植物生理模型用于森林水文气候效应的研究

　　因为树木使空气湿润的作用对附近作物或其它植物的有利影响发生在其下风方向，其影响的范围、强度和沿伸长度由当地在关键时期的大气候条件和微地貌造成的小气候和树木与作物的生理特性（影响其气孔开度）决定。因此，植物生理子模型与微气象子模型之间需要有紧密的联系。

3.2 森林对降水的影响

　　因为森林可以使附近（下风方向）的空气湿度提高，起了调节气候的作用，曾有过很多关于森林能够提高降水量的作用，甚至能超过其截流所减少的量，从而增加到达河流下游的水量的说法。对这个问题，黄秉维先生早在 1981 年[1]和 1982 年[2]就分析过。其基本结论是森林（或其它植被）与裸地相比，增加蒸散损失的量大，增加降水的可能和数量都很小。他说“水分一进入大气，便立即随风远扬……既不会在原地上空积聚，也不会在毗邻地区停滞”。这对较小范围来说是对的。但是就更大范围来说，水分进入空气总会遇到有成雨条件的情况而变为雨滴下降，似乎总是有益。但是如果降水的地区是海洋，那么就完全损失了。如果降在降水量本来就偏多的地方和季节里，会害大于利。就地形雨部分而言，大的山脉能形成地形雨，在其上风方向增加的植被通过蒸散增加的水汽，其中很大部分有可能作为地形雨下降，损失较小。不过，增加的降水量大半落在山前降水偏多之处，而在山的背风一侧雨影区，原来降水量较小的地区受益也较小。

　　因为上面所说的都是空气水汽含量接近或达到成雨水平的情况，水汽含量离成雨所需水平相差较多的时候则难以起作用。而一年中降水或接近降水的天数在总天数中所占比重很小，干旱半干旱地区则更少，其它天数中的蒸散量因没有机会通过这种机制而进入降水量。

　　但有一点是肯定的，那就是：森林通过增加大气湿度而增加降水量时，有一部分（不论大小）随风飘移到海洋上空或本来就多雨的地区。在进入雨水不足的地区参加成雨的量总是只占截流量的一个分数，而不会达到，更不会超过其总量。何况这些水汽一旦参加降水之后，其中又有一部分会被森林截住而进入上述循环，因而又会有一部分流失。所以，进入径流的总量总是少于没有植被截流的情况。但是进入循环部分的水的利用效率却是提高了。

在垂直气流成雨时，通过森林蒸散进入大气的水汽容易进入降水，且水汽向区外的散失比锋面雨时小。但是森林的蒸腾会通过减少辐射能向显热的转化而削弱空气对流，对成雨不利。究竟增加水汽的有利因素与减弱对流的不利因素哪个起的作用更强，需要用大气物理过程的模拟计算来解决。

　　近年来有用大气模型模拟大范围植被破坏后对降水的影响的工作。例如薛永康[3]对假设蒙古与中国内蒙大范围植被遭到破坏后的中国大陆大部分地区的降水量变化做了模拟计算。在模拟计算的这个阶段，对植被变化的假定是大范围、极端的差异。以后随着计算精度的提高，也有可能可以计算较小范围、不同程度的植被覆盖差异下降水量的增减程度。

4 植物生理与其它学科之间联系的重要性

　　从上面所说可以看出，植物生理模型只是整个问题的研究中的一个组成部分，其内容是由土壤中的水分通过植物的根系向冠层输送，并通过蒸腾向大气输送，同时，将辐射能转化为潜热。而水分供应由土壤中根系分布与水分分布的交叉部分的范围大小、根的密度、土壤与冠层之间的水势差等决定；水分向大气的输送则由冠层的叶面积、叶片面对的大气蒸发需求和气孔导度决定。而根系的生长（包括生长量和空间分布）和气孔导度（它由气孔的张缩程度决定）又反过来受植物的水分平衡的调节。植物蒸腾耗水一方面为大气提供降水所需的水汽量，另一方面由于消耗辐射热，减少显热量，从而减轻对流强度，又可能减少成雨的可能性。这为上面说的森林（或其它植被）对对流雨的影响的估算提供了必要的子模型。由于 SPAC 系统中土壤、植被、大气过程是紧密联系的，单靠一个学科的知识所建立起来的模型只起子模型的作用，不能直接回答生产和生态管理上的实际问题。在建立总模型后，不同学科的子模型之间需要有紧密的联系，因而需要有一个总体框架和总体模型来统帅各个子模型，从总体运行的需要来考虑各子模型所应达到的精度和所能提供的输出项，协调各子模型运算的精密程度，并使各子模型之间有互相提供可接受的、有用的数据的良好界面，求得良好的总体行为。

