东平湖周边城乡与人工林的温湿效应研究

燕柯如，靖淑惠，张天举，郑德心

(聊城大学 环境与规划学院，山东 聊城 252059)

东平湖周边城乡与人工林的温湿效应研究

燕柯如，靖淑惠，张天举，郑德心

(聊城大学 环境与规划学院，山东 聊城 252059)

东平湖湿地；冷湿效应；温度；湿度

采用便携式自动观测气象站，测定了东平湖周边城乡与人工林的温度、湿度、光照强度，分析了湖体周边城乡与人工林的温湿度差异及原因，结果表明：①湖泊周边城乡温度及湿度的波动受湖泊影响，表现为距湖较近的城乡波动较大，距湖泊不同距离的人工林的温湿度变化同样是近湖泊处波动较大，这种变化主要是由湖泊湿地的冷湿效应造成的；②距湖泊相同距离的人工林与城乡相比，城乡的温度明显高于人工林，但人工林在上午9：00—10:00时温度增加值最大，达3.4 ℃，而城乡在上午10：00—11：00时增加值最大，为2.8 ℃，人工林温度表现出较大的波动性；③在上午9：00之前人工林的大气相对湿度大于城乡，9：00之后则明显低于城乡，而城乡的大气相对湿度变化较小，说明植被对湖泊的冷湿效应有调节作用。

湿地是一种重要的资源，是水陆相互作用形成的独特生态系统[1]，其特殊的结构和功能使其成为响应全球环境变化的敏感区域[2]。湿地在具有丰富资源的基础上，拥有巨大的环境调节和生态效益功能[3]。其中，冷湿效应是湿地的环境效应之一，这是由于湿地长期季节性积水，而水的比热容大，消耗太阳能多，使地表增温困难，同时强烈蒸发导致近地层空气湿度增加所致[4]。已有研究表明，湿地冷湿效应与湿地植被类型和积水深度有关[5]，对区域小气候有显著的调节作用[6]。东平湖是南水北调东线工程的重要水利枢纽，近几年开展的湿地旅游和物质生产活动，使人类活动逐渐向东平湖湿地靠拢。本研究通过分析该湖泊春季温湿度对周边城乡及人工林的影响，期望为水资源的开发利用及湿地环境保护提供科学依据。

1 研究地区概况

东平湖(35°30′～36°20′N、116°00′～116°30′E)位于黄河下游南岸，是我国东部地区典型的浅水型湖泊，山东省第二大湖泊，总面积为627 km2，全湖总容水量达40亿m3[7-8]。东平湖区属于温带大陆性半湿润季风气候，四季分明。受大陆季风影响，东平湖区一般冬春两季多风少雨雪，夏季则炎热多雨，形成了春旱、夏涝的气候特点，年平均气温13.3 ℃[9]。随着南水北调工程的实施，其区域生态环境正在发生显著变化。

2 研究方法

使用3台便携式自动气象观测站，选择晴朗天气，在东平县城、王台村、老湖镇三个地方设置监测点(见图1)，于2016年4月30日早6:00至5月1日早6:00(共24 h)，同时监测这三个地方的温度、湿度、太阳辐射量、风速，每30 min记录一次数据。选择晴朗天气，在王台人工林(距湖1 000 m杨树林)、距湖200 m处的人工林(杨树林)、湖边设置监测点(见图1)，5月3日6:00到18:00(共12 h)，同时监测这三个地方的温度、湿度、太阳辐射量、风速，每30 min记录一次数据。

用EXCEL软件对数据进行统计分析。

图1 监测点位置示意

3 结果与分析

3.1 湖泊周边不同距离城乡的温度、湿度变化

由表1可知，对于温度来说，王台村的极差、方差最大，东平县城最小，说明王台村在一天中温差最大，东平县城温差最小，即距离湖泊越近，气温波动越大。东平县城的最高温度和最低温度均比王台村和老湖镇的高，而王台村和老湖镇的温度基本相同，说明距湖面较近的城乡受湖面影响较大，距离湖面较远的城乡受湖面影响较小。对于湿度来说，同样是王台的极差、方差最大，东平县城最小，说明王台村在一天中湿度波动最大，东平县城湿度波动最小，即距离湖泊越近，湿度波动越大。东平县城的湿度比王台村的低，虽然老湖镇和东平县城的湿度差异不明显，但随着城乡到东平湖的距离增加其湿度减少的趋势是不变的。

