呂愛鋒，王蕾，曲波

（1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.加拿大蒙特利爾大學(xué)，蒙特利爾 H3T 1J4）

植被是生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分［1］，其對(duì)水分的吸附、攔截等功能在降水再分配過程中具有重要作用。在降水過程中，植被對(duì)降水的再分配體現(xiàn)為冠層截留、莖干流以及穿透降水3個(gè)方面。作為降水再分配的首個(gè)環(huán)節(jié)，冠層截留通過對(duì)降水的攔截改變了到達(dá)地面的降水?dāng)?shù)量及空間分布，進(jìn)而在調(diào)節(jié)地表徑流中發(fā)揮了極為重要的作用，同時(shí)也影響著地表各系統(tǒng)之間的水熱平衡及物質(zhì)的循環(huán)與分配［2-3］。

我國(guó)地域遼闊，地跨眾多的溫度帶和干濕地區(qū)，植被類型多種多樣，植被冠層截留也表現(xiàn)出明顯的空間差異。目前，我國(guó)學(xué)者在植被冠層截留研究領(lǐng)域已經(jīng)開展了大量工作［4］。主要圍繞探究植被冠層截留機(jī)理［5-6］、研究和改進(jìn)冠層截留測(cè)定方法［7-8］以及冠層截留模型構(gòu)建［9-10］三大方面。由于冠層截留的影響因素多，不同學(xué)者［11-12］基于植被冠層截留規(guī)律對(duì)截留影響因素的探究關(guān)注點(diǎn)呈現(xiàn)明顯差異性，這為冠層截留容量的準(zhǔn)確測(cè)定帶來極大的挑戰(zhàn)。就測(cè)定方法而言，部分研究［13-15］也發(fā)現(xiàn)各類方法對(duì)于植被的適用性表現(xiàn)不同。我國(guó)冠層截留模型研究起步雖晚，但在經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难邪l(fā)和應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，尤其體現(xiàn)在特定區(qū)域內(nèi)半經(jīng)驗(yàn)半理論模型的參數(shù)優(yōu)化這一方面［9］。因此，針對(duì)截留因素、測(cè)定方法、模型應(yīng)用等研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)冠層截留對(duì)陸地水循環(huán)的影響具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義，有助于植被冠層截留領(lǐng)域研究的深入和發(fā)展。

1 植被冠層截留及影響因素

1.1 植被冠層截留過程及重要參數(shù)

降水進(jìn)入植被覆蓋區(qū)域后，由于受到植被枝葉的攔截作用，被分為冠層截留（含附加截留）、莖干流以及穿透降水3部分。植被冠層截留是指在降水下落過程中植被冠層吸附、攔截降水的這一過程，通常以冠層截留量或冠層截留率來衡量［4］。一般而言，植被冠層截留只發(fā)生于植被覆蓋區(qū)域，對(duì)于裸露區(qū)域的截留量通常視為零［16］。

植被蓋度／郁閉度和葉面積指數(shù)（LAI）是植被冠層截留差異性研究關(guān)注度最高的2個(gè)參數(shù)［17-19］，其作為反映作物群體生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，同樣可應(yīng)用于衡量植被截留過程中植被的吸附水量，因此在冠層截留研究中得到廣泛應(yīng)用［20-23］。

1.2 植被冠層截留的影響因素

冠層截留是一個(gè)復(fù)雜的過程，主要受到降水特性、植被特征以及氣象條件等3方面因素的影響。此外，降水前期枝葉濕度、林分郁閉度等也會(huì)影響植被冠層的截留過程。

