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

熱力驅(qū)動的山谷風(fēng)系統(tǒng)(thermal-induced wind system)是山地氣象的重要特征，它影響著復(fù)雜地形區(qū)的能量和標(biāo)量運輸。理解風(fēng)場特征有助于更好地開展數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、解釋基于渦動相關(guān)法觀測的碳通量結(jié)果。復(fù)雜地形區(qū)風(fēng)場特征具有高度空間異質(zhì)性，單點觀測幾乎無法形成對風(fēng)場的整體認(rèn)知;但是，由于缺少同流域多點觀測設(shè)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(fù)雜地形森林風(fēng)場的空間分異規(guī)律及驅(qū)動機制。研究發(fā)現(xiàn)，T1和T3冠上以偏南風(fēng)(下坡風(fēng))為主，而T2冠上則以上坡風(fēng)為主;夜間三個站點分別轉(zhuǎn)為谷風(fēng)、上坡風(fēng)和下坡風(fēng)主導(dǎo)。沿垂直梯度上觀測到不同程度的風(fēng)向切變，表明冠層上下風(fēng)向頻繁解耦。三座塔均未表現(xiàn)出典型的山谷風(fēng)晝夜反轉(zhuǎn)特征(典型天占比約10%)，較強天氣風(fēng)與局地?zé)崃Νh(huán)流相互作用，大幅削弱了局地?zé)崃︱?qū)動的山谷風(fēng)系統(tǒng)。生長季較強的季風(fēng)，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(fēng)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(dǎo)致凈生態(tài)系統(tǒng)CO?交換量(NEE)低估，而T1和T2的泄流效應(yīng)較弱。該研究結(jié)果為理解山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)格局提供了新認(rèn)知，為復(fù)雜地形碳通量數(shù)據(jù)校正奠定了重要基礎(chǔ)。

研究結(jié)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(xué)院沈陽應(yīng)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(xué)李秀芬教授、徐藝璇，東北林業(yè)大學(xué)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(xué)基金(32192435)、國家重點研發(fā)項目(2023YFD2200405)、中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全與信息化技術(shù)科學(xué)應(yīng)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(fēng)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(fēng)向的分布頻率

圖3 典型與非典型山谷風(fēng)系統(tǒng)示例分析