田间小气候气象站对红树林湿地小气候效应分析

田间小气候气象站对红树林湿地小气候效应研究【摘要】采用浙江托普仪器的NL-5H型田间小气候气象站定点对比观测的方法 对广州南沙区万顷沙镇十九涌内红树林小气候效应进行了研究，结果表明：红树 林具有良好的遮荫效果，不同季节太阳辐射的日变化格局基本相同，但夏季遮荫 效果可以达到64. 98%，是其他季节的4倍以上；红树林的保温效果非常显著， 秋冬季林内温度变幅小于林外，而春夏季则相反；红树林对提高林带湿度具有显 著作用，全年林内空气相对湿度较林外高出5. 40%以上；红树林具有很高的防 风效应，平均可以降低风速73. 92%，其中春夏季的效果更加显著研究结果 揭示了红树林湿地系统的区域小气候调节作用，并为评价红树林湿地围垦对环境 的影响提供了重要参数关键词：南沙；红树林；湿地系统；田间小气候气象站1 引言(Introduction)红树林是我国海岸湿地类型之一，自然分布于海南、广西、广东、福建、台 湾等省区，包括真红树和半红树研究表明红树林具有很高的生态服务功能【l 捌，主要表现为：固定C02和释放02,积累有机物，为河口海湾生物提供食源； 过滤陆地径流和内陆带出的有机物质和污染物，降解污染物、净化水体：通过网 罗有机碎屑的方式促进土壤沉积物的形成，植株盘根错节抗风消浪，造陆护堤； 为许多海洋动物、鸟类提供栖息和觅食的理想生境，保护生物多样性；具有独特 的科学研究、文化教育、旅游、社区服务和环境监测的价值；具有减弱温室效应 和净化大气、改善小气候的效应p・.。

其中，红树林湿地小气候是研究红树林湿地生态系统功能的重要内容之一 研究红树林湿地小气候，对于揭示红树林湿地的生态功能，评价红树林湿地的环 境效应以及合理利用红树林湿地有着重要意义【8】近几年关于湿地小气候的研 究已受到一些学者的关注【9J，但对人工红树林湿地系统，特别是湿地公园的区 域调节功能研究还未见报道本研究对广州南沙万顷沙红树林湿地公园的小气候 特征进行了初步了解，旨在揭示该红树林湿地系统的区域小气候调节效应，进而 为深入探讨该湿地生态系统的结构、功能以及正确评价湿地改善小气候的能力提 供理论依据2 研究区概况(Researchareasuney)试验红树林湿地位于广州南沙区万顷沙镇十九涌，地处伶仃洋之滨，珠江口 之畔，三面环海（东经1 1335’，北纬2236’），面积约77 hnl2属南亚热 带海洋性季风气候：年均温21. 8°C，1月份平均气温为13. 3°C，7月份为29°C； 光照充足，年日照时间达19 456. 5 h；年均降水l 635. 6 mm,多集中于夏季 自然植被以红树科、禾本科、菊科植物为主，目前已有十多种红树植物主要群 落类型为：1）无瓣海桑（勋刀地m妇撇肠）为主的群落，约53 hm2，芦苇（肋嘲衲 切8历所甜疗括）群落，约13 hm2； 2）河涌林带榕树（几淞所fc加8巾搬）林群 落：3）公园周边的蕉林、木瓜林、蔗林等。

湿地公园是在原来滩涂上围筑而成的 围垦地，区内海拔3. 5〜5 m，地势平坦，除围堤和护堤少量的陆地外（10%）， 主要为水面（90%），土壤主要由海湾沉积物形成，属海滩盐土由于独特的地理 位置与自然环境，聚集了数量繁多的鱼类和鸟类3 研究方法（ResearCh methods）利用浙江托普仪器的NL-5H型田间小气候气象站进行定点对比观测，林内气 象站放置在珠江口湿地生态系统6〜7 a生无瓣海桑林内（林冠下方，距水面1. 5 m处：林分均高8山，平均胸径11. 6锄，林分密度250株・hnl. z），林外气象 站放置在外围滩涂的空旷堤坝上（距地面1. 5 m处），主要观测太阳辐射强度（心， w • n 一）、空气温度（T，C）、空气相对湿度（风，%）和风速（W，km • h-等气 象因子，观测频率为30miIl数据分析中，春、夏、秋、冬各季节选出一个月 取平均值做季节分析，每个月选择连续晴天，进行日进程分析田间小气候气象站简介田间小气候气象站也称为田间小气候自动观测仪和田间环境记录仪，手持式 气象站是记录田间环境参数中温度、湿度、光照强度等参数的专用仪器NL-5H 田间小气候自动观测仪由托普仪器研发生产，其取得专利证书。