1.2.1 降水特性

降水作為植被冠層截留過程中的起始環(huán)節(jié)，在降水總量、降水歷時(shí)、強(qiáng)度等降水特性方面影響冠層截留量［4］。萬艷芳等［13］以青海云杉為研究對(duì)象，研究林木冠層截留規(guī)律發(fā)現(xiàn)：在≤5 mm的雨量級(jí)中，青海云杉的截留量（28.7 mm）和截留率（67.8%）達(dá)到研究時(shí)段的最大值；但在降雨量＞30 mm時(shí)，截留率達(dá)到最低值（10.0%）。在此基礎(chǔ)上，凡國(guó)華等［14］利用二次函數(shù)擬合了長(zhǎng)三角地區(qū)的馬尾松林的降水截留率，重點(diǎn)描述了降水強(qiáng)度與林冠最大動(dòng)能承受限度之間的關(guān)系?？紤]到降水的季節(jié)變異性，張平等［15］在研究灌叢水分?jǐn)r截能力時(shí)重點(diǎn)關(guān)注了冬春季節(jié)降水形態(tài)變化特征，研究發(fā)現(xiàn)固態(tài)降水截留率大于液態(tài)降水的截留率，植被冠層在相對(duì)干燥狀態(tài)下可以攔截大部分的降水。盛后財(cái)?shù)龋?4］在天然落葉松截留研究中證實(shí)次降水的冠層截留率取決于降水前期的冠層干燥程度。多項(xiàng)研究［25-27］發(fā)現(xiàn)降水初期冠層截留量與降水總量呈明顯的正比關(guān)系，隨著降水的持續(xù)進(jìn)行，降水總量不斷增加，植被冠層吸附水量逐漸達(dá)到飽和，此時(shí)冠層截留率的增長(zhǎng)趨勢(shì)不斷下降，直至植被冠層吸附水量達(dá)到飽和，植被的截留量則不再增加或緩慢增加，見圖1?！案郊咏亓簟笔侵率菇亓袈试谥脖晃剿吭陲柡蜖顟B(tài)下緩慢增加的主要原因。附加截留作為植被截留中的重要組成部分之一，它是指降水在截留過程中由于蒸發(fā)直接返回到大氣中，使得降水未能到達(dá)地面，且降水歷時(shí)越長(zhǎng)，蒸發(fā)量逐漸增加，引起附加截留量增大，最終導(dǎo)致冠層截留增加。

圖1 不同植物降水量與冠層截留率Fig.1 Relationship between precipitation and canopy interception rate of different plants

1.2.2 植被特征

植被特征對(duì)于冠層截留過程同樣具有重要影響。冠層的結(jié)構(gòu)和大小、植被的葉傾角及粗糙程度、空間分布等參數(shù)影響到冠層對(duì)于降水的攔截作用。這些參數(shù)取決于植被的種類，在林木、草本、灌木和作物中差異明顯。根據(jù)植被類型的不同，將我國(guó)近幾十年的冠層截留的研究進(jìn)行歸類整合，結(jié)果見表1。

表1 不同植被類型冠層截留率以及觀測(cè)參數(shù)Tab.1 Canopy interception rate and observation parameters of different vegetation types

在相似的地理環(huán)境下，同種草本或灌木的冠層截留率差別不大。就不同植被類型而言，例如草本和林木，在相同模擬降水條件（2 mm）下，植被的截留率隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì)。張瑩等［34］實(shí)驗(yàn)測(cè)得生長(zhǎng)期為3、4、5個(gè)月的偃麥草的截留率分別為35.0%、42.5%、57.0%。馬波等［31］以谷子、小麥為對(duì)象研究作物的冠層截留過程，發(fā)現(xiàn)谷子在其全生育期內(nèi)的平均冠層截留量占總降水比例（冠層截留率）為0.52%，而冬小麥的在其全生育期內(nèi)的平均冠層截留率可達(dá)1.64%，并且截留量隨著作物的生長(zhǎng)而增加。由于植被冠層結(jié)構(gòu)大小、植株高度、葉片特征以及空間分布等參數(shù)不同，二者對(duì)于降水量的攔截作用存在較為明顯的差異。在同一植被類型的森林冠層中，對(duì)于降水的截留作用也呈現(xiàn)樹種差異性。凡國(guó)華等［14］、鞏合德等［28］的研究中發(fā)現(xiàn)，由于針葉林的葉片對(duì)于水量吸附能力較強(qiáng)，馬尾松在降水期間對(duì)于冠層的截留率可達(dá)25.38%，而亞熱帶常綠闊葉林冠層截留率只有15.8%。周彬等［30］及田風(fēng)霞等［27］的研究顯示，在郁閉度相同的情況下，我國(guó)油松的林冠截留率可達(dá)38.35%，稍高于青海云杉林的平均林冠截留率33.9%。這表明同一樹種對(duì)降水的攔截同樣存在明顯差異。

