森林与水

P ET Rs Rg S
Evapotranspiration Transpiration Evapotranspiration Overstorey Transpiration
Water
Interception Balance Interception Understorey
Energy Balance
地表径流减少 蒸散、下渗增加
非 湿 润 区
植被—水相互作用关系示意图
1600
Annual Evapotranspiration (mm)
1200
Forest Mixed veg. Pasture Eq. (9) (Forest) Eq. (9) (Grass)
800
400
0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
2012年中国水土保持学会年会及学术研讨会，海南三亚
第二分会场—森林与水
林-水关系研究的思考
于静洁 yujj@igsnrr.ac.cn
陆地水循环及地表过程重点实验室 中国科学院地理科学与资源研究所 2012-12-04
报告内容
1. 林水关系密切，是森林水文学研究的核心
2. 从地理综合的视角去认识林水关系
3. 林水关系研究的未来思考
全球林水分布
森林覆盖着地球陆地表面1/3的面积
Precipitation
Forest
Runoff
Forest
寒温带针叶林
中国林水分布
温带针阔混交林
暖温带落叶阔叶林
亚热带常绿阔叶林
热带雨林季雨林
水
陆表环境与林、水
土
地表 环境
气ຫໍສະໝຸດ Baidu
生
森林和水是陆表环境的重
要要素，更是森林生态系统 的重要组分，水是系统能量 循环和物质流通的主要载体， 林水有着密切的关系。
1、大中尺度水热通量同步监测及模拟
+ 水、能平衡建模 +
2、微、小尺度水文过程、水量（质）转化的过程监测与模拟
3、研发林水互馈实时动态模拟方法
4、反映植被作用机制和气候变化影响的的分布式生态水文模型 5、地理综合分析评价方法
Framework of the Dynamic Land Ecosystem Model (DLEM, top one) and the hydrological component in DLEM (below one).
森林对水文过程的直观影响：定性相对简单
• 首先，森林通过影响林下降水量而影响流域水量平衡的水量输入项。如 冠层对垂直降水和云雾水的截留。 • 其次，森林通过改变下垫面条件而影响水落到地表的流路与流速。如森 林减少坡面流，增加降水入渗和次表层流，减缓坡面汇流速度，延缓洪 峰出现时间等等。实质上是影响产汇流过程。 • 第三，森林通过影响流域与大气水分交换的数量（蒸散量）而影响流域 水量平衡的水量输出项。
流域水资源与森林植被经营模式的关系；
albedo
+roughness
Evaporation Evaporation
Infiltration Carbon BalanceGround Surface Runoff Infiltration Runoff Soil Layer 1 Soil Layer 1 Drainage Solute Balanc Soil Layer n
Tian HQ et al .2010
区域上：
重点加强气候过渡带研究，同时
考虑干旱区荒漠河岸林及干旱半干
旱区农田防护林带研究
内容上需加强：
森林-大气水、森林-土壤水、森林-地下水间的关系研究；
森林耗水量准确评估及与水土气相适应的 生态建设；
非人为造成的植被突变的水文影响研究；
森林水文与全球变化研究的结合；
典型生态系统 热带雨林、季雨 林 常绿阔叶林 森林 森林草原 草原
针阔混交林
针叶林 草原 森林草原 荒漠 半荒漠、荒漠 高寒草甸与灌丛 草甸 高寒草原、高寒 荒漠
流域为单元的水资源影响评价
对闭合流域，水量平衡方程：
长时段平均： R=P-ET
地带性因素： 如：N= PET/P N>>1, 负影响； N<<1, 不明显或正影响; 非地带性因素： 土层厚度 — 土层厚，影响大； 土层薄，影响小 尺度因素 — 流域面积大，变 化幅度小。
20 60 60 80 80
China (5) Japan (2)
60 80
60
60 80
New Zealand (3
60 80
80
径流历时曲线（多水与少水区不同）
如何从地理综合的视角来认识和研究林水关系
水
土
地表 环境
气
生（林）
从地理学的视角来认识：
地带性因素（气候带） 非地带性因素（尺度因素；土壤条件等）
中国主要生态地理区
寒温带湿润区
5A
中温带湿润区 中温带半湿润区
中温带半干旱区
暖温带干旱区
3D
中温带干旱区
4C
4B
4A
4D
3 暖温带湿润区 3C 暖温带半干旱区 3B 暖温带半湿润区 A
高寒干旱、半干旱区
6CD
高原湿润、半湿润区
6AB
亚热带湿润区
2A
热带、南亚热带湿润区
1A
气温 降水 生态区 名称 日均温>10℃的 (mm) 一月均温 天数 热带、南亚热带湿 10-15℃以 10001A 365 润区 上 2000 8002A 亚热带湿润区 0-12℃ 220-365 1800 6003A 暖温带湿润区 -6-0℃ 170-220 1000 3B 暖温带半湿润区 -6-0℃ 170-220 450-800 3C 暖温带半干旱区 -6-0℃ 170-220 200-450 6004A 中温带湿润区 -12℃ 100-171 1000 5A 寒温带湿润区 -20℃ 100以下 400-800 4C 中温带半干旱区 -12℃ 100-171 200-450 4B 中温带半湿润区 -12℃ 100-171 400-600 3D 暖温带干旱区 -6-0℃ 171-218 200以下 4D 中温带干旱区 -12℃ 100-171 200以下 高原湿润、半湿润 6AB -4-8℃ 400-800 区 高寒干旱、半干旱 6CD -20℃以下 50-400 区
中时段：R=P-ET±ΔW
短时段：变化和转化动态过程
Huxman et al. (2004) - Nature
三、未来研究思考
21世纪主要面临的问题 气候变化 土地利用/土地覆被变化 人类活动
变化环境中大的生态水文问题
2008年初雨雪冰冻
库湾富营养化
方法上：长期流域实验观测/遥感
地理综合分析
P A C I FPanama I C (2)
EQUATOR
Columbia (1)
OCEAN
20 40 60 80 80 20 TROPIC OF CAPRICORN
40
60
40
Yemen (21) TROPIC OF CANCER Mali (1) 20 PACIFIC Cameroon (2) OCEAN India (3) Uganda (1) Myanmar (2) EQUATO Ivory Coast (5) Kenya (5) Tanzania (1) Guinea (1) Brazil (1) Malawi (1) Indonesia (1) Zambia (1) I N D I 20 AO NC E A N 2 20 Zimbabwe (6) TROP OF CAPRICORN Australia (95) Madagascar (2) South Africa (9) 40 40 40 40 40
森林对水资源影响及其复杂：定量困难
森林植被通过影响 产汇流下垫面条件 而对水资源形成产 生影响。森林植被 本身也受气候、土 壤和地形等因素的 综合影响，在不同 的地区森林的存在 和变化也呈现出不 同的水文功能。森 林植被、气候、土 壤交互作用复杂。
森林植被参与并影响着水文过程
• Catchment water balance
capacity Soil Layerfield n
Lateral LateralFlow Flo
生
长 育 盖 样 度 性
植 被
发 覆 多
水 分 条 件
降 土 地 壤 下
水 水 水
水 文 变 量
蒸 散 发 量 土壤含水量 地 下 水 位
内 循 环 加 强
降
水
变
化
水 循 环
蒸
散
增
加
净水量平衡值下降 水平水循环减弱 垂向水循环减弱
80
60
3500
80 60 60 40 80
Annual Rainfall (mm)
80
60 40
Canada (7)
40
U.S.A. (55)
TROPIC OF CANCER
40
United Belgium (11) Kingdom (1) Spain (2)
Zhang et al., 2001
20