小陇山森林生态站区小气候特征分析

陈瑞锋，杨海裕，高兴红，郑子龙

（1.甘肃省小陇山林业科学研究所，甘肃 天水 741022；2.甘肃小陇山森林生态系统国家定位观测研究站，甘肃 天水 741022）

森林小气候直接影响森林生产力，从而影响到森林生态系统的结构和功能[1-5]。我国的小气候研究始于20世纪50年代[6]，系统性研究从上世纪80年代开始；江爱良等首先在海南岛对橡胶林小气候进行观测研究，并出版专著。小陇山林区为典型的天然次生林区，林区小气候研究始于2008年，蔺岩雄等对林区大气温湿度、风速、风向等气候要素及其变化进行了初步研究[7]。

本文利用小陇山森林生态站区2016-2018年气象观测资料，对林区太阳辐射、日照时间以及气压与温度的关系等小气候特征进行了分析，揭示森林的环境效能，为森林经营和进一步研究和分析其生态功能积累基础数据。

1 研究区概况

研究区位于甘肃小陇山森林生态系统定位研究站沙坝实验基地乱石窖沟，地处小陇山林区中心地带，属于长江流域嘉陵江水系，105°54′E、34°07′N，面积 142.64 hm2，海拔 1 550～1 900 m。地形地势起伏小，平均坡度36°～40°。该试验区有高等植物163种，其中乔木层48种，灌木层59种，草本层55种。乔木层以锐齿槲栎Quercus aliena var. acuteserrata为优势种，四照花Cornus kousa subsp. chinensis、灯台树 Cornus controversa、水榆花楸Sorbus alnifolia 、千金榆Carpinus cordata、多毛樱桃Cerasus polytricha为主要伴生树种；灌木层以白檀Symplocos paniculata和平榛Corylus hetr heterophylla为优势种；草本层主要有大披针薹草Carex lanceolata和如意草Viola hamiltoniana等。人工林以日本落叶松Larix kaempferi、华北落叶松Larix pyincipis-rupprechtii和油松Pinus tabuliformis为主要造林树种[8]。

2 研究方法

站区内建成Geonica地面标准气象站1座（海拔1 560 m）。以《森林生态系统定位研究方法》[9]和《地面气象观测规范》[10]为标准，自动监测气压、气温、湿度、太阳辐射、降水、风向、风速等气象因子，数据采集频率30 min/次。各气象因素均按24 h的平均值计算每月平均值。风向根据每天记录的数据，统计各风向出现的频率，记录最多风向。四季的划分采用气象划分法：以公历3～5 月为春季，6～8 月为夏季，9～11 月为秋季，12月至翌年2月为冬季。利用Excel软件对数据进行统计和分析。

3 结果分析

3.1 气象因子分析

3.1.1 月变化特征

对Geonica自动气象站2016-2018年监测数据进行了平均值统计（表1）。对近3年的观测数据进行月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温动态变化分析，由表1可知，年平均气温为9.0 ℃，2月平均最低温度为－0.7 ℃，7月份平均最高温度为20.8 ℃；极端最高温度38.4 ℃（2017年7月10日），极端最低气温为－26.6 ℃（2018年1月9日）；气温极差值65 ℃。气温随季节变化比较明显，极端最高、最低气温的分布趋势与月平均气温年变化相似。

对降水量变化分析可知，2016-2018年平均降水量874.3 mm，降水集中在6～9月，占全年降水量的71.2%。其中2018年6月降水量278.4 mm，单次最大降水量为119.8 mm，占月降水量的43%，出现在 2018年 6月 24日 2:30～6月 26日11:00，持续降水过程历时32.50 h，降雨强度88.5 mm/24 h，为暴雨级。2017年降水量910.50 mm，单次最大降水量92.30 mm，降水历时10.50 h，降雨强度105.50 mm/12 h，为大暴雨级。小陇山森林分布区年降水量＞874.3 mm，树木生长季节内相对湿度＞65%。

由表1可知，小陇山生态站区年平均风速0.93 m/s，月平均风速 0.7～1.2 m/s，变幅不大，全年春季风速较大，平均1.8 m/s。风向集中在SW、SSW方向，N风向最少。年最大风速13.7 m/s，出现在4月份，SW方向。全年以SW和SSW为主风向。

从表1可以看出，辐射量随月份的变化较大，太阳年辐射量为1 185.28 MJ/m2，月变化较大，站区年日照时间2 419.8 h。最大月日照时间出现在5月，为 269.8 h。

3.1.2 季节变化特征

对生态站区气象因子按季节进行了统计，见表2。由表2可知，平均风速随季节的变化较小，其它因子变化较大。辐射量和日照时间春夏季大于秋冬季；降水量集中在夏季，而气压值夏季最小。

表1 2016-2018年气象数据历月平均值

表2 不同季节气象因子平均值统计

3.2 太阳辐射、日照时间—温度的相关性

由图1、图2可知，辐射量和日照时间随气温的升高而增大，太阳辐射量与日照时间变化趋势基本相同且夏秋季大于冬春季。

3.3 气压—温度的相关性

对温度—气压进行相关分析，从图3可以看出：温度与大气压呈负相关。月平均温度与大气压呈反方向变化，经几种曲线拟合，大气压与温度之间存在着明显的函数关系，其关系式为：

图2 辐射、日照时间与温度的关系

图3 温度与气压的关系

4 结论与讨论

1）站区年平均气温为9.0 ℃，极端最高温度38.4 ℃（2017年7月10日），极端最低气温－26.6 ℃（2018年1月9日）；气温年较差变幅为65 ℃，气温随季节变化比较明显。年降水量为847.3 mm，集中在夏季，占全年降水量的60.3%，冬、春季降水较少。

2）站区年总辐射量1 185.28 MJ/m2，日照时间2 419.8 h。最大月日照时间出现在5月，为269.8 h。年总辐射量、日照时间与大气温度呈显著正相关。

3）站区最高气压868 hPa、最低气压830 hPa，全年平均气压844.7 hPa，年气压最大差异38 hPa。大气压与温度之间存在明显函数关系。

4）年平均风速为0.93 m/s，最大风速13.5 m/s，风向以SW和SSW为主。

由于监测时间较短，研究结论不能完全代表小陇山生态站区小气候特征，还需长期监测和积累数据。相关森林植被特征和自然环境对气象因子的影响将作为后续研究的重点。