1.2.3 其他氣象條件

在兩次降水期間氣象要素持續(xù)影響冠層的蒸發(fā)速率進(jìn)而影響冠層的干燥程度，最終對(duì)冠層攔截降水產(chǎn)生影響［24，30］。氣溫下降會(huì)減少冠層截留的蒸發(fā)及植物的蒸騰［44］?？諝獾乃钜约叭~表面與空氣的相對(duì)溫差也會(huì)使得單位葉面積的蒸發(fā)損失呈現(xiàn)不同程度的差異。有學(xué)者研究了風(fēng)對(duì)于冠層截留的主要影響：一方面風(fēng)會(huì)改變植被的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，植被搖動(dòng)使雨滴快速降落到地表，可導(dǎo)致冠層蓄水量下降30%～50%［45］；另一方面風(fēng)速也可以通過影響冠層的蒸發(fā)速率進(jìn)而增加冠層截留水量［14］。

2 我國(guó)植被冠層截留測(cè)定與模擬

2.1 冠層截留的測(cè)定方法

冠層截留的測(cè)定是研究植被水文效應(yīng)的重要基礎(chǔ)［1］。總結(jié)大量的冠層截留相關(guān)文獻(xiàn)可知，植被對(duì)于降水的截留測(cè)定常使用人工模擬和間接觀測(cè)2種方法，并且在森林、草本、灌木以及作物有不同的表現(xiàn)形式，見表1。

人工模擬法多用于少數(shù)草本、灌木及農(nóng)作物冠層截留水量測(cè)定。常用的測(cè)定方法有覆蓋地表法、浸泡法（也稱簡(jiǎn)易吸水法）等。這些方法大多是在噴灌以及降水模擬器下模擬降水條件，對(duì)植被冠層截留進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。覆蓋地表法是用薄膜或乳膠密封土壤防止?jié)B漏，測(cè)量降水量以及實(shí)驗(yàn)區(qū)的徑流量，換算得到冠層截留量的一種方法；浸泡法是將植物剪下，測(cè)定浸水前后的重量差確定植被冠層的截留量的方法。國(guó)內(nèi)很多研究者［34］用浸泡法研究草本或農(nóng)作物的截留能力，并且測(cè)量樣本葉面積指數(shù)及生物量等參數(shù)進(jìn)行分析：卓麗等［46］采用浸泡法研究草地的截留能力，對(duì)草坪植物的截留規(guī)律進(jìn)行描述；趙偉霞等［47］、劉戰(zhàn)東等［48］同樣利用簡(jiǎn)易吸水法分別研究了耕地草本及冬小麥的冠層截留。這些研究也發(fā)現(xiàn)浸泡法能夠測(cè)定理想條件下植被的最大吸附水量，但測(cè)定結(jié)果往往大于實(shí)際直接觀測(cè)值。

由于林木、灌木等較高大植被樣本難以獲取，其截留一般采用氣象站設(shè)置自記雨量計(jì)對(duì)樹干徑流量、林外降水量以及穿透雨量進(jìn)行測(cè)定，并根據(jù)水量平衡方程進(jìn)行截留量的估算，該方法即間接觀測(cè)法，也稱水量平衡法。間接觀測(cè)法一般需要一段時(shí)間的觀測(cè)資料，通過觀測(cè)量之間的關(guān)系推算冠層的截留量以及截留率規(guī)律，在我國(guó)的研究中被廣泛應(yīng)用［35］。武秀榮等［49］、魏曦等［9］在模擬青海云杉林、華北落葉松林及人工油松林時(shí)使用野外間接觀測(cè)法研究大氣降雨量與林冠最大持水量之間的關(guān)系，為模型模擬提供大量數(shù)據(jù)支持。灌木的測(cè)定方法大致與林木相同，但因枝干繁茂莖流量較難測(cè)定，主要用林外降水量和穿透雨量對(duì)冠層截留量進(jìn)行估算。為控制環(huán)境因子的影響，間接測(cè)量法也用于測(cè)定矮小植被冠層的截留，這類研究大多是在噴灌以及降水模擬器模擬降水條件下對(duì)植被冠層截留進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

