基于气象数据及体感温度的内蒙古赤峰油松人工林小气候分析

摘要  为揭示油松人工林小气候效应，以赤峰森林生态站南山生态园油松人工林为研究对象，采用定位观测获取2019—2021年林内温度、露点、相对湿度、风速及风速总量5个气象因子，通过对比风寒指数、热指数、体感温度3项指标及相关性分析，探究该研究区油松人工林小气候变化特征。结果表明：2019—2021年油松人工林内夏季温度降低，秋季温度回暖，2021年夏季温度均较2019、2020年有所下降，相较于2019年整体下降了2.14 ℃，秋季温度均较2019、2020年有所升高，相较于2019年升高了4.99 ℃；林内相对湿度增加，富含大量水汽，空气湿润，露点均较2019、2020年有所升高，夏季相较于2019年升高了0.15 ℃，秋季升高了8.69 ℃，相对湿度变化与露点一致，夏季整体升高10%，秋季整体升高17.48%；林内风速减小，风速及总量均较2019、2020年有所下降，夏季风速相较于2019年整体降低了0.02 m/s，风速总量减少了0.11 m/s，秋季风速降低了0.06 m/s，风速总量减少了0.23 m/s。

关键词  油松人工林；小气候；气象因子；体感温度；相关分析；赤峰

中图分类号  S716.3  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0125-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.027

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Microclimate Analysis of Pinus tabulaeformis Plantation in Chifeng， Inner Mongolia Based on Meteorological Data and Apparent Temperature

ZHANG Jin-qi1，2， CUI Xiao-hui1，2， LI Xian-yu1，2 et al

（1. Chifeng Forestry Research Institute， Chifeng，  Inner Mongolia 024005; 2. National Observation and Research Station of Ancient Chifeng Forest Ecosystem in Inner Mongolia， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract  In order to reveal the microclimate effect of Pinus tabulaeformis plantation， the Pinus tabulaeformis plantation in Nanshan Ecological Park of Chifeng Forest Ecological Station was taken as the research object， and five meteorological factors including forest temperature， dew point， relative humidity， wind speed and total wind speed from 2019 to 2021 were obtained by positioning observation. The microclimate change characteristics of Pinus tabulaeformis plantation in this study area were explored by comparing the three indexes of wind-cold index， heat index and body temperature and correlation analysis. The results showed that during 2019-2021， the summer temperature of Pinus tabulaeformis plantation decreased， and the autumn temperature increased. The summer temperature in 2021 decreased compared with the previous two years， and it decreased by 2.14 ℃ compared with 2019. The autumn temperature increased compared with the previous two years， and it increased by 4.99 ℃ compared with 2019. The relative humidity in the forest increased， which was rich in water vapor. The air was moist， and the dew point increased compared with the previous two years. Compared with 2019， the relative humidity in summer increased by 0.15 ℃ as a whole， and that in autumn increased by 8.69 ℃. The change of relative humidity was consistent with that of dew point， which increased by 10% in summer and 17.48% in autumn. The wind speed in the forest decreased， and the wind speed and total amount decreased compared with the previous two years. Compared with 2019， the wind speed in summer decreased by 0.02 m/s， and the total amount decreased by 0.11 m/s. The wind speed in autumn decreased by 0.06 m/s， and the total amount decreased by 0.23 m/s.

Key words  Pinus tabulaeformis plantation;Microclimate;Meteorological factors;Body temperature;Correlation analysis；Chifeng

基金项目  内蒙古自治区林业科技支撑项目“森林草原湿地碳中和评估研究与示范”（内林科研〔2022〕11号）；赤峰市2023年市本级部门预算项目“西伯利亚红松引种及采穗圃建设技术研究”（赤财指预〔2023〕1号）。

作者简介  张今奇（1996—），男，内蒙古赤峰人，研究实习员，硕士，从事森林草原生态研究。

*通信作者，副研究员，硕士，从事森林草原生态研究。

收稿日期  2023-02-16；修回日期  2023-03-27

森林小气候主要是指由森林以及林冠下灌丛、草被和枯枝落叶层等共同形成的一种与周边大气候不同的小范围的特殊气候［1］，是森林中水、气、热等气象要素综合作用的结果。由于森林的存在使得林内与林外相比，热量和水分的交换在时间和空间上与空旷地相比发生了显著的改变，使林内温度、相对湿度发生了变化，而使得光照、降水等在进入森林后进行了重新分配［2］。这不仅影响植被生长、种子繁殖及土壤微生物生境，还影响林内光合作用、营养循环和水分传输［3］。