仪器用途田间小气候气象站可实时采集空气中温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量 等农业环境参数广泛应用于气象、设施农业、林业、园艺、畜牧业等领域，实 现对设施农业综合生态信息自动监控、对环境进行自动控制和智能化管理功能特点1、 田间小气候气象站与计算机联接后，实现区域性气象数据的整点自动采集、 处理和储存，具有数据屏幕显示，同时可将小气候数据导出到Excel进行编辑， 按需要生成图表2、 自动采集各种参数数据，通过接口可以将数据通过软件下载到计算机中3、NL-5H型主机大屏幕中文液晶显示，薄膜式按键，可实时显示采样日期和 时间、组数、温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量等参数，仪器小巧美观， 应用方便4、 用户自行设定，可按要求关闭不需要的参数通道5、 可扩展性强：系统程序采用模块化结构，方便功能扩展或屏蔽6、 数据保存功能强大，最大可储存120000条数据，即可在主机上查看数据， 也可导入计算机上位机软件1、显示每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值显示查看，放大， 缩小功能，清晰明朗2、 具有设置超限区域着色功能，显示更直观，为客户带来更多便捷3、 可将存储记录的数据以EXCEL格式备份保存，方便以后调用。

4、 每种参数的报表、曲线图均可选择时段查询查看，并可通过计算机打印5、曲线坐标均可自行设置和移动，分析历史走向更清晰、时间把握更明朗技术参数TOP Instrument温馨提示*浙江托普仪器专业生产土壤（肥料）养分速测仪，土壤墙情速测仪，农药残留速测仪，病虫测报灯，病虫调查统计器，弛子捕捉仪等农业专用仪器.此项目仪器均为我公司自主研发生产，多项产品获得国家发明专利和实用新型专利，已获得软件著作权30多项，仪器均通过第三方检测，公司已通过IS09001: 2008质量体系认证高知名度品牌及高端的资质配套为客户选择放心的产品和服务提供有力依据, 为经销商投标成功提供有力的保障！浙江托普仪器为您提供基层农技推广体系建设项目一站式服务！ 大品牌可信赖、产品质量好、供货周期短、价格优惠欢迎广大新老客户来电咨询合作！公司名称：浙江托普仪器有限公司公司地址：杭州市西湖科技园区西园八路11号公司 电话：0571-86056609 8605966086823770 86054117 86055117售后专线:400-672-18171、 测试时间：W2秒；2、 记录容量：120000条数据（两参数即为60000组，三参数即为40000组，四参数即为30000组，以此类推）；3、 记录时间间隔：1分〜99小时连续可调；4、 通讯接口： RS-485、USB 接口。

5、托普仪器的田间小气候气象站可选配的参数如下:数字温湿度传感器（含露点和不含露点两种）、数字气压传感器、数字光照强度 传感器数字光合有效辐射传感器、数字CO2传感器、数字风向传感器、数字风速 传感器、数字雨量传感器、数字地温传感器、数字土壤水分传感器、数字土壤盐 分传感器、有效辐射总辐射、太阳能供电系统4结果与分析（Resu随and analysis）4. 1红树林对太阳辐射的影响4. 1. 1红树林对太阳辐射日变化的影响在晴天全光照条件下，不论林外还是林内，太阳辐射日变化（以2006年6 月4日〜7日为例）均表现为以中午（12： 00）为最高点的单峰曲线趋势（图1）,而 由于林冠的遮挡，进入林内的太阳辐射则远远小于林外的太阳辐射，如6月6 日，林外最大太阳辐射为756. O w • m. 2，而到林内则降为458. 0 w・m〜，降 幅达40%由此可见红树林具有良好的遮荫效果，这为林下喜阴动植物的生长 及生存提供了良好的条件500.0400.0时阙Time—林外 Out of forest—4—林内 In forestHI 2006年6月4日日如肴林对太阳辐射日变化的影响 Fig. 1 The effect on the solar radiatioii daily change of the mangrove on Jun. 4*~7* 2006表1凯树林对太阳辐射季节变化的形响Tab. 1 The effect on the solar radiation of the mangrove in different seasons季节（时间）Season（time）最大太阳辐射 Maximum solar radiation/w*m'2月平均太阳辐射 Average solar radiation/w»m'2林内In forest林外Out of forest降低Reduce/%林内In forest林外Out of forest降低Reduce/%春季 Spring (2006-03)652.9712.08.3048.8113.156.85夏季 Summer (2006〜06)617.6 ・996.037.9941.6118.864.98秋季 Autumn (2006〜11)611.8660.07.3045.7103.855.97冬季 Winter (2007〜01)594.1640.07.1744.895.453.044. 1. 2红树林对太阳辐射季节变化的影响由表l可看出，各季节林内最大太阳辐射和月均太阳辐射都比林外小很多。