眾多研究表明，間接測(cè)量法可以較好地獲得截留水量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，有利于探究降水強(qiáng)度、降水歷時(shí)及冠層參數(shù)對(duì)截留量的影響規(guī)律。但由于實(shí)際操作過程較為復(fù)雜，冠層截留的實(shí)際測(cè)定結(jié)果存在較大的不確定性，尤其是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的灌木莖干流的忽視往往會(huì)對(duì)截留估算產(chǎn)生較大影響。無論是人工模擬還是間接觀測(cè)法，都無法準(zhǔn)確解釋冠層截留的內(nèi)在機(jī)理。

2.2 冠層截留模型的研究及應(yīng)用

在近百年的時(shí)間里，由于林木冠層截留效應(yīng)顯著，各類模型的開發(fā)和應(yīng)用研究多圍繞林冠進(jìn)行。當(dāng)前我國(guó)對(duì)截留模型的研究逐漸成熟且成果豐富，大體可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、半?jīng)驗(yàn)半理論模型和理論模型3種。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话氵m用于與研究條件相同或類似的狀態(tài)；理論模型由于注重冠層截留機(jī)制推導(dǎo)而使模型參數(shù)較復(fù)雜，在冠層截留研究過程中應(yīng)用較少；相比之下，半經(jīng)驗(yàn)半理論模型由于參數(shù)少且具有相對(duì)明確的物理意義，在區(qū)域尺度上的林冠截留模擬過程中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪窃谝延械慕y(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析模擬建立起來的統(tǒng)計(jì)或回歸模型。在植被的冠層截留研究過程中所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛蠖嘁砸辉貧w模型為主，概括的形式為

式中：I表示截留量；P表示降水量；f為截留量與降水量的函數(shù)關(guān)系。

對(duì)于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯砍趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)所建立的截留率和降水量的一元回歸模型外，崔啟武等［16］在觀測(cè)天然紅松闊葉林截留過程中還建立了降水量與截留量、截留率的指數(shù)以及冪函數(shù)模型。曹群根［50］利用多因子逐步回歸分析法研究毛竹林冠層截留，選用多種函數(shù)模型擬合截留量、截留率與降水量的關(guān)系，綜合考慮林分葉面積、溫度等多因子提出多元回歸預(yù)測(cè)模型。

2.2.2 半經(jīng)驗(yàn)半理論模型

在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上發(fā)展半經(jīng)驗(yàn)半理論模型，建立相關(guān)截留經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可以較大程度地模擬單次降水量的植被冠層攔截狀況［51］。由于我國(guó)對(duì)于模型的研究起步較晚，大多數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)半理論模型都集中于對(duì)國(guó)外模型（如Horton模型、Gash模型等）的改進(jìn)，尤其體現(xiàn)在模型在區(qū)域研究中的參數(shù)校正。考慮到Horton模型只適用于單次降水量超過林冠最大吸附水量與冠層蒸發(fā)量之和的降水情況，無法模擬未達(dá)到林冠吸附水量飽和狀態(tài)的降水事件，王彥輝等［10］在1998年結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況對(duì)Horton模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換并確定了冠層截留過程中的幾個(gè)參數(shù)，具體模型表述為

式中：Ic為冠層截留量；Icm為林冠最大吸附水量；P為降水量；α為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，且受干燥程度和風(fēng)速等影響較大，在不同地區(qū)取值范圍不同，受林分特征影響極大，取值在0.99～2.90。

由于常規(guī)氣象數(shù)據(jù)往往缺乏單次降水歷時(shí)，并且樹體表面的動(dòng)態(tài)變化難以把控，王彥輝等［10］附加截留部分轉(zhuǎn)換為降水量的比例進(jìn)行計(jì)算。簡(jiǎn)化后的模型有助于利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)森林的截留過程進(jìn)行模擬和評(píng)估。此后，王彥輝等又結(jié)合林冠郁閉度與冠層截留的關(guān)系，將模式再一次進(jìn)行改進(jìn)：

