Page 131 - 《高原气象》2026年第2期

2 期 孙鹏飞等：小兴安岭针阔叶混交林感热通量和潜热通量特征及影响因子研究 431
降水资料， 欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供 使用 R4. 41 的 linkET 包绘制网络热图， 探讨感热、
的 ERA5-Land逐小时净辐射、 叶面积指数和土壤体 潜热通量与环境、 生物因子的相关关系； 使用 la‐
积 含 水 量（距 离 梯 度 塔 最 近 的 格 点 48. 23° N， vaan 包建立结构方程模型 SEM（Zhao et al， 2021），
129. 19°E）。 分析环境、 生物因子对感热、 潜热通量的影响， 对
2. 3 能量平衡 建立的模型需要进行检验， 一般要求显著性检验p>
植被冠层的能量平衡方程为： 0. 05、 自由度 df<5、 卡方与自由度的比值 χ /df<5、
2
H + LE = R n - G - S - Q （1） 比较拟合指数 CFI>0. 9、 拟合优度指数 GFI>0. 9、
式中： H 为感热通量； LE 为潜热通量； R n 为净辐
均方根误差近似值 RMSEA<0. 05、 标准化均方根残
射； G 为土壤热通量； S为冠层热储量； 当冠层高度
差 SRMR<0. 08 等， 如果拟合度指标较差， 需要重
超过 8 m 时（如森林生态系统）， 不能忽略冠层热储
新构建模型（裴薇薇等， 2022； He et al， 2024； 席振
量（王春林等， 2007）， Q 为附加能量源汇的总和，
华等， 2023）。由于辐射和土壤热通量是 2022 年开
包含如土壤呼吸、 土壤水分相变、 植物光合作用等
始观测的， 因此仅用 2023 年 40 m 高度处的涡度数
各种物理过程吸收（释放）的能量（赵兴炳， 2021），
据对能量平衡和感热通量、 潜热通量的影响因子
通常Q很小， 可以忽略。
进行分析。另外， 因 2023年数据质量较好， 感热通
由于土壤热通量板安置在地表下 5 cm， 因此需
量、 潜热通量的日变化和月变化同样使用 2023 年
要考虑通量板上方土壤热存储（G）的影响， 将土壤
s
热通量进行相应订正（阳坤和王介民， 2008）： 40 m高度处的涡度数据进行分析。根据净辐射、 气
（2） 温、 降水量、 叶面积指数等的变化特征， 判断本研
G( z) = G( z ref) + G s
z ∂ρ s c s T ( ) z 究区域针阔叶混交林生长季为 4 月 15 日至 10 月
G s = ∫ dz （3）
ref ∂t 15日。
式中： z代表土壤深度（向下为正）； G（z ）为任一参
ref
考位置（z ）的热通量（单位： W·m ）； ρ c 为土壤热 3 结果分析
-2
s s
ref
容量（单位： J·kg ·K ）； T（z）为土壤温度（单位： 3. 1 感热通量、 潜热通量特征
-1
-1
K）， 其中表层土壤温度 T 由向上长波辐射 Rl 计算 3. 1. 1 感热通量、 潜热通量年变化
0
up
（马千惠等， 2020）：
从全年来看［图 2（a）， （b）］， 小兴安岭针阔叶
4
Rl up = εδT 0 （4）
混交林感热通量（H）呈双峰型， 潜热通量（LE）呈单
式中： δ=5. 67×10 W·m ·K 为 Stephan-Boltzmann
-2
-4
-8
峰型， 各年感热通量的峰值均出现在春季， 次峰值
常数； ε为地表长波发射率， 对森林本研究取0. 97。
出现在秋季， 而潜热通量的峰值出现在夏季， 可能
土壤热容量ρ c 的计算公式为：
s s
ρ s c s = ρ dry c dry + ρ w c w θ （5） 与辐射、 气温、 降水、 湿度、 叶片生长等有关， 后文
对此进行详细分析。40 m 和 50 m 通量（2016 年）变
ρ dry c dry ≈ ( 1 - θ sat) × 2.1 × 10 6 （6）
化趋势基本一致， 两层通量相关分析显示［图 2
ρ w c w ≈ 4.2 × 10 6 （7）
（c）， （d）］， H =0. 77×H ， LE =0. 85×LE ， 相关系
50
40
40
50
式中： ρ c 为干土壤的热容量（单位： J·kg ·K ）； 数均超过 0. 8， 拟合效果较好， 对于两层通量的互
-1
-1
dry dry
-1
-1
ρ w c w 为液态水的热容量（单位： J·kg ·K ）； θ 为土
补有一定的参考意义。
壤水分含量（单位： %）； θ =0. 7 为土壤孔隙度（王
sat
文帆等， 2011）。 从年变化来看， 虽然年份不连续， 但是也可以
看出感热通量和潜热通量有波动减少趋势， 两者变
在评估能量闭合情况时， 常用的判据有剩余能
化趋势不完全相同， 尤其是40 m高度处两者有较大
量 R（R e = R n - H - LE - G - S）和地表能量闭合
e
率 SEBR（Surface Energy Balance Ratio）（赵兴炳， 差异［图3（a）， （b）］。从气候因子来看， 净辐射（Rn）
2021）。地表能量闭合率（SEBR）， 是湍流热通量 有波动减少趋势， 气温（Ta）和降水量（Pre）有波动增
（H + LE）与地表有效能量（R n - G - S）的比值， 对 加趋势［图 3（c）~（e）］， 感热通量、 潜热通量的变化
两项做最小二乘法意义上的线性拟合， 拟合直线的 趋势与气候因子变化趋势不完全相同， 说明环境因
斜率就是SEBR。 子的变化对感热通量和潜热通量有复杂的作用机
2. 4 数据分析 制。对于均匀平坦下垫面， 湍流通量在近地层中基
文中大部分图形使用 Origin-2019 进行绘制。 本不随高度变化（即满足常通量层假设）（Aubine et