
Fig. 2 Relationship between reflectivity and solar altitude (J uly ,2001) .
312 　反射率与天空状况的关系
　　森林反射率与天空状况密切相关. 图 3 绘出了
典型的晴天、昙天和阴天的反射率日变化曲线. 3 条
曲线有一定的差异 ,晴天时日出后和日落前的反射
率比中午前后的值高很多 ,日变化曲线呈现明显的
U 形. 昙天的日变化曲线也呈 U 形 ,但日出后和日
落前的反射率值比晴天的低 ,曲线 U 形显得更平坦
些. 阴天的日变化曲线则没有明显的规律 ,只是在某
范围内波动. 中午前后的反射率值三者没有明显的
差异.
图 3 　森林反射率与天空状况的关系
Fig. 3 Relationship between reflectivity and sky condition.
Ⅰ.少云 Scattered (2001. 7. 10) , Ⅱ. 晴天 Clear (2001. 7. 12) Ⅲ. 阴天
Overcast (2001. 7. 23) .
313 　反射率的季节变化
　　这里用反射率日平均值的动态来分析其季节变
化规律. 为了使季节动态数据平稳 ,又不影响数据间
的比较性 ,6、7 月用 6∶00～18∶00 的数据计算日平
均值 ,其余月份用 7∶00～17∶00 的数据计算 ,不考虑
日出和日落附近的其他数据. 这是因为该时间段的
太阳高度角很小 ,太阳总辐射和反射辐射绝对值都
很低 ,计算出的反射率容易出现奇异值.
　　以日平均值数据绘出的反射率季节变化 (图 4)
可以看出 ,在观测的时间段内 ,6 月上旬的反射率值
最高 (接近 0. 13) ,中旬缺测 ,6 月下旬稍有下降 (在
0. 12 左右) ,7、8、9 月变化不大 (在 0. 11 左右) ,10
月上旬内则逐渐下降 ,到 10 月 14 日 ,反射率降为
0. 09. 反射率出现上述的变化特点与冠层叶片有密
切的关系 ,6 月上旬的阔叶树冠以新生叶为主 ,并形
成了一定的叶面积 ,针叶树也有许多新生叶 ,整个冠
层颜色相对较浅 ,反射率较高. 进入生长旺季后 ,冠
层颜色相对较深且较稳定 ,反射率也很稳定 ,到了
10 月 ,阔叶树叶片枯落 ,反射率也随之下降.
　　总的来看 ,生长季内阔叶红松林的反射率比较
图 4 　生长季森林反射率的动态变化
Fig. 4 Dynamic variation of reflectivit y of the forest in growing season.
545112 期 　　　　　　　　　　　　　关德新等 :长白山阔叶红松林生长季反射率特征 　　　　　　
稳定 ,5～9 月变化于 0. 10～0. 13. 需要说明的是 ,由
于计算日平均值时没考虑低太阳高度的数据 ,图 4
的数据可能稍低.
4 　结 　　论
411 　由于太阳高度角的影响 ,反射率在日出和日落
附近较高 ,中午较低 ,太阳高度角与反射率的关系符
合指数关系.
412 　森林反射率与天空状况有很密切的关系 ,典型
的晴天和昙天反射率日变化曲线呈 U 形 ,但昙天 U
形曲线更平坦些. 阴天的日变化曲线则呈明显的规
律性 ,只在某范围内波动. 中午前后的反射率值三者
无明显差异.
413 　5 月下旬至 10 月上旬期间 ,6 月上旬的反射率
较高 ,6 月下旬稍有下降 ,7、8、9 月较稳定 ,10 月上
旬内则逐渐下降. 反射率的这种动态直接受冠层叶
片的生长、枯落等物候变化影响.
413 　生长季的天气条件复杂多变 ,对森林反射率观
测数据的影响也较复杂 ,如阵性降雨可能影响某个
整点的数据 ,一般表现为反射率异常偏低或偏高 ,主
要是因为辐射表的感应面罩上积结水珠 ,以致感应
出的辐射值偏低. 森林观测塔一般距驻地较远 ,辐射
表安装位置高 ,难以进行时时的人工管理 ,这是辐射
自动观测数据分析处理的难点之一. 本文数据是根
据长白山定位站内气象站 (与森林观测塔相距约
2km)的人工观测记录进行筛选 ,删除了异常数据.