式中：T為單次降水歷時(shí)；e為單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)量；ΔH為冠層厚度；A為林分郁閉度；ΔT為前后兩次降水時(shí)間間隔；a、b、c、d為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：其余符號(hào)含義同前。

此外，Gash模型也是我國(guó)冠層截留模擬與改進(jìn)研究領(lǐng)域中最常用的基礎(chǔ)冠層截留模型之一。Gash結(jié)合Horton模型的截留機(jī)制，在測(cè)定氣象要素的基礎(chǔ)上，將林冠對(duì)于降水的截留分為林冠加濕、林冠飽和和降水后林冠干燥3個(gè)過程，并且根據(jù)降水量與冠層最大吸附水量的關(guān)系把降水事件劃分為能使林冠達(dá)到飽和吸附狀態(tài)的降水和不能使林冠達(dá)到飽和吸附狀態(tài)的降水，分別計(jì)算冠層截留吸附量和附加截留量［52］。許多學(xué)者應(yīng)用Gash模型進(jìn)行林分冠層研究，均獲得了較好的模擬效果，但考慮到Gash模型的假定條件與實(shí)際情況有明顯差異，高嬋嬋等［53］發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)間尺度下利用Gash模型模擬的結(jié)果均比實(shí)際測(cè)定結(jié)果小，并指出提高模型精度的關(guān)鍵在于區(qū)分不同的降水事件。總的來說，Gash模型的邏輯分析較強(qiáng)，各部分的物理意義明確，能夠解釋多種降水狀態(tài)下冠層截留組成，但其設(shè)計(jì)旨在計(jì)算特定降水事件截留量，無法準(zhǔn)確反映截留過程。部分研究在利用Gash模型的同時(shí)對(duì)于模型參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，分析結(jié)果顯示，不同林分參數(shù)的敏感性均表現(xiàn)出明顯差異［49］，這也是Gash模型在我國(guó)實(shí)際應(yīng)用中需要改進(jìn)的不足之一。

很多學(xué)者基于Gash模型在我國(guó)的適用性進(jìn)行修正并應(yīng)用于實(shí)際研究：王馨等［54］利用平均降水強(qiáng)度來判斷林冠是否飽和，進(jìn)而確定林冠最大吸附水量；武秀榮等［49］通過Leyton模型進(jìn)行回歸分析確定林冠的持水能力，由樹干莖流與大氣降水量的關(guān)系確定Gash模型輸入?yún)?shù)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)于各個(gè)參數(shù)進(jìn)行－50%～50%的敏感性分析；魏曦等［9］研究證實(shí)Gash模型在針葉林冠層研究中效果理想。

我國(guó)的半經(jīng)驗(yàn)半理論模型仍以截留機(jī)制理論分析為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立含有某些可求解的參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式而構(gòu)建。該類模型可以根據(jù)不同植被類型進(jìn)行歸納確定參數(shù)，計(jì)算相對(duì)容易，所以模型的應(yīng)用較為廣泛［55］，但模型中的參數(shù)依舊依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)而定，存在與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗤娜毕?，并且?duì)于附加截留蒸發(fā)評(píng)估的不確定性較大。

2.2.3 理論模型

當(dāng)觀測(cè)資料積累到一定程度后，在經(jīng)驗(yàn)以及半經(jīng)驗(yàn)半理論的模型的基礎(chǔ)上建立理論模型逐漸成為冠層截留模型研究的主要方向之一。在理論模型研究中，我國(guó)學(xué)者提出的具有代表性的理論模型有Liu模型［55］、電路暫態(tài)模型［56］等。這類模型能夠清晰地解釋冠層截留、莖干流以及穿透降水3個(gè)過程，理論性極強(qiáng)，但模型的構(gòu)建要求研究者熟練掌握各種數(shù)學(xué)方法，且具有較高的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，這阻礙了理論模型的發(fā)展與應(yīng)用。