表1 东平湖周边城乡的温度、湿度统计

三个城乡24 h的温度、湿度变化总趋势基本一致，由图2(a)可知，温度变化趋势为：6：00至16：00气温连续上升，16：00至次日6:00气温缓慢下降，在16：00左右出现最高温度，在6：00左右出现最低温度；由图2(b)可知，湿度变化趋势为：6：00至16：00湿度连续降低，16：00至次日4：00湿度连续增加，最高湿度出现在次日4：00左右，最低湿度出现在16：00左右。温度上升时，湿度降低，温度下降时，湿度增加；温度最高时，湿度较低，温度最低时，湿度较高。由图1可看出，城乡距湿地的距离为：东平县城>王台村>老湖镇，但王台村附近有条大清河，对温度和湿度有影响，使温度降低，湿度增加。测定发现，距东平湖不同距离的城乡，气温不同。大体上，距离东平湖越远的城乡，温度越高，湿度越低(图2)。

3.2 湖泊周边不同距离人工林的温度、湿度变化

由表2可知，对于温度来说，距湖200 m杨树林的极差最大，距湖1 000 m杨树林次之，说明距离湖泊近的树林，温度波动较大。对于湿度来说， 距湖1 000 m

图2 湖泊周边城乡温度与湿度日变化

杨树林的极差最大，距湖200 m杨树林次之。湖边的温度、湿度的极差、方差最小，说明湖边温度、湿度波动最小，受湖面影响最大。

表2 东平湖周边人工林的温度、湿度统计

距湖1 000 m杨树林、距湖200 m杨树林、湖边12 h的温度和湿度变化总趋势基本一致(图3)，距湖1 000 m杨树林、距湖200 m杨树林在16：00左右温度最高，湖边在15:00左右温度最高，三者均在6：00温度最低；三者均在7：00左右湿度最大，14：00左右湿度最小。除6：00—7：00是温度上升、湿度增加外，其余的时间段均是温度上升时湿度降低，温度下降时湿度增加；温度最高时，湿度相对较低，温度最低时，湿度相对较高。

由图3(a)可看出，基本上，同时间距湖1 000 m杨树林的温度>距湖200 m杨树林的温度>湖边的温度；由图3(b)可看出，湿度变化与温度变化相反，同时间距湖1 000 m杨树林的湿度<距湖200 m杨树林的湿度<湖边的湿度。说明同时期距离东平湖越远，温度越高，湿度越低。气温的变化，主要是由太阳辐射、地面温度与湍流交换强度决定的，湿地由于地表积水或土壤过湿，增温缓慢，因而距离湖面越近温度越低。空气不断地对流和湍流，空气微团之间不停地进行热量交换和扩散，以及水汽交换和扩散，周围空气湿度受湿地的影响，距离湖面越近湿度越大[10]。

图3 湖泊周边人工林温度与湿度日变化

3.3 湖泊周边城乡与人工林的温湿度差异

为研究湖泊周边城乡与人工林对温湿度的影响，我们选与东平湖距离基本相同的王台村(代表城乡)和王台人工林(代表人工林)进行对比研究。

3.3.1 城乡与人工林对温度的影响

由图4可知，随着光照强度增加，王台人工林和王台村的温度均增加，13:00之后光照强度减少，而温度继续增至16:00左右达到最大值，之后逐渐减少。王台人工林气温比王台村低，是因为植被林冠层大幅度削弱太阳辐射，使得人工林内的光照强度大部分时间比王台村弱，从而致王台人工林增温缓慢。

图4 王台人工林和王台村温度和光照日变化

图5反映了在15：00以前，王台人工林和王台村温度变化值是正值，气温上升，且王台人工林温度增加值除了9:00—10:00和12:00—13:00比王台村的大，其余时段均比王台村的小，说明王台人工林气温增加慢，温度比王台村的低。在16：00以后，二者温度变化值均是负值，气温降低，王台人工林减少值比王台村的小，说明王台人工林气温降低较慢，但温度仍比王台村的低。王台人工林在9：00—10：00时温度增加值最大，为3.4 ℃，之后温度增加开始减缓，到15：00—16：00时增加值最小，为0.1 ℃，之后温度开始下降，到17：00—18：00时减少值增大为1.5 ℃。王台村在6：00—10：00温度增加值增大，到10：00—11：00时增加值最大，为2.8 ℃，之后温度增加开始减缓，在14：00和15：00时温度相等，15：00之后温度开始下降，17：00—18：00时减少值最大，为2.0 ℃。

