沈陽生態(tài)所在山地森林風格局研究方面取得進展：基于科爾塔群協(xié)同觀測揭示風場特征、驅動力及對碳通量觀測的影響

熱力驅動的山谷風系統(tǒng)(thermal-induced wind system)是山地氣象的重要特征，它影響著復雜地形區(qū)的能量和標量運輸。理解風場特征有助于更好地開展數(shù)據(jù)質量控制、解釋基于渦動相關法觀測的碳通量結果。復雜地形區(qū)風場特征具有高度空間異質性，單點觀測幾乎無法形成對風場的整體認知;但是，由于缺少同流域多點觀測設施，基于多點協(xié)同觀測的研究仍鮮見報道。

本研究依托遼東山區(qū)清原科爾塔群(近萬畝獨立森林流域內(nèi)3座觀測塔：天然闊葉混交林T1-MBF、天然蒙古櫟林T2-MOF、落葉松人工林T3-LPF)，通過多塔協(xié)同觀測揭示了復雜地形森林風場的空間分異規(guī)律及驅動機制。研究發(fā)現(xiàn)，T1和T3冠上以偏南風(下坡風)為主，而T2冠上則以上坡風為主;夜間三個站點分別轉為谷風、上坡風和下坡風主導。沿垂直梯度上觀測到不同程度的風向切變，表明冠層上下風向頻繁解耦。三座塔均未表現(xiàn)出典型的山谷風晝夜反轉特征(典型天占比約10%)，較強天氣風與局地熱力環(huán)流相互作用，大幅削弱了局地熱力驅動的山谷風系統(tǒng)。生長季較強的季風，頻繁多云/陰天降低了入射太陽輻射是其主要原因。綜合塔群的風場、虛位溫梯度及CO?通量格局分析發(fā)現(xiàn)，T3夜間更易發(fā)生泄流(drainage flows)，可能導致凈生態(tài)系統(tǒng)CO?交換量(NEE)低估，而T1和T2的泄流效應較弱。該研究結果為理解山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)風格局提供了新認知，為復雜地形碳通量數(shù)據(jù)校正奠定了重要基礎。

研究結果近日以“Wind regimes and their drivers in mountainous forests: collaborative observations by Qingyuan Ker Towers”為題發(fā)表于Agricultural and Forest Meteorology。中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所高添研究員為第一作者，朱教君研究員為通訊作者;其他合作作者包括沈陽農(nóng)業(yè)大學李秀芬教授、徐藝璇，東北林業(yè)大學王興昌副教授等。該研究基于“清原科爾塔群”平臺完成，得到國家自然科學基金(32192435)、國家重點研發(fā)項目(2023YFD2200405)、中國科學院網(wǎng)絡安全與信息化技術科學應用及示范項目(CAS-WX2022SF-0101)和興遼英才計劃(XLYC2201002，YS2023006)支持。

圖1 清原科爾塔群三座觀測塔位置、地形條件與風向扇劃分(a);

大尺度山谷中的位置(b);無人機拍攝照片(c)

圖2 冠上-冠下晝夜風向的分布頻率

圖3 典型與非典型山谷風系統(tǒng)示例分析