　　除了上述土壤与气象学这两个学科之外，遥感是取得计算所需的面上数据和核对所得到的结果是否符合实际情况的重要手段。它可以快速地、非破坏性地、同时地获得大面积的地面状况的信息。而遥感技术在对观测到的反映地面情况的数据的解释上，也要求以上 3 个学科在对地面和近地面的各种变量之间的关系提供可靠的地面实况。

5 水文气候效应模拟在农林业生产管理中的作用

　　在利用了植物生理过程的机理知识而制订的包括土壤、植物生理和微气象过程的水在 SPAC 系统中的运动的模型可以用于 3 个方面：一是在森林的经营上，种植最能适应当地条件的树种（和/或灌木、草类物种），并选用合适的栽植方式、密度和组合；二是从河流上下游总的水的输送量及其经济与生态效益来计算最佳的分配方案，并以此来指导各地森林的种植方式和水的调度；三是以此为指导，制订各种价格政策和管理办法，以使上下游（上下风方向地区）能按对全局最有利的方式利用水资源。水作为商品的特点是总体上极为重要，社会的各种活动都离不开它。但是单位体积的价值却很低；它极其稳定，不会损坏；但是容易通过渗漏和蒸发而损失。由于其供应（降水）和消耗（蒸散）不完全同步，必须跨季度保存。而由于其单位体积的价值和价格很低，所以不值得用像输送和储存石油及其制品所用的高价的输油管或储油罐，因而难以避免损失。

　　在长江等南方河流的上游，总的方针是鼓励种植树木，禁止乱伐，特别是皆伐；在植被覆盖足以控制土壤侵蚀的情况下，实行严格控制下的间伐，其结果是减少总的径流量，特别是雨季的径流量，但可略为增加旱季的径流量。这两者都对下游有利。至于黄河等北方河流，提高上游集水面植被覆盖度，减少下游泥沙量和水量的效果更明显[4]。其效益是上游增加森林产量，下游减少水电站水库和河流的河床淤积，前者会延长水电站的有效运作年限，后者会减少洪水危险、淹水损失和防洪花费；其损失部分是下游可用水量减少。全河流要合理收水费和规定引水限额，使用水效益最大化。无论哪种情况，对于森林对水文气候的效应的数量估算都是重要的。

6 发展数学模拟的途径

　　对森林的气候水文效应的数学模拟虽然有以上的意义，但是其发展单靠学术机构而没有生产部门的支持就无法实际应用，因而难以产生效果，提高公众对它的认识和建立技术队伍。数学模拟的用户可划分为三大类。一是生产者，即林地的经营者；二是单项生产技术或材料的提供者，如树种、树苗的培育场；三是宏观管理者。林场的规模比多数农户的经营规模大，因而安排专人从事生产优化计算的可能性比农业上大。在宏观管理上，考虑大江大河上下游水量分配的方案与水价的制订时，也需要根据实际情况（例如前述江河上游水土保持对下游的影响）做详细的计算。避免在未经科学计算前提出简单的种植面积的指标。

　　计算机模拟虽然可以减少实地实验的工作量和提高预见性，但它不能完全代替实验。实验的价值一方面是提供制订模拟程序所需的基本函数关系；另一方面是检验多种因素复杂的交互作用中模型的缺陷。因而模拟工作者必须有机会与实验工作结合，从模拟结果应用中得到的反馈信息来不断改进模拟程序。