Вертикальные потоки тепла, влаги и углекислого газа в тропическом муссонном лесу Южного Вьетнама

• Автор: Куричева, Ольга Алексеевна
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 253 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГО- И МАССООБМЕНА ТРОПИЧЕСКИХ ЛЕСОВ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА

1.1. ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ 114)1 ТИЧЕСКИХ ЛЕСОВ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ АЗИИ

1.2. Исследования энерго-и массообмена тропических лесов

1.3. Текущие и прогнозируемые изменения климата в тропиках

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОД

2.1. Объект исследования - муссонный тропический лес Националы юго парка Кат Тьеп

2.2. МЕТОД ПУЛЬСАЦИО! 1НЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

ГЛАВА 3. ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ КЛИМАТИЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ: ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ И РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС
3.1. Погодные условия
3.2. Радиационный баланс
ГЛАВА 4. СУТОЧНАЯ И СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ПОТОКОВ ТЕПЛА, ВЛАГИ И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
4.1. Тепловой баланс
4.2. Вертикальные потоки влаги
4.3. потоки и баланс углекислого газа
ГЛАВА 5. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОТОКОВ РАДИАЦИИ, ТЕПЛА, ВЛАГИ И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
5.1. Эффективность использования ресурсов в экосистеме
5.2. Проводимость поверхности
5.3. Лимитирующие факторы энерго- и массообмена и взаимосвязь потоков тепла,
влAI и и углекислого газа
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. КАРТЫ КАТ ТЬЕНА С РАСПОЛОЖЕНИЕМ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ (РИСУНКИ 1-6)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ СЕКТОРА НАМ КАТ ТЬЕН И ПРОФИЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ ЛЕСНОГО ДРЕВОСТОЯ (КУЗНЕЦОВ, КУЗНЕЦОВА, 2011)

Введение
Актуальность исследования. Природные экосистемы обмениваются с атмосферой потоками тепла, влаги и различными газовыми химическими соединениями, воздействуя на локальный, региональный и глобальный климат (Пианка, 1981; Adams, Zeng, 2007; Yasunari, 2007; Bonan, 2008). Исследования, связанные с энерго- и массообменом (ЭМО) между наземными экосистемами и атмосферой приобрели в последние годы особую актуальность в связи с глобальными изменениями климата. Изменения климата связывают с ростом концентраций парниковых газов антропогенного происхождения (IPCC, 2007). Роль наземной биоты в поглощении/выделении парниковых газов, географическое распределение стоков/источников углекислого газа, чувствительность ЭМО к климатическим изменениям остаются дискуссионными вопросами современных экологических исследований (Clark и Clark, 2011; IPCC, 2013).
Лесные экосистемы благодаря высокой биомассе и продуктивности отличаются интенсивным обменом углекислого газа с атмосферой по сравнению с другими биомами (Malhi et al., 1999; Falge et al., 2002; Clark, 2004; Granados, 2006; Luyssaert et al., 2008 и др.). Особая роль принадлежит тропическим лесам, которые содержат в биомассе и почве около половины органического вещества всех наземных экосистем и создают треть первичной продукции (Malhi, 2012).
Активно вегетируя в течение всего года, тропические экосистемы получают и перерабатывают наибольшее количество солнечной радиации, тепла и влаги среди всех наземных экосистем. К 2000 г. около половины первичных тропических лесов Земли сведено и преобразовано во вторичные обедненные растительные сообщества (Sommer, 1976; International..., 2002). В развивающихся странах Юго-Восточной Азии с высокой плотностью населения доля площадей, покрытых лесом, снизилась до критических отметок. Во Вьетнаме в доиндустриальную эпоху лесом было покрыто, предположительно, около 80 % территории, в 1940-х гг. - 45 % (Maurand, 1943; Руднев, 2003); после того, как в

начале 1990-х гг. эта величина снизилась уже до 28 %, были приняты срочные меры по лесовосстановлению. Начавшиеся в 1997 г. правительственные программы по резкому снижению рубок в естественных лесах и лесовозобновлению (WWF..., 2001) позволили к 2010 г. поднять долю облесенной территории до 44 % (FAO, 2010). Однако 80-90 % лесов в той или иной степени изменены деятельностью человека — действием гербицидов и напалма во время Второй Индокитайской войны, с 1962 по 1975 гг.; выборочными рубками; использованием крупных деревьев для получения смолы (Кузнецов, 2003; Tran Нор et al., 2005; Кузнецов и др., 2010; Millet et al., 2010).
Первичные тропические леса Юго-Восточной Азии - в отличие от восстанавливаемых — имеют высокое, на уровне самых богатых тропических лесов мира, видовое разнообразие и длительную эволюционную историю (Ray и Adams, 2001; Кузнецов, 2003; Кузнецов и Кузнецова, 2011). Сохранившиеся массивы первичных лесов остро нуждаются в охране, т.к. тропический лес со сложной структурой не возобновляется естественным путем на месте саваниоподобных сообществ, возникших на обширных площадях в результате сведения муссонных лесов (Кузнецов и Кузнецова, 2013). Изучение функционирования муссонных (сезонно-влажных) тропических лесов необходимо для управления лесными ресурсами в Юго-Восточной Азии.
Функционирование сезонно-влажных тропических лесов Юго-Восточной Азии сравнительно мало изучено по сравнению с постоянно-влажными тропическими лесами (Seasonally..., 2011; Структура и функции..., 2011). Между тем, метаболизм муссонных лесов значительно отличается от метаболизма влажных лесов: малая сумма осадков в сухой сезон является лимитирующим фактором для функционирования биоты сезонно-влажного тропического леса.
Уникальность объекта исследования, необходимость понимания функций экосистемы муссонного тропического леса для управления лесными ресурсами в Юго-Восточной Азии, а также существенное влияние тропических муссонных лесов на климат определяют актуальность данной работы.

Поток субстанции с (водяного пара или других малых газовых составляющих атмосферы - СО2, СН4, ИоО и т.д.) на некоторой высоте И над поверхностью описывается следующим уравнением (сохранения массы в дифференциальной форме):
1 2 3 4 5 6
где рс есть плотность (или концентрация) некоторой субстанции; и, V, и-’ -две горизонтальные (по осям х и у) и вертикальная (по оси г) компоненты скорости ветра; N — поглощение или отдача субстанции поверхностью; 57 — изменение запаса субстанции ниже высоты /? (знак 5/ выбран так, что если запас увеличивается, то некоторое количество субстанции на высоте измерений к недоучитывается); 77 — молекулярная диффузия.
Член (1) есть изменение плотности субстанции в точке за интервал времени /. Члены (2) и (3) представляют собой горизонтальный перенос (адвекцию). Член 4 представляет собой вертикальный перенос субстанции. Член 5 — поглощение или отдача субстанции поверхностью за определенный интервал времени — называется также обменом субстанции.
Далее принимается ряд упрощений уравнения (1), учитывая специфику применения уравнения для нижних 50-100 м (приземного слоя) атмосферы для однородной по горизонтали поверхности. Если поверхность горизонтально однородна, то адвекция незначительна, т.е. члены (2) и (3) приравниваются к нулю. В тропосфере перенос путем диффузии 77 является малой величиной по сравнению с турбулентным переносом и может быть опущен. Так как источником тепла, водяного пара и малых газовых составляющих для атмосферы является земная поверхность, а также потому, что в нижних 50-100 м атмосферы (приземном слое) потоки с поверхности приблизительно постоянны, то в момент