第五章 森林蒸發(fā)散

第五章森林蒸散5.1森林蒸散5.2森林蒸散的測定方法第2頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散

森林蒸散（Evapotraspiration）是森林熱量平衡和水量平衡研究中的一項重要因子，是從森林植被向大氣輸送的水分通量，它包括森林植物群落中的全部物理蒸發(fā)和生理蒸騰。蒸發(fā)包括土壤蒸發(fā)、葉片和植物體上截留的水分蒸發(fā)。蒸騰包括通過葉片氣孔和皮孔散發(fā)出的水分。

森林蒸散（E）由林地蒸發(fā)（E1）、林冠截留防水蒸發(fā)（E2）和森林植物蒸騰（E3）三部分組成。森林蒸散對緩洪、水源涵養(yǎng)具有重要作用。第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散一．林木的蒸騰（一）概念與類型

1、蒸騰作用：林木的蒸騰作用是土壤水分通過植物體并主要經由葉片中的氣孔以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過程。

2、蒸騰的類型：蒸騰分三種：皮孔蒸騰、角質蒸騰和氣孔蒸騰，氣孔蒸騰是植物蒸騰作用的最主要方式。

第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散

氣孔蒸騰（stomataltranspiration）受內因與外因的共同影響。（二）氣孔蒸騰的影響因素樹齡植物生態(tài)型氣孔氣孔頻度氣孔大小氣孔開度氣孔構造1、內因第5頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散（二）氣孔蒸騰的影響因素土壤含水量風微風有利于蒸騰，強風蒸騰降低根對水分的吸收2外因光照光促進氣孔的開啟，蒸騰增加溫度一般隨溫度的升高而增大

CO2濃度CO2濃度低促使氣孔張開,蒸騰增強空氣相對濕度RH增大,蒸騰減弱第6頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散二．林地地面蒸發(fā)

（一）概念與組成

林地地面蒸發(fā)：森林內的地表溫度高于近地面的氣溫，地表的水分將會轉變成水蒸汽散放于空中的現象。

林地地面蒸發(fā)量包括林地土壤蒸發(fā)量（E′1）、枯枝落葉層蒸發(fā)量E′2和枯落物層的蒸發(fā)量（E′3）即：第7頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散二．林地地面蒸發(fā)

（二）影響因素林地地面蒸發(fā)受到蒸氣壓、蒸發(fā)面的溫度、以及供給蒸發(fā)面的水量的影響，前兩者又受到日照、氣溫、濕度、風速等環(huán)境因子的左右。林地蒸發(fā)量明顯地小于裸地，其減少的程度隨林冠的郁閉狀態(tài)而異，而林冠的形態(tài)又隨樹種、林分結構、立木密度等森林條件而異。第8頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散

表不同林分生長季節(jié)中的林地蒸發(fā)量（1982，mm）

樹種華山松華山松油松華北落葉松銳齒櫟草坡裸地坡向S5°WS80°EWWN85°ESS郁閉度0.70.80.80.70.71.06月30.1020.4120.3519.5118.1172.2954.597月34.6930.5426.3229.5022.8184.5053.948月23.7519.6815.2512.7712.2277.9148.369月15.2812.4314.1112.309.6554.2828.9510月1－10日9.478.687.877.663.9527.6316.45合計113.2991.7483.9081.7466.74316.61202.29蒸發(fā)量/降水量%16.8413.6412.4712.159.9247.0730.08第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散三．森林蒸散(evapotranspiration)

（一）森林蒸散作用指森林蒸散是森林生態(tài)系統(tǒng)向大氣的總水汽通量，它包括森林植物的蒸騰和林下地面蒸發(fā)量。

（二）、影響因子森林的蒸散取決于許多因子，如樹種、郁閉度、林齡、土壤中可利用水分、輻射、風速等。第10頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散

表不同林分類型的蒸散量（1982，6.1－10.10）

樹種華山松油松華北落葉松銳齒櫟草坡郁閉度0.80.80.70.7疏密度0.580.730.560.671.0蒸散量507.30465.46444.56349.37340.15林地蒸發(fā)量92.3083.9081.7466.74316.65林分蒸騰量269.55203.83225.25162.6023.50截留蒸發(fā)量145.45177.73137.67120.03第11頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.1森林蒸散

在潮濕地區(qū)實際蒸散和蒸散潛力很接近，但是在較干旱的地區(qū)，二者的關系卻很難建立起來。在降水后的很短時間內，實際蒸散值會很高而蒸散潛力由于空氣飽和差變小，會變得很小。

McNaughton和Jarvis(1983)收集了大量森林和農作物蒸散的資料，結果表明，在比較干旱的條件下，森林消耗的水分比農作物要小，而在潮濕條件下，由于森林有很大的粗糙度，能量交換過程比矮小作物快得多，所以消耗的水分要多得多。第12頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第五章森林蒸散5.1森林蒸散5.2森林蒸散的測定方法第13頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.2森林蒸散的測定方法一、蒸騰的測定方法（一）、樹液流測定法1、熱脈沖法(heatpulsemethod）

式中，Vh－熱脈沖速度（cm/s）；OB、OA—分別為從加熱點到達A、B點的距離(厘米)，通常OB＞OA(例如，OA＝0.5cm，OB＝1.0cm)；t—結O點加熱后，到A、B點的溫度相等時所經過的時間(S)；第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.2森林蒸散的測定方法一、蒸騰的測定方法（一）、樹液流測定法2、放射性同位素法用放射性同位素作為樹液流動標記，測定從根部注入后到達樹干上部某一點所需的時間。