太阳辐射最小的冬季（2007年1月）林外最大辐射为640. 0 w哪之，而红树林内 则为594. 1 w. 111 ‘2,下降了 7. 17%；从月平均太阳辐射来看，林内太阳辐 射也远低于林外，降低效果可达53. 04%太阳辐射最高的夏季（2006年6月）， 不论最大太阳辐射还是月平均太阳辐射，红树林对其的降低效果分别可达到 37. 99%和64. 98%，均高于其他季节，尤其是最大太阳辐射降低量是其他季 节的4倍以上ttfQ TimeB2 2006年2月21日~24日虹材林对空■温度日变化的彩响Fig. 2 The effect on the lir temperature daily change of the mangrove on Feb. 21"~24山 20064. 2红树林对空气温度的影响4. 2. 1红树林对空气温度日变化的影响空气温度的日进程明显受太阳辐射 的影响，晴天全光照条件下不同季节气温日变化均呈单峰型（图2）,红树林内外 的变化趋势基本一致选择2006年2月21日〜24日气温日进程进行分析，对 于2月22日，0： 00〜8： 00林外空气温度稳定在18. 9°C左右，且高于林内（夜 间平均比林内高0. 8C）, 8： 00之后，林内温度开始高于林外，直至下午17： 00之后。

林内日间温度（8： 00〜17： 00）比林外温度平均高出1. 9C其他几日 具有相同规律，说明红树林具有较好的保温效果4. 2. 2红树林对空气温度季节变化的影响从表2不同季节红树林内外月平均气温比较可以看出，除12月外，其他月 份红树林内外的空气温度相差不大，总体是林内温度比林外低0. 1〜0. 3C， 而12月则表现为林内温度比林外高1C从月最低温来看，春夏两季的林内温 度均低于林外，尤其是4月份林内温度比林外低4. 6C；而秋冬两季则表现为 林内温度高于林外温度，由此可以看出，在低温季节红树林有着较突出的保温效 果从月最高温来看，林内各月的最高气温都大于林外，其中夏季林内外的最高 气温差值最大，7月份为3. 4C，6月份为2. 1C；春季次之，3月份为1. 8C； 秋季和冬季则相差较小，分别为0. 4C，0. 3C这进一步说明了红树林的保 温效果是非常显著的表2中同时可以看到，秋、冬季红树林内温度平均波动幅度小于林外，12 月份林内温度波动幅度为13. 9C，林外为15. 5C，这是由于在低温季节林冠 层的覆盖削弱了太阳辐射，也降低了地面长波辐射，导致林内接受太阳辐射时增 温慢，林外降温时林内散热也慢，从而降低了林内最高气温，却提高了林内最气 温。

而春、夏两季林内空气温度的平均波动幅度却大于林外说明红树林具有一 定的控温能力，在高温季节降低最低温度，是积极的自我调节，可以防止外界高 温对林内生物和红树林本身造成伤害，而拉大温差则有利于生物体更好的适应环 境衰2 2006年红村林对空气温度季节变化的彩.Tab. 2 The effect on the air temperature of the mangrove in different seasons in 2006季节Season月份Month最低温度Minimum air temperature/*C最高温度Maximum air temperature/*C月平均气温Average air temperature/'C林内In forest林外Out of forest林内In forest林外Out of forest林内In forest林外Out of forest3月15.616.425.621819.519.7春季Spring4月16421.026.424」22522.66月22.122』32.430.327.026.8夏季Summer7月24.024.235331.928.728.8秋季Autumn11月I6.816.129.929.522.22Z512月13.711.627.627.118.217.2冬季Winter2月12.112.129.126.618.018.14 林外 Oui of forest立用内tn foroi图3 2006年2月21日~24日红树林对空气相对湿度日变化 的卷响Fig* 3 The effect on the air relative moisture daily change of the mangrove on Feb. 21*~24" 20064. 3红树林对空气湿度的影响4. 3. 1红树林对空气相对湿度日变化的影响红树林内的空气相对湿度和太 阳辐射有一定的关系，图3对2006年2月21日〜24日红树林内外的空气相对 湿度进行比较，结果表明树林内夜间空气相对湿度较高，从前日太阳落山后，林 内湿度曲线呈微上升的趋势，而到翌日清晨6： 00〜8： oo达到最高点，此后由 于太阳辐射影响，林内外的相对湿度急剧下降。

