一种城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法

本发明涉及生态水文，具体涉及一种城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法。

背景技术：

1、城市绿地生态系统是城市总体规划的有机组成部分，反映了城市的自然属性，它既包括人工的植被，也包括半自然的以及自然的植被。城市绿地植被群落是调节城市内涝，减少洪水发生的重要因素。在城市中，城市绿地是维持和改善城市生态环境的最重要的生物屏障，可以调节温度与改善城市生态环境，维护城市生态系统的良性循环。因此，开展城市绿地生态系统的蒸散研究具有重要意义。尤其超大城市绿地生态系统，一方面受到人类活动的强烈干扰，另一方面又是其环境美化和暴雨内涝调节的重要体系。所以超大城市的绿地生态系统是其生态过程与水文过程相互作用演进过程的主控系统，但目前其生态水文的相应机制研究仍比较薄弱。因此，应将实验观测与模型模拟相结合，从“多因素、多尺度、多角度”综合研究城市绿地生态系统结构和生态过程对城市生态水文调节功能的影响机制，探索影响水文调节功能实现的主导因子。蒸散是城市绿地生态系统的水文过程和生态过程的相互作用机理的重要环节，是链接生态过程和水文过程的重要纽带，是研究生态过程和水文过程相互作用机制的最主要的指标。由于生态过程和水文过程的高度非线性特征，目前缺乏植被生态系统的生态过程和水文过程的相互作用机制的理论与方法，尤其是城市绿地生态系统，急需进一步探讨和研究。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，按不同植被、不同群落和不同区域尺度，采取野外样地调查、定位观测、流动观测和模型模拟方法，开展城市绿地生态系统的大气-植被-土壤的生态水文过程分析；具体包括以下步骤：

4、s1、在单株尺度上，通过观测树木的物候生长变化，叶面积指数变化和光合生理变化，分析树木的生态过程；通过树干液流仪、树冠截留、树干茎流和穿透雨传感器观测单株树木的水文循环过程；

5、s2、在群落尺度上，通过样地调查和定期人工观测分析优势植被群落生态学特征，通过水量平衡场和通量观测塔研究植被群落的蒸散特征；

6、s3、在区域尺度上，通过建立swh模型数据库，模拟分析城市绿地生态系统的蒸散；利用tm影像解译城市地表植被覆盖、ndvi和叶面积指数，分析城市植被生态过程变化的特征；基于城市的地表植被变化和生长对水文过程的影响，分析城市绿地生态系统生态水文过程的时空变化特征；

7、s4、利用不同尺度上城市绿地生态系统的生态过程和蒸散的研究结果，结合不同植被覆盖情景下的swh模型模拟结果，通过数理统计分析和模型模拟方法，阐明城市绿地生态系统的蒸散和生态过程的相互关系，耦合城市绿地生态系统的蒸散对其生态过程的响应机制。

8、进一步地，步骤s2中，植被群落生态学特征包括种类组成、盖度、生物量、多度、结构、物候特征。

9、进一步地，步骤s2中，植被群落水文过程的测定具体包括以下子步骤：

10、水文过程的测定遵循水量平衡原理，水量平衡方程为：

11、p＝s+is+ew+δw  (1)

12、公式1中，p为降雨量，s为蒸腾量，is为林冠截留量，ew为林下蒸散量(枯落物蒸发+林下植被蒸腾+土壤蒸发)，△w为土壤贮水量变化量；

13、s2-1、单株植被蒸腾量测定

14、根据通用的granier液流公式计算测定点的液流密度(vs)和液流通量(f)：

15、vs＝0.0119k1.231×3600  (2)

16、公式2中：vs为液流密度(g·cm-2h-1)；k＝(dtm-dt)/dt，其中dtm为无液流时加热探针与参考探针的最大温差值，dt为瞬时温差值；

17、液流通量(f)计算式为：

18、

19、公式3中：f为液流通量(g)；n为取样次数；vi为第i次取样时的液流密度(g·cm-2h-1)；as为边材面积(cm2)；△t为取样间隔时间(h)；

20、边材面积计算：根据颜色辨别其边材和心材；于树干胸高处用生长锥钻取木芯，用直尺测量边材厚度；根据每木调查数据，在确定胸径-边材面积数量关系的基础上，计算出样木边材面积和样地单位面积的总边材面积；将24h的树干液流密度求和，得到单位边材面积液流通量；将24h液流速度求和，得到单株日蒸腾量；