参考文献
1 　Amarakoon D ,Chen A ,Mclean P. 2000. Estimating daytime latent
heat flux and evapotranspiration in Jamaica. A gric For Meteorol ,
102 :113～124
2 　Cohen S , Fuchs M. 1987. The distribution of leaf area , radiation ,
photosynthesis and transpiration in a Shamouti orange hedgerow or2
chard 1. Leaf area radiation. A gric For Meteorol ,40 :123～144
3 　Franklin J ,Duncan J , Huete AR , et al . 1994. Radiative transfer in
shrub savanna sites in Niger : Preliminary resuluts from HAPEX2Sa2
hel 1. Modelling surface reflectance using a geometric optical ap2
proach. A gric For Meteorol ,69 (3～4) :223～245
4 　He Q2T(贺庆棠) ,Liu Z2C(刘祚昌) . 1980. Heat balance of forest .
Sci S ilvae Sin (林业科学) ,16 (1) :24～33 (in Chinese)
5 　Hong Q2F (洪启发) , Wang Y2Z (王仪洲) , Wu S2Z (吴淑贞) .
1963. Microclimate of young masson pine forest . Sci S ilvae Sin (林
业科学) ,8 (4) :275～289 (in Chinese)
6 　Li S2G(李胜功) , Yoshinobu H ,He Z2Y(何宗颖) . 1994. Heat bud2
get of Naiman grassland in Inner Mongolia. Chin J A ppl Ecol (应用
生态学报) ,5 (2) :214～217 (in Chinese)
7 　Li S2R (李树人) , Zhao Y (赵 　勇) , Yan Z2P (阎志平) . 1997.
Light2ecological field of L ari x leoptlois canopy. Chin J A ppl Ecol
(应用生态学报) ,8 (2) : 123～126 (in Chinese)
8 　Liu Z2G(刘志刚) and Pan X2L (潘向丽) . 1997. Radiation charac2
teristics of larch plantation during foliation. Acta Ecol S in (生态学
报) ,17 (5) :519～524 (in Chinese)
9 　Lu Q2Y(卢其尧) . 1964. Comparison of energy balance and micro2
climate within and out of forest in tropical region. Sci S ilvae Sin
(林业科学) ,9 (1) :45～53 (in Chinese)
10 　Qin W ,David LBJ . 1993. An analytical and computationally effi2
cient reflectance model for leaf canopies. A gric For Meteorol ,66 :31
～64
11 　Ren H (任 　海) , Peng S2L (彭少麟) . 1996. Crown structure and
radiation in monsoon ever2green broad2leaf forest in Dinghu Moun2
tain. Acta Ecol S in (生态学报) ,16 (2) :174～179 (in Chinese)
12 　Wang A2Z(王安志) , Pei T2F (裴铁王番) . 2001. Research progress
on surveying and calculation of forest evapotranpiration and its
prospects. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 12 (6) : 933～937
(in Chinese)
13 　Wang J2D (王锦地) ,Li X2W (李小文) , Xiang Y2Q (项月琴) .
1997. Distribution of reflectance of crown surface. Sci Chin ( E) (中
国科学 E) ,27 (5) : 430～436 (in Chinese)
14 　Wang J2Y(王金叶) ,Zhang H(张 　虎) . 1997. Study on radiation
balance of spruce in Qilian Mountain. Meteorology (气象) ,11 (1) :
32～35 (in Chinese)
15 　Wang Y2H(王玉辉) , Zhou G2S (周广胜) . 2001. Analysis on eco2
physiological characteristics of leaf photosynthesis of A neurolpidi2
um chinense in Songnen grassland. Chin J A ppl Ecol (应用生态学
报) ,12 (1) :75～79 (in Chinese)
16 　Wang Y2H (王玉辉) , He X2Y (何兴元) , Zhou G2S (周广胜) .
2001. Characteristics and quantitative simulation of stomatal con2
ductance of A neurolpidium chinese. Chin J A ppl Ecol (应用生态
学报) ,12 (4) :517～522 (in Chinese)
17 　Wang Y2H (王玉辉) , Zhou G2S (周广胜) ,Jiang Y2L (蒋延玲) .
2001. Simulation of NPP and evaluation of ecosystem service of
L ari x gmelinii forest . Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,12 (5) :
648～652 (in Chinese)
18 　Wen S2Y(文诗韵) , Yang S2H(杨思河) , Yin Z2F(尹忠馥) . 1991.
Canopy structure ,light distribution and leaf biomass of tussan2feed2
ing oak forest . Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,2 (4) :286～289
(in Chinese)
19 　Wu H2S(吴厚水) ,Liu H2P(刘惠萍) ,Huang D2J (黄大基) . 1998.
Energy flux and energy efficiency of three communities in the con2
servation in Dinghu Mountain. Acta Ecol S in (生态学报) ,18 (1) :
82～89 (in Chinese)
20 　Yan J2H(阎俊华) ,Zhou G2Y(周国逸) . 2000. Analysis of microcli2
mate of monsoon ever2green broad2leaf forest in Dinghu Mountain.
W uhan Plant Res (武汉植物研究) , 18 ( 5) : 397～404 (in Chi2
nese)
作者简介 　关德新 ,男 ,1962 年生 ,博士 ,副研究员 ,主要从
事生态气象、森林生态效应方面的研究 ,发表论文 30 余篇.
E2mail : guandexin @hotmail. com ,dxguan @iae. ac. cn
6451 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