森林对降水量调节的研究

王丽

（山东省国土空间规划院，山东济南 250014）

笔者曾利用线性回归方程，对过各月降水量与森林覆盖率关系的分析，得出降水量与森林覆盖率之间存在线性回归关系，森林对降水的贡献率为2.12%，森林覆盖率每增加10%，能增加降水6.1mm的结论。由于受季节气候变化的影响，各月降水量变化较大，最后归结到全年合计上，下面利用年降水资料，由于降雨量受地形影响较大，平原地区森林相对稀少，笔者利用临朐、沂水、泰山林场等26个县（市、区，林场）26个县级单位的降水资料和森林覆盖率资料，对这一相关关系进行研究。

1.资料来源

各县（市、区、林场）年降水量资料由山东省气象局提供，森林覆盖率数据来源于一类、二类森林资源调查及1983年林业区划调查据。森林覆盖率根据张德全[1]等人的研究成果及国家有关现行技术标准进行了必要的科学校正。笔者为了增加样本数量，分别取1960、1974、1983、1990、2000 5个年度及其他们之间的均值（如1960—1974，1960—1983等，依次类推，直至1990—2000），一共形成15个试验样本数据组合。

2.研究方法

笔者参照孙小珺[2]、巩延苹[3]，张德全[4]、张靖[5]、董兴囤[6]、杨科家[7]等人的研究方法，以森林覆盖率为自变量x（单位为其数值的100倍），以降水量为因变量y,设a、b为待求系数（二者均为正负实数），建立线性回归方程y=a+bx，通过对这一线性回归方程的求解，并进行t、F、R（相关系数）检验，以期找出内在规律性。并根据导数计算公式，计算年降水量与森林覆盖率对数导数之间的回归关系，森林覆盖率对数导数的科学含义为森林覆盖率年递增率的变化速度，然后再对回归方程中的回归系数（即b值），进行再次线性回归分析，以期找出其规律性。

3.研究结果

研究结果中精度的计算通过查表相关系数R对照，用内插法求得。森林对降水贡献率以临朐县为例说明，计算式为（589.18-315.55）÷589.18=46.44%，其他计算照此进行。试验表明所有处理（县级单位）均通过F检验（试验精度90%以上），最高试验精度达到99.67%（涝山区），有15个县级单位未通过t检验，11个单位通过t检验，最高试验精度达到99.69%（涝山区），12个单位通过R检验，试验精度最高的莱芜区达到99.88%。将通过相关系数R检验的试验结果。平均b值为0.083，森林对降雨影响平均贡献率5.2%，如果将各处理的贡献率取绝对值，其平均值为34.80%，这一数值为森林对降水量的平均影响率。森林覆盖率较高或年均降雨量较高时，回归系数b值出现负值现象，因此并不是降雨量总是随着森林覆盖率的升高而升高的，有时可走向反面。通过对回归系数与森林平均覆盖率或年均降水量间建立线性回归关系分析，当平均森林覆盖率为25.40%，年均降水量为762.88mm时，回归系数b值由正转负的临界值为：森林覆盖率为15.16，年降量为728.09mm，低于这个值是正面影响，高于这个值就是负面影响，这就是所谓的森林调节气候的作用吧，当年降水量较少时，森林使降水量向着增大的趋势发展，反之则有完全与之相反的效果，即降水量较大时，森林的调节，又使其向着趋于减少的方向的发展。但是这一回归关系没有通过t、F、R检验。但是回归系数b值与森林覆盖率或年降雨量的倒数（即它们的对数的导数，科学含义增长或减少指数的变化速度，也说是递增或递减率）建立的线性回归关系，表现出了极大的相关性，对于森林覆盖率t值达1825.95（精度达到99.9998%），F值达6184.59（精度达到99.9984%），相关系数R值达到0.99999（精度达到99.99999%），经过换算，森林覆盖率超过19.20%时，相关系数由正变负，森林的存在，反而会使降雨量减少；对于降雨量而言，t值达2.2721（精度达到95.56%），F值达12.5739（精度达到99.20%），相关系数R值达到0.5331精度达到92.29%），经过换算，年降水量超过722.80mm时，相关系数由正变负，森林的存在，反而会使降雨量减少。从中可以看出，回归系数b值的变化对森林覆盖率的变化极为敏感，对年降雨量的年际变化较为敏感。

年降水量与森林覆盖率对数导数回归分析可以看出，除滕州市、兰陵县外，在年降水量与森林覆盖率对数导数回归分析试验中，有12个县级单位未通过t检验，14个通过检验，最高试验精度为99.94%（涝山区略低），除莱芜区外，均通过F检验，最高试验精度为99.89%（安丘市略高崂山区）。有11个单位通过相关系数R检验，最高试验精度为99.94%（莱芜区）。这11个县级单位的平均试验精度为97.47%，森林对降水量相对贡献率为-2.82%，这就是说总体上森林是使降水量保持了下降的趋势，取其绝对值均值就是其影响率为24.18%，是同一值的69.48%，由于年均降水量有所提高，这就是说随着降水量的增加，森林对降水量的调节作用相对减弱。回归系数b值，分别与森林覆盖率、年降雨量进行线性回归关系分析，均表现出十分显著，试验精度分别达到99.94%和99.83%，通过计算得出，当森林覆盖率超过20.45%和年降水量超过714.47mm时，森林对降水量的影响由正效应变为负效应，笔者再次用回归系数b值与森林覆盖率及其年降水量的倒数（对数的导数）建立线性回归方程，其试验精度分别达99.999%和98.00%，前者有所提高，后者有所降低，表明对森林覆盖率的变化反应更为显著。经过计算，当森林覆盖率超过21.12%和年降雨量超过697.95mm时，森林对降水量的影响由正效应变负效应。取试验精度高都，当森林覆盖率超过21.12%和年降水量超过714.47mm时，森林对降水量的影响由正效应变为负效应。

4.讨论

研究表明，森林对降水量的作用，不仅仅是具有提升作用，随着森林覆盖率的提高，降雨量的增加，超过临界值，会具有相反的作用，因此起到调节气候的作用，也就是削峰填谷的作用，离临界值越近，影响越小，在临界值上影响为零，离临界值越远影响越大，至于在何种状态下影响最大，变化最快，有待于另立课题进行研究。根据研究结果，取研究精度高的，森林覆盖率的临界值为19.20%，年降水量的临界值为714.47mm，研究结果表明，森林对降水量的平均贡献率为5.2%，影响力为34.8%。笔者利用对数导数进行回归分析，提高了试验精度，增加了可靠性，研究表明大部对分线性回归显著，其对数导数及指数对数等的回归也十分显革，精度会大大提高，也有不同的个例，为该项课题的研究，提供了新方法。通过对26个县级单位的研究，大部分能通过F检验，再就是容易通过t检验，最不易通过的就是R检验，为什么会出现这样的情况，在以后研究中加以解决，通过R检验的，一般能通过F橙验和t检验，也有不同的个例，这有待于在以后的研究中加以解决。笔者通过取多年均值的办法，不仅增加了试验样本个数，增加了试验可靠度，也避免了客观噪声的影响。