2月22日，从10： 30开始直到 17： 00，林内空气湿度均小于林外，而得到林内空气湿度变化幅度大于林外2 月22日全天，林内平均湿度比林外高7. 55%，其中10： 30〜17： 00林内湿度 则比林外低7. 07%4. 3. 2红树林对空气相对湿度季节变化的影响表3可以看出，林内各月的最大空气相对湿度都达到100%，而林外则为87% 一 95%不等；而对于最小空气相对湿度，除1月外，林内各月均较林外为低， 因此可知林内相对空气湿度的变幅要大于林外同时林内各月平均空气相对湿度 亦比林外大，其数值在5. 4%〜9. 0%之间，所选月份林内相对空气湿度的平 均值(81. 85%)较林外(74. 20%)高出了 7. 65%，说明红树林具有良好的保湿 效果衰3 2006年红材林对空,相对皿季节变化的够噌(%)Tab. 3 The effect on the air relative moisture of the mangrove in diflerent seasons in 2006 (%)季节Season月份Month最大相对湿度Maximum relative moisture最小相对湿度Minimum relative moisture月平均相对湿度Average relative moisture林内In forest林外Out of forest林内In forest林外Out of forest林内In forest林外Out of forest冬季Winter1 月 Jan10088.037.334.079.27L42 月 Feb10087.034.043.076.7713春季Spring3 月 Mar10093.043.945.085.776.7夏季Summer6 月 Jun10095.063966.094.686.2秋季Autumn11 月 Nov10090.023.527.077.269.5冬季Winter12 月 Dec10092.048.250.077.770.1平均值Average10090.84L844.12-81.974.2另外由表中可看出，6月份林内平均空气相对湿度为94. 6%，3月份为 85. 7%，明显大于其他月份，说明春、夏两季的空气湿度比秋、冬两季大，其 中又以夏季的湿度最高。

其原因在于春、夏两季雨水较充足，同时该期林内枝叶 繁茂，蒸腾作用旺盛，相应提高了林内的空气湿度4. 4红树林对风速的影响不同季节分别选取大风天气对红树林的防风效应进行分析（表4）,结果表 明，其防风效果在不同季节均十分突出：春季（2006年3月30日）林外最大风速 为17. 4 km. h〜，而同一时刻林内风速则为0 km. h〜，防风效应达到100% 夏季（2005年7月4日）林外最大风速为24.1 km. h〜，在林内则降到1.6 km. h〜， 降幅达93. 36% :而红树林对该日风速大于11. 0 km. h1的大风的拦阻可达 96. 48%秋季（2006年11月11日）林外最大风速为19. 1 km. h 一，红树林 的防风效应为83. 25%，而林内风速全天几乎都在5. 0 km. h1之下；对该 天风速大于11. O km. ho的大风的拦阻也达到了 90. 18%冬季（2006年2月 5日）林外最大风速达22. 5 km. h〜，其林内风速下降了 64. 44%；对风速大 于1lk”h. 1的大风，平均防风效应为76. 09%因此可以判断，春季研究区 风速不大（最高风速＜17. 4 km. hq）加之林内枝叶茂盛的情况下，红树林的防风 效应最高，几乎是100%，冬季的防风效果则相对最差，而秋季明显小于夏季和 春季。

5 结论（Conclusions）（1） 红树林具有良好的遮荫效果冬季红树林内的最大太阳辐射比林外下降 了 7. 17%，平均太阳辐射也比林外降低53. 04%；而在夏季不论最大太阳辐射 还是平均太阳辐射，红树林对其的降低效果分别可达到37. 99%和64. 98%， 均高于其他季节，尤其是最大太阳辐射降低量是其他季节的4倍以上2） 红树林内外的月平均气温相差仅有0.1〜0. 3°C，但是从月最低温和最 高温得比较可以得出红树林的保温效果非常显著秋、冬季红树林内温度平均波 动幅度小于林外，而春、夏两季林内空气温度的平均波动幅度却大于林外说明 红树林具有一定的控温能力3） 红树林内夜间空气相对湿度保持在80%〜100%的范围内，受太阳辐射 的影响白天显著下降，而全天林内湿度的变幅大于林外约7. 55%左右红树林 对提高林带湿度具有显著作用，其中一年中空气相对湿度的最高值出现在夏季， 6月份林内相对湿度比林外高8. 40%，12月份林内湿度比林外高7. 00%，2 月份则比林外高5. 40%4） 红树林的防风作用相当显著，春季和夏季其防风效应几乎为100%，而 秋季和冬季则分别为82. 70%和64. 33%，说明春夏季红树林的防风作用更强。