森林小气候研究从常规观测到建立森林生态系统定位观测研究网络，引入自动观测系统和梯度气象观测系统，开始从多维度空间对小气候进行分析；3S技术发展促进了森林小气候研究向宏观大尺度观测研究的进一步发展，使得观测范围从局部扩大到整个地区、生态系统、物候带和全球［1］。方炳法等［4］通过对千岛湖区小气候热量和水分因子进行常规观测，表明小气候促进了杉木、柑橘等生长，减少了冻害和旱害；陈进等［5］测量了光照强度、气温、相对湿度、风速等小气候指标，揭示了黔中地区马尾松林具有显著的遮阳降温、增湿保湿、维持林冠下小气候稳定的作用；李洁等［6］对比分析了麻栎-栓皮栎混交林与云南松林内外空气温度及相对湿度、光照强度、土壤温度、风速5个气象因子，发现林内外的主要气象因子具有明显差异，混交林改善了其所在区域小气候的环境。国外，Zellweger等［7］对比分析了实地经验温度与气象站测量的冠层覆盖变化，发现在冠层覆盖和温度缓冲下降的区域小气候变暖较大，热干化速率较高，相反冠层盖度增加，温度缓冲导致了生长季节的降温效果；Von等［8］通过监测气温（T）、相对湿度（RH）、光合有效辐射（PAR）和风速等气象数据，证实冠层覆盖的研究区日最高气温平均降低了1.8 ℃，阔叶林和非松树针叶林对日间小气候的调节作用大约是松树林的2倍；Hardwick［9］等利用遥感影像获取植物面积指数，通过独立的气候变量数据集校正计算叶面积指数，并与空气温度、相对湿度等气象因子进行回归检验，得出叶面积指数越高，森林小气候变化越小，高叶面积指数冠层下的空气在白天较凉爽，相对湿度较高。

森林小气候资料的长期对比研究，对于揭示森林小气候效应，阐明森林破坏对局地气候的影响具有重要价值［10］。油松作为是我国北方植树造林、退耕还林还草、荒漠化防治等优势树种，具有耐干耐旱、改善土壤生境的特点，人工林对调节气候及稳定生态平衡有着突出贡献。赤峰地区作为退耕还林还草重点示范区，建立的南山生态园在满足城市公园服务功能的同时，对开展退耕还林工作及建立城市生态屏障起到了先驱示范性作用。笔者拟基于赤峰森林生态系统定位站城市检测样点（南山生态园）内标准地面气象观测场2019—2021年夏秋两季的观测资料，分析油松人工林内空气温度、相对湿度及风速等气候要素的差异，旨在揭示油松人工林小气候的效应，加强对森林生态系统服务功能的认识，为继续推进赤峰市退化林分改造修复工作开展，建成内蒙古赤峰城市森林、退耕还林水、土、气、生要素数据库，积累区域科学治理的基础数据。

1  研究地区与研究方法

1.1  试验地概况

试验地是内蒙古赤峰森林生态系统国家定位观测研究站南山定位观测样点，位于赤峰市红山区城区南部（66°14′69.46″～66°24′17.06″E，46°79′300.96″～46°80′418.09″N）。地形为山地丘陵区，海拔为770 m，属温带半干旱大陆性季风气候区，年气温为0～7 ℃，年降水量为380 mm，日照时数在2 800～3 100 h，无霜期为120～135 d。夏秋两季的气候特征：夏季，时间较短，普遍高温，雨量集中。6月下旬入夏，8月上旬结束，最热月7月平均气温多数地区为21～23 ℃，降水70%集中于6—8月，雨热同季，有利于植物生长；秋季，气温下降快，霜冻早临，晴天多。平均初霜日在9月下旬，最早出现于9月上旬［11］。油松人工林林内乔木平均树高为8.64 m，平均胸径为5.56 cm，平均枝下高3.16 m，冠幅平均可达2.70 m；林下灌木有平榛（Corylus heterophylla Fisch.ex Trautv.）、枸杞（Lycium chinense Mill.）等，草本有苍耳（Xanthium strumarium L.）、马齿苋（Portulaca oleracea L.）、百里香（Thymus mongolicus Ronn.）等，林下灌草平均盖度为46.33%，平均高度为14.40 cm。南山油松样地1 200  m2，位于118°57′52.43″～118°58′07.32″E，42°14′4.62″～43°14′07.44″N，乔木树高8.64 m，胸径5.56 cm，冠幅2.70 m，枝下高3.16 m，灌草株数28株，盖度46.33%，均高14.40 cm。

1.2  研究方法

林内观测站建有高10 m的小气候观测塔，塔上安装有自动气象观测系统（Davis Vantage Pro2，USA），空气温度和相对湿度等通过10 m高度的温湿度传感器（Vaisala HMP45C，GER）测得，风速通过10 m高度的风速风向传感器（Davis 7911，USA）测得，数据传输间隔60 min，全天不间断采集，采用组件（ISS）采集外部的天气数据和发送数据到控制台，并在控制台上实时显示相关气象参数。观测站周围均用防盗铁丝网围栏围住，避免人为干扰。