大兴安岭地区林内积雪及森林小流域融雪径流特征

摘要

雪作为一种固态降雪，冬季在寒区森林生态系统水分循环和能量流动过程中占有重要的地位。本论文以大兴安岭北部老爷岭小流域为研究对象，选取该流域内主要森林类型，即兴安落叶松林、杨桦林和樟子松林，对其林内冬季积雪、春季融雪特征进行连续观测，并对该小流域融雪径流特征进行了系统研究，得出如下研究结果:
　　(1)3种林型对降雪的截留能力从大到小依次为樟子松林、兴安落叶松林和杨桦林，截留率分别为24.28％、13.98％和4.99％。在积雪累积过程中，积雪期杨桦林内雪水当量最大，无雪期减少量也最大，樟子松林与之相反，而兴安落叶松林介于二者之间。3种林型内积雪融化速率从大到小依次为杨桦林、兴安落叶松林和樟子松林。3种林型林内积雪量顺序与积雪融化速率相同，3种林型林内积雪融化结束时间相近。
　　(2)春季森林小流域融雪径流开始于4月17日，结束于5月7日，整个融雪径流过程径流量介于0.076m3/s～1.09m3/s之间。融雪径流过程呈涨流、回落和平稳3个不同阶段，平稳后的流量维持在0.46m3/s左右。涨流阶段径流量受气象因子影响显著，日内径流量的变化受气温影响较人，径流量在14:00～17:00时段随着气温的升高而增大，其他时段随着气温的降低有所减小。敏感性分析得出，气温对融雪径流量的影响最大，敏感系数高达0.54，地表温度次之，浅层土壤温度的升高会削减融雪径流量，春季降雨可形成雨雪混合径流，且降雨量越大径流量越大。
　　(3)大气降雪中阴离子的质量浓度高于阳离子，二者相差6.94倍，其中PO43-的质量浓度最大，达7.98mg/L，微量元素Mn最小，为0.078mg/L。除了K+的质量浓度随降雪场次的增加而波动升高外，其他7种离子均呈“先增大后减小”的规律，其中Ca2+和PO43-的变化幅度较大，而Mn和NO3-的变化幅度较小。降雪穿过林冠形成林下积雪过程中，不同林型对积雪离子浓度的影响程度不同，其中樟子松林内积雪离子浓度最高，杨桦林次之，兴安落叶松林最弱。春季随着气温的回升，林内积雪逐渐融化产生融雪径流，径流中以Ca2+和PO43-为主，二者占78.50％，同时Ca2+、PO43-、Mg2+和K+相对大气降雪均表现为淋失型迁移，其中Ca2+的迁移量最大，迁移系数高达20.01，而SO42-、NO3-、Cl-和微量元素Mn为内贮型迁移。
　　(4)林内积雪除了可为流域提供水资源和营养元素外，一定厚度的积雪对土壤还起着保温作用。积雪厚度由12.98cm逐渐增加到28.48cm的过程中，气温由-13.08℃降至-28.03℃，裸露地表温度变化较剧烈，积雪底部温度变化较缓和，裸露地表温度相差14.61℃，而雪底温度仅相差5.34℃，雪底与裸露地表温差由6.89℃增加到18.87℃，说明一定厚度的积雪具有缓冲冷空气和保持雪底温度的作用，且积雪厚度在27cm以上时，其保温效果较明显。积雪的存在延缓了冷空气对浅层土壤的传导，积雪厚度由11.44cm增加到34.16cm过程中，10-20cm与20-30cm之间的温度梯度分别减小了52.17％和43.75％，说明积雪的覆盖促进浅层土温均匀分布。冬季借助林下长波辐射、土壤热通量和气温模拟浅层土壤温度的精度随着土层的深入而减小。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究概况

1．2．1 林内积雪研究概况

1．2．2 融雪径流研究概况

1．2．3 雪化学研究概况

1．2．4 积雪保温效应研究概况

1．3 研究目的及意义

2 研究区概况及研究方法

2．1 研究地概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 气候

2．1．3 土壤

2．1．4 植被

2．2 研究方法

2．2．1 流域及样地选取

2．2．2 数据采集

2．2．3 数据处理与分析

2．2．4 技术路线

3 大兴安岭主要林型内积雪累积特征

3．1 积雪期大气降雪特征

3．1．1 积雪期气温特征

3．1．2 大气降雪特征

3．2 不同林型对降雪截留特征

3．3 不同林型内积雪累积特征

3．3．1 积雪厚度特征

3．3．2 积雪密度特征

3．3．3 雪水当量特征

3．4 积雪的保温特征

3．4．1 积雪对土壤保温特征

3．4．2 积雪覆盖下浅层土壤温度特征

3．4．3 积雪覆盖下浅层土壤热传导特征

3．4．4 积雪覆盖下浅层土壤温度模拟

3．5 本章小结

4 大兴安岭主要林型内积雪消融特征

4．1 融雪期气温特征

4．2 不同林型内积雪消融特征

4．2．1 积雪厚度特征

4．2．2 积雪密度特征

4．2．3 雪水当量特征

4．3 本章小结

5 大兴安岭森林小流域融雪径流特征

5．1 融雪径流期气温特征

5．2 融雪径流期降雨特征

5．3 森林小流域融雪径流特征

5．3．1 融雪径流量月内变化特征

5．3．2 融雪径流量日内变化特征

5．4 融雪径流影响因素

5．4．1 气温因素

5．4．2 降水因素

5．4．3 冻土因素

5．5 敏感性分析

5．6 本章小结

6 大兴安岭森林小流域雪化学特征

6．1 大气降雪化学特征

6．1．1 降雪阳离子化学特征

6．1．2 降雪阴离子化学特征

6．2 林内积雪化学特征

6．2．1 不同林型对林内积雪阳离子化学特征

6．2．2 不同林型对林内积雪阴离子化学特征

6．3 河川融雪径流化学特征

6．4 河川融雪径流化学成分相对降雪的迁移量与迁移系数

6．5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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