衰4翻树林对风速季节变化的罄响Tab* 4 The effect on the wind speed of the mangrove in diflerent seasons季节(日期)Season(data)林外最大风速Maximum wind speed out of forest (km,h‘)林内风速Wind speed in forest风速降幅Wind speed reduced rate (%)春季Spring (2006-03-30)睥0100夏季Summer(2005-07-04)24.1L693.36秋季Autumn (2006-lbll)19.13.283.25冬季Winter(2006-02-05)22.58.064.446 讨论(Discussion)(1) 红树林对降低太阳辐射的效果非常明显，谢平等【10】研究得到湛江市 东海岛海岸沙地防护林对太阳辐射降低幅度为95. 9%,但红树林对太阳辐射的 影响受多因素的共同作用，由于太阳高度角和方位角在全年中的周期性变化，到 达红树林的太阳辐射通量的大小也发生季节性变化，一天中的最大值年内变化的 大小顺序为：夏季〉春季〉秋季〉冬季，也即分别对应红树林的叶盛期、叶初期、 叶衰期。

红树林的遮荫，有利于提供湿热的生长环境，保护林内生物的生长，保 持生物多样性2) 林冠对林内温度影响较为复杂，一方面林冠层阻挡了太阳辐射射入林内， 另一方面又阻挡了林内长波辐射的热失散，从而使林内夜间的气温低于林外，白 天则相反而红树林在冬季的保温效果也相当的突出，但在夏季的降温效果则不 明显林内温差较小，林冠层起着缓和林内气温变化的作用称林冠正作用另一 方面，林冠层的存在使林内外的湍流或平流热交换有所减弱，白天林内增热的空 气不易散逸，夜间林内冷却的空气又不易散走，从而使林内气温的变化趋于极端， 通常把这种作用称林冠的负作用红树林的两种作用往往是同时作用，但因气候 不同的影响，会有〜种作用占主导地位而本文得到的结论是冬季的红树林内，无论最高温还是最低温，均比林外高， 说明红树林的保温效果较突出而在温度较高的季节，两种作用的表现却是相互 交替的，如白天林内温度往往高于林外，但冬季的某些天也会出现相反的情况 因此，可以说红树林在温度低的时候保温效果相当突出，降温效果却比较不稳定3) 林冠对林内湿度的影响也有正、负两方面的作用一方面由于林内风小， 与林外湍流交换弱，加上林冠的阻挡，使林内潮湿空气不易散失，从而使林内垂 直空气湿度增大，这是林冠的正作用。

另一方面，由于林冠阻挡，使林内获得的 降水量减少，且由于林冠的挡光作用，林地土表湿度低，土壤水分蒸发速度慢， 从而使林内空气湿度减小，这是林冠的负作用通常林冠的正作用大于负作用， 王学雷111J研究的江汉平原湖区农田防护林林内相对湿度比空旷地提高了 4%〜5%，陈志彪【1 2】研究的长汀河田地区实施保持水土后在2： 00、8： 00 和20： 00的空气相对湿度分别提高了 3%、1%和6%，本试验中红树林湿度在 各季均比林外高，表现了林冠的正作用，即红树林显著的增湿效应4) 有研究表明江汉平原湖区农田防护林的防风效应为20%〜30%【1"， 湛江市东海岛海岸沙地防护林则为39%〜44%112 '，而本试验表明红树林的防 风效应平均为73. 92%，远高于其他防护林，红树林显著的防风效应对围垦地 周围的耕地起到了良好的保护作用但本研究的试验林相对比较简单，仅初步研 究了红树林在降低风速方面的效果，而对于不同林高、林带宽和郁闭度的红树林 的防风消浪方面的效果还有待进一步的研究，为沿海红树防风林的规划种植提供 更具参考价值的资料参考文献(Refe怕n8s)I11崔丽娟，张曼胤，王义飞.2006.湿地功能研究进展田.世界林业研究， 19(3)： 18-2I.121张金波，宋长春，杨文燕，等.2006.沼泽湿地垦殖对土壤碳动态的影 响［J】.地理科学，26(3)340-344.【31李建国，李贵宝，刘芳，等.2004.白洋淀芦苇资源及其生态功能与 利用【J】.南水北调与水利科技，(5)： 3740.f41崔丽娟，张曼胤，王义飞，等.2006.鄱阳湖湿地环境质量分异及风险 表征叨.东北师大学报(自然科学版)，38(3)： 114. 120.。