图5 王台人工林和王台村温度变化值

3.3.2 城乡与人工林对湿度的影响

由图6可知，在上午9：00之前，王台人工林的湿度大于王台村的湿度，9：00之后，人工林的湿度小于王台村的湿度。这是由于9：00之前人类活动刚刚开始，对冷湿效应产生的干扰还不显著，大气中水汽的主要来源为下垫面水分的蒸散发，蒸散量由植物蒸腾和地面蒸发两部分组成，因此下垫面的水分条件和植被特征决定了蒸散量的大小[11]。蒸腾强度大，输入大气中的水汽多，其增加的空气湿度和水汽压也相当可观，所以人工林的湿度要比城乡的湿度大。9：00之后，湿度增加值较大(图5)，人类和机动车活动加剧，使林冠层下空气流动加快，打破了人工林原有的湿度规律，加之12：00之后人工林光照强度激增(图4)，加快了空气中水分的蒸发，且树叶气孔关闭，蒸腾作用减弱，水分较少散发到空气中，因此人工林的湿度明显下降，低于城乡的湿度。

图6 王台村和王台人工林湿度变化

图7反映了16：00之前，王台村湿度变化值均为负值，说明王台村湿度一直在降低；16：00之后湿度变化值为正，湿度增加。王台人工林7：00—14：00湿度变化值是负值，湿度在减小，6：00—7：00和14：00—18：00湿度变化值是正值，湿度在增加。王台人工林每小时间隔的湿度变化值普遍比王台村大，说明王台人工林湿度波动较大，王台村湿度波动较小。王台人工林在9：00—10：00时减少值最大，为23.2%，12：00—13：00时减少值最小，为0.9%，14：00之后湿度开始上升，15：00—16：00增加值最大，为7.8%。王台村在7：00—8：00湿度减少值最大，为7.5%，在13：00—14：00时湿度减少值最小，为0.1%，16：00之后湿度开始上升，17：00—18：00时增加值最大，为9.6%。

图7 王台人工林和王台村的湿度变化值

4 小 结

湿地的冷湿效应通过湿地与周围环境之间的能量和水分交换来实现，其直接效应使其附近地带上空空气的温度降低、湿度增加。湿地冷湿效应具有一定的空间影响范围，形成局部冷湿场[12]。东平湖湿地一天的温度和湿度变化规律为：湿度随温度的上升而减小，随温度的降低而增大，大体上温度最高时湿度最低，温度最低时湿度最高。距东平湖不同距离的人工林和城乡的温度、湿度变化不同，随距离增加,温度升高、湿度减小，这是由湿地的局部冷湿作用造成的。

湿地的蒸散作用和冷辐射作用影响着湿地冷湿效应的形成过程，而下垫面的温度、水分条件决定了蒸散作用强度和冷辐射强度。因此，湿地冷湿效应与湿地类型密切相关。植物的蒸腾作用影响着大气的温度和湿度，人工林的温度比城乡的温度低，表明人工林的制冷作用很明显。人工林温度、湿度波动较大；城乡温度、湿度波动较小。

近年来东平湖湿地及其周边地区气候变化与大面

积湿地的退化及植被的破坏密切相关，如何有效保护和合理利用湿地资源就成为一个亟待解决的问题。

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(责任编辑 徐素霞)

国家自然科学基金项目(40901276)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(2011BSB01256)；聊城大学大学生创新创业训练计划项目(26312151005)

P463.2;P931.7

A

1000-0941(2017)06-0042-04

燕柯如(1993—)，女，山东枣庄市人，学士，研究方向为环境科学；通信作者刘加珍(1974—)，女，四川遂宁市人，教授，博士，主要从事与陆面生态过程相关的教学与科研工作。

2016-09-16