表2 冠層截留模型對(duì)比Tab.2 Comparison of canopy interception model

3 全球環(huán)境變化背景下的植被冠層截留變化研究

在全球環(huán)境變化大背景下，不論是氣候變化還是土地利用變化，均會(huì)直接或間接地對(duì)區(qū)域的冠層截留過程產(chǎn)生影響。

3.1 水分循環(huán)的變化深刻影響植被冠層的截留率

據(jù)IPCC第5次評(píng)估報(bào)告及相關(guān)研究［57］可知，中國(guó)的氣候變暖趨勢(shì)與全球保持一致，且由于強(qiáng)降水的增加以及小降水事件的減少，全球的降水強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)［58-59］，我國(guó)過去幾十年的降水強(qiáng)度也在顯著增強(qiáng)［60-61］。降水的改變深刻影響著植被冠層的截留效率。此外，QU等［62］研究證實(shí)在不考慮植被的生理調(diào)控的情況下，冠層截留蒸發(fā)速率要高于傳統(tǒng)意義上的蒸散發(fā)，其面對(duì)氣溫、空氣濕度以及太陽輻射等氣象環(huán)境因子的顯著變化也會(huì)產(chǎn)生積極響應(yīng)。吳艷宏等［63］、崔勝輝等［64］關(guān)注了環(huán)境因子相互作用的內(nèi)在機(jī)制，其研究表明氣溫的升高將加速大氣環(huán)流過程，大氣環(huán)流變化將引起降水總量及其強(qiáng)度、頻率的變化，以及空氣濕度、風(fēng)速以及太陽輻射強(qiáng)迫的變化，進(jìn)而導(dǎo)致冠層截留受區(qū)域的氣候的影響發(fā)生顯著變化。

3.2 植被的物候效應(yīng)可能改變植被攔截降水的能力

鄭景云等［65］研究了近40年植物的物候響應(yīng)發(fā)現(xiàn)氣候變化對(duì)植被冠層截留的影響還體現(xiàn)在氣溫升高會(huì)導(dǎo)致植被春、秋季節(jié)變得活躍，加速并延長(zhǎng)植被生長(zhǎng)發(fā)育期［66］，進(jìn)而增加植被覆蓋面積或延長(zhǎng)植被覆蓋地表的時(shí)間［67-68］。植被葉面積與冠層截留水量密切相關(guān)，我國(guó)植被覆蓋度的變化必定會(huì)影響區(qū)域的冠層截留效應(yīng)［69］。氣候也是決定植被類型分布的主要因素之一，樸世龍等［70］、劉國(guó)華等［71］研究發(fā)現(xiàn)未來氣候變化將對(duì)森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)造成溫度及水分脅迫，強(qiáng)烈地改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物種組成，同時(shí)有可能改變我國(guó)植被的分布規(guī)律。不同植被類型對(duì)降水的攔截具有顯著的差異性，生態(tài)系統(tǒng)中的植被結(jié)構(gòu)越復(fù)雜攔截的降水量越大。植被類型、結(jié)構(gòu)及其分布規(guī)律的變化也會(huì)導(dǎo)致冠層截留產(chǎn)生相應(yīng)變化。趙茂盛等［72］分析了氣候變化的環(huán)境影響，結(jié)果認(rèn)為增溫在一定程度上會(huì)加劇土壤干燥程度，從而抑制地表植被的生長(zhǎng)，尤其體現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)。

3.3 土地利用／覆蓋變化（LUCC）直接影響冠層截留

土地利用／覆蓋變化既受到全球變化的影響，又驅(qū)動(dòng)著全球環(huán)境不斷變化。為滿足人口不斷增長(zhǎng)的需求，全球土地利用呈現(xiàn)由森林向農(nóng)田轉(zhuǎn)化的基本趨勢(shì)［5，73］，鄧慧平［44］研究發(fā)現(xiàn)植被的減少會(huì)降低蒸發(fā)和截留。尤其在青藏高原地區(qū)，不同的輪牧制度在改變地表覆蓋的同時(shí)，也通過草本的截留變異改變土壤水的時(shí)空分布。范月君等［74］分別從輕度、中度、重度放牧強(qiáng)度研究了其對(duì)三江源地區(qū)植被冠層截留容量的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同放牧干擾強(qiáng)度下單位面積截留量呈現(xiàn)極大的差異，且不同草本類型的截留容量隨放牧干擾強(qiáng)度呈增加或減少趨勢(shì)。

