Модель энерго- и массообмена лесных экосистем

• Автор: Ольчев, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Модель энерго- и массообмена лесных экосистем
1.1. Общая структура модели
1.2. Микроклиматическая субмодель
1.2.1. Радиационный перенос в РП
1.2.2. Тепловой баланс РП
1.2.3. Турбулентный перенос и аэродинамическое сопротивление приземного слоя воздуха
1.3. Перехват РП атмосферных осадков
1.4. Водный режим РП и почвы
1.5. Устьичное сопротивление РП
1.6. Тепловой режим почвы
1.7. Углеродный баланс лесной экосистемы
2. Методика полевых измерений и верификация входных параметров ПРАП модели
2.1. Экспериментальная база и оборудование
2.1.1. Измерение потоков тепла, влаги и С02 с помощью метода турбулентных пульсаций
2.1.2. Измерение потоков Н и ЬЕ с помощью метода отношение Боуэна
2.2. Параметризация устьичной проводимости хвои ели
2.3. Параметризация проводимости ксилемы ели
2.4. Параметризация фотосинтеза и дыхания РП и почвы
3. Верификация ПРАП модели
3.1. Радиационный баланс
3.2. Потоки Н и ЬЕ внутри и над пологом РП
3.3. Поток влаги по ксилеме деревьев
3.4. Влагосодержание почвы
3.5. Потоки С02 над РП
4. Оценка чувствительности ПРАП модели к изменению входных параметров
4.1. Метод Монте-Карло
4.2. Оценка чувствительности транспирации, фотосинтеза и устьичного сопротивления РП к изменению гидрометеорологических параметров
4.3. Оценка чувствительности транспирации, фотосинтеза и устьичного сопротивления РП к изменению почвенного увлажнения
4.4. Оценка чувствительности транспирации, фотосинтеза и устьичного сопротивления РП к изменению листового индекса
5. Модельная оценка влияния изменения гидрометеорологических параметров окружающей среды при климатических изменениях на тепловой и водный режим еловых лесов
5.1. Климатические сценарии использованные при модельных расчетах
5.2. Изменение углеродного и водного режима РП при увеличении содержания СОг в воздухе
5 .3. Изменение углеродного и водного режима РП при изменении климатических условий
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложения

Введение
Модели энерго- и массообмена (ЭМО) класса ”Почва-Растительность-Атмосфера-Перенос” (ПРАЩ (“Soil-Vegetation-Atmosphere-Transfer” (SVAT)) в настоящее время являются основным инструментом, используемым при математическом описании физических и биологических процессов, контролирующих перенос солнечной радиации, тепла, влаги, атмосферных газов и аэрозолей между земной поверхностью и атмосферой. Они широко используются в моделях климата, в моделях Общей Циркуляции Атмосферы (ОЦА), в моделях гидрологического цикла, при решении “обратных” задач в дистанционном зондировании, при моделировании продукционного процесса, а также при решении широкого класса прикладных задач современного экологического мониторинга и климатического прогнозирования. Модели имеют различные степени сложности и детализации и каждая из них, в той или иной степени, включает в себя различные численные и модельные упрощения реальных природных процессов, а также факторов определяющих эти процессы.
Пенман [Penman (1948)] был одним из первых, построивших простейшую модель для расчета потенциального испарения земной поверхности, основанную на совместном решении уравнений тепло- и влагообмена между земной поверхностью и приземным слоем атмосферы с использованием информации лишь о температуре и упругости водяного пара на некотором уровне над земной поверхностью и данных о радиационном балансе земной поверхности. В дальнейшем полученное Пенманом уравнение для потенциального испарения были несколько модифицировано Монтиссом (1965) путем включения в исходные уравнения дополнительного поверхностного устьичного сопротивления, что позволило адаптировать уравнение к оценке реального испарения земной поверхности. Как и формула Пенмана, полученное Монтиссом выражение требовало привлечения измерений только на одном уровне.
Начало бурного развития моделей продукционного процесса для агроценозов связывается с появлением эмпирической модели продукционного процесса Монси и Саэки [Monsi, Saeki (1953)]. В дальнейшем, в работах Будаговского, Ничипоровича и Росса (1964) были сформулированы основные принципы количественной теории фотосинтеза и ее применения для решения различных научных и практических задач. Будыко (1964) была разработана модель продукционного процесса, описывающая влияние различных климатических факторов на интенсивность фотосинтеза. Будыко и Ганди-ным (1965, 1968) была развита теория теплового режима и испарения раститтельного покрова (РП). Нерпиным и Чудновским (1975) были сформулированы общие принципы количественного описания процессов ЭМО в системе “растение - почва - воздух”. Нильсон (1968), Росс (1975, 1992) и Гоудриаан (1977) разработали теорию радиационного режима РП и применили её для описания продукционного процесса сельскохозяйственных посевов.
Параллельно с развитием моделей продукционного процесса происходило интенсивное развитие моделей ЭМО для параметризации процессов взаимодействия атмосферы и подстилающей поверхности

почвы измерялся с помощью почвенных тензиометров сотрудниками института почвоведения Гёттингенского университета.
Рис. 2.5 Измерение скорости потока влаги в ксилеме деревьев с помощью "Sap Flow" метода в еловом лесу в Золлинге.
Большинство экофизиологических и оптических параметров ели было непосредственно измерено в полевых условиях. Остальные параметры, описывающие структуру еловой экосистемы и морфологию почвенных слоев, были взяты из публикаций по результатам исследований, ранее выполненных в Золлинге [Benecke, (1984), Ellenberg et al. (1986), Knyazikhin et al. (1997)] (таблица 2.1, 2.2).
Таблица 2.1 Основные морфологические и оптические параметры РП, использованные в ЭЬООЗУЛТ модели.
Параметр Символ Верхний ярус РП Нижний ярус РП
Морфологические параметры
Листовой индекс Lp W Lp low 6.8 м2 м'2 1.0 м2 м'2
Проективное покрытие V V, у и’ у low 0
Функция распределения листьев по углам наклона - сферическая сферическая
Высота верхней границы РП L 2,w 2, low 30.0 м 0.50 м
Высота основания крон деревьев hl,u: 111,low 1.50 м
Глубина корневой системы Zr и’ Zr low 1.1 м 0.2 м
Плотность корневой системы Dl и' D1 low 783 м м-3 125 м м'3
Оптические параметры
Коэффициент отражения ФАР для листьев (хвои) Pu P’ PlowP 0
Коэффициент отражения БИКР для листьев (хвои) PuN’ P lowN 0
Коэффициент пропускания ФАР для листьев (хвои) A P’ low P 0
Коэффициент пропускания БИКР для листьев (хвои) low N 0
Коэффициент отражения ФАР дая ствола (стебля) PustP’ PlowstP 0
Коэффициент отражения БИКР для ствола (стебля) Pust№ PlnwstN 0