21、s2-2、林冠截留量测定

22、通过测定林外降雨量、林内降雨量、树干径流量来求算得到林冠截留；

23、林冠截留量计算公式为：

24、is＝plw-pln-pjl  (4)

25、公式4中：is为林冠截留量，plw为林外降雨量，pln为林内降雨量，pjl为树干径流量；

26、s2-3、土壤贮水量变化量测定

27、利用烘干法测定土壤含水量，土壤贮水量可由下面公式计算：

28、w＝∑wi＝0.1ωiγdihi  (5)

29、公式5中：w为土壤贮水量(mm)；ωi为第i层土壤含水量(％)；γdi为第i层土壤干容重(g/cm3)；hi为第i层土壤厚度(cm)；

30、s2-4、林下蒸散量的计算

31、降雨量、林冠截留量、人工植被蒸腾量、土壤贮水量变化量均可测定，林下蒸散量可根据公式1推导出来；

32、ew＝p-is-s-δw  (6)

33、将乔木的蒸腾和林下蒸散求和，即可得到人工植被的蒸散量。

34、进一步地，步骤s2中，通量观测塔观测植被群落的蒸散特征的计算公式如下：

35、

36、式中：λ为水汽化潜热；h为感热通量；et为潜热通量；ρa为空气密度；cp为空气的定压比热；t＇，w＇，q＇分别为垂直温度、风速和湿度脉动值。

37、进一步地，步骤s4中，通过分析不同时空尺度的城市绿地生态系统的蒸散与生态过程各因子间的关联特性和相互作用关系，城市绿地生态系统蒸散和生态过程的相互作用机制的因子耦合通过多元非线性回归模型耦合。

38、本发明的有益效果为：

39、本发明通过分析城市不同时空尺度上绿地生态系统的蒸散和生态过程的时空变化特征，揭示影响该地区绿水生态系统的蒸散和生态过程的主导因子，通过耦合城市绿地生态系统的蒸散和生态过程各因子，阐明城市绿地生态系统的蒸散和生态过程的响应机制，以期为城市绿地管理规划和海绵城市建设提供数据参考。

技术特征：

1.一种城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，其特征在于，按不同植被、不同群落和不同区域尺度，采取野外样地调查、定位观测、流动观测和模型模拟方法，开展城市绿地生态系统的大气-植被-土壤的生态水文过程分析；具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，其特征在于，步骤s2中，植被群落生态学特征包括种类组成、盖度、生物量、多度、结构、物候特征。

3.根据权利要求1所述的城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，其特征在于，步骤s2中，植被群落水文过程的测定具体包括以下子步骤：

4.根据权利要求1所述的城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，其特征在于，步骤s2中，通量观测塔观测植被群落的蒸散特征的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，其特征在于，步骤s4中，通过分析不同时空尺度的城市绿地生态系统的蒸散与生态过程各因子间的关联特性和相互作用关系，城市绿地生态系统蒸散和生态过程的相互作用机制的因子耦合通过多元非线性回归模型耦合。

技术总结本发明涉及生态水文技术领域，具体涉及一种城市绿地生态系统蒸散的时空变化特征分析方法，按不同植被、不同群落和不同区域尺度，采取野外样地调查、定位观测、流动观测和模型模拟方法，开展城市绿地生态系统的大气‑植被‑土壤的生态水文过程分析。本发明通过分析城市不同时空尺度上绿地生态系统的蒸散和生态过程的时空变化特征，揭示影响该地区绿水生态系统的蒸散和生态过程的主导因子，通过耦合城市绿地生态系统的蒸散和生态过程各因子，阐明城市绿地生态系统的蒸散和生态过程的响应机制，以期为城市绿地管理规划和海绵城市建设提供数据参考。技术研发人员：臧传富,熊咏梅,代色平受保护的技术使用者：华南师范大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26