用某種色素作為示蹤元素進行同樣的試驗。3、色素法第15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.2森林蒸散的測定方法一、蒸騰的測定方法（二）、葉重量快速測定法切取樹木的葉片或帶葉小枝，在氣孔或滲透壓的狀態(tài)還無明顯變化時，立即快速地用商精度的量計，測定其減少的重量，當做單位蒸騰量；另一方面，樹定單株樹木、甚至全林分的總葉量。

（三）蒸發(fā)計近似測定法

標準的蒸騰面可看成是具有許多微孔的表面，把蒸發(fā)計放在對象林木的附近，測定其蒸發(fā)值，用來代替蒸騰量。第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.2森林蒸散的測定方法一、蒸騰的測定方法（四）大樹蒸騰法（五）氣孔計法第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5.2森林蒸散的測定方法二、蒸散的測定（一）微氣象法能量平衡－波文比法，空氣動力學法、Penman-Monteith方程，渦動相關法，各種模擬研究法

水量平衡法、零能量平面法、Lysimeter法（二）水文學方法（三）生理學方法熱脈沖法、示蹤同位素法、空調室法、氣孔計法第18頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（一）、能量平衡波文比法（EBBR法）

森林作用層的能量平衡方程可表示為：R＝LE＋H＋G＋F＋A式中：R－輻射差額或輻射收支；L－汽化潛熱；E－鉛直方向水汽通量；LE－蒸散耗熱；H－亂流熱通量；G－土壤熱通量；F－森林植物體的貯熱變化；A－光合作用耗熱。通常A小于R的3%，故在森林能量平衡計算中往往忽略不計。5.2森林蒸散的測定方法方程中的輻射差額項（R），土壤熱通量項（G）和森林貯熱變化項（F）可以通過實測得到。

第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（一）、能量平衡波文比法（EBBR法）

5.2森林蒸散的測定方法式中，Cp－空氣的定壓比熱（Cp=0.24）；P－氣壓；ε－水汽與空氣的克分子量的比值，ε＝0.622；L－水的汽化潛熱；Δθ－林上觀測的兩個高度上的位溫差，當高度差不大時可用氣溫差代替位溫差；Δe－兩個高度上的濕度差值；γ－干濕表常數。（5－3）第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（二）、流域水量平衡法

進入流域的降水，一部分向下潛流失，另一部分被貯留在流域中，貯留部分可能被蒸發(fā)和蒸騰而散失到空中，因此，流域一年中的蒸散量可用下式表示：

ET＝P－R±ΔMET—年實際蒸發(fā)散量(mm)；P—年降雨量(mm)，R－年徑流量(mm)；ΔM—流域的年貯水變動量(mm)5.2森林蒸散的測定方法第21頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（三）、萊氏蒸滲儀（Lysimeter）法5.2森林蒸散的測定方法切取和周圍的土壤相分離的土柱體，讓它的表面接受降水，或進行人工給水，這種裝置稱為萊氏測滲計，可以測定水量平衡關系式中的部分或全部水分因子。如果在土柱體的地表栽植樹木，即可測出水分收支量之差，即蒸發(fā)散量，從而推算出山腹地帶單位面積的蒸發(fā)散量。第22頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（四）、水量收支平衡法5.2森林蒸散的測定方法直接秤量型、間接秤量型（液壓型、漂浮型、收支型）。

（五）、土壤水分變化法

對于某地段的非飽和土層，其水量平衡式為：

ET＝p—Δs－rs一Δq十Δrm

式中，Δs—非飽和土層中貯水量隨時間的變化；rs—地表徑流量；Δq—非飽和土層和它的下層之間在形成飽和土層過程中的水分交換量；Δrm—中間流入量和中間流出量之差(mm)。第23頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（六）、空氣動力學方法5.2森林蒸散的測定方法利用風速垂直梯度求得濕度亂流交換系數與動量亂流交換系數的關系來求得水汽的垂直通量。

用一種特別設計的“渦動通量儀”，可測定垂直風速和濕度的瞬間脈動值,計算出水汽通量。

（七）、渦動相關法（八）、氣孔計(Porometer)第24頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（九）、空調室方法5.2森林蒸散的測定方法將整個植株放于空調室中，測定室內水汽增加量就可以測得林木和地面的總蒸散。

（十）彭曼(Penman)公式根據經驗，植被地域的蒸散量可以用相同氣象條件下的水田蒸發(fā)量乘以系數求得，彭曼用熱量平衡和空氣動力學方法解析得出這個系數的理論值，并建立此公式，用日照時間、風速、氣溫和濕度資料，推算月平均日蒸散量（能）。第25頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（十）彭曼(Penman)公式式中，EPT－月均日蒸散量(能)（mm/d）；Pa—大氣壓(毫巴)；γ－0.0065Pa(毫巴／℃)；Δ—在平均濕球溫度t(℃)時的飽和水蒸氣壓曲線的梯度（毫巴／℃)；R0－有效輻射熱量(mm/d，1mm/d=59cal/cm2·d)；α--水面反射系數,0.05；Ra—在假設無大氣的條件下的最大可能輻射量(可用mm/d表示)；n/N—實際日照時間與可能日照時間之比，即日照率；σt4--在日照平均溫度t(絕對溫度K)條件下的黑體散射；5.2森林蒸散的測定方法第26頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（十）彭曼(Penman)公式5.2森林蒸散的測定方法σ—斯帶芬—波爾茲曼系數(用mm/d表示)；ea—在理想的水面蒸發(fā)量條件下的參數，即風速和飽和差的函數(mm/d)；V2—地上2米內的平均風速(m/s)；es—對應于日平均氣溫的飽和水蒸氣壓(毫米汞柱)；ed—在日平均氣溫條件下的實際(百葉箱內)