此外，劉春蓁［3］指出LUCC除了直接改變地表下墊面覆蓋以外，還通過影響區(qū)域大氣成分改變局地區(qū)域的小氣候，其中最直接的影響就是化石燃料燃燒、汽車尾氣排放等增加了大氣中氣溶膠的濃度；城市熱島效應(yīng)造成局部地區(qū)氣溫上升，增加區(qū)域蒸發(fā)量促使降水形成。城市化的建設(shè)還會(huì)加大地表板結(jié)程度，進(jìn)而削弱地表輻射影響植被截留［75］。

4 討論與展望

植被的冠層截留是陸地水循環(huán)的重要組成部分，其受到降水、植被和風(fēng)速等多種因素的影響。我國(guó)學(xué)者針對(duì)不同植被類型選用人工模擬觀測(cè)或水量平衡進(jìn)行截留容量的測(cè)定，為大尺度冠層截留估算和觀測(cè)截留模型的發(fā)展提供了重要基礎(chǔ)?；诮亓粲^測(cè)數(shù)據(jù)，我國(guó)在冠層截留模型方面也取得了較好的進(jìn)展。目前我國(guó)自主構(gòu)建的冠層截留模型以經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橹鳎虢?jīng)驗(yàn)與半理論模型方面主要通過改進(jìn)國(guó)外代表模型進(jìn)行區(qū)域性參數(shù)校正。綜合對(duì)我國(guó)在觀測(cè)截留觀測(cè)、模擬等方面研究進(jìn)展的分析，有以下幾點(diǎn)值得未來關(guān)注。

4.1 低矮草本植被冠層截留理應(yīng)受到進(jìn)一步關(guān)注

高寒地區(qū)草地退化往往容易造成草原水資源的污染［74］。就研究?jī)?nèi)容而言，當(dāng)前冠層截留研究對(duì)草本、灌木及農(nóng)作物關(guān)注度較低。加強(qiáng)對(duì)低矮草本植被的截留相應(yīng)研究對(duì)干旱及高原地區(qū)的生態(tài)維護(hù)尤為重要［76］。除此之外，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，綠色城市建設(shè)中的草坪用水、耗水是水資源管理的內(nèi)容之一，草本植被作為綠色城市建設(shè)的重要組成部分［77］，其截留容量的變化具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義，理應(yīng)受到熱切關(guān)注。

4.2 植被冠層截留監(jiān)測(cè)尺度和方法可以結(jié)合遙感技術(shù)進(jìn)行深入研究

通過分析國(guó)內(nèi)的冠層截留研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)可見，森林、草本、灌木以及作物往往根據(jù)植被特點(diǎn)選取人工模擬或間接觀測(cè)2種方法進(jìn)行點(diǎn)狀空間尺度的研究，而在較大空間尺度的冠層攔截降水研究中，孫彩虹等［78］將冠層截留研究尺度擴(kuò)展至流域，在此基礎(chǔ)上將廣東省劃分成高、中、低截留區(qū)，有效呈現(xiàn)了廣東省植被冠層截留的空間變化。林下植被結(jié)構(gòu)及其差異性也是影響區(qū)域截留量的不確定性因素之一，在區(qū)域水源涵養(yǎng)研究選擇觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行大尺度的截留模擬計(jì)算結(jié)果常與實(shí)際結(jié)果不符［48，79］。因此，對(duì)于復(fù)合植被類型的截留研究和模型建立同樣需要開展大量工作。就冠層截留研究方法而言，很多學(xué)者［78，80］借助遙感技術(shù)觀測(cè)所得的LAI、降水、蒸散發(fā)等多種高分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行截留水量計(jì)算。結(jié)合模型進(jìn)行反演可以通過確定植被的生態(tài)參數(shù)提高測(cè)定精度，但相關(guān)遙感產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用尚未完全成熟，還需進(jìn)一步完善。

4.3 冠層截留模型與全球環(huán)境變化模型耦合可以增強(qiáng)模型的適用性

全球變化多項(xiàng)研究表明未來極端氣候事件頻率增加將會(huì)加速水文循環(huán)過程。冠層截留作為重要的水文環(huán)節(jié)也被納入全球變化情景陸面模擬方案［81］。冠層截留對(duì)全球環(huán)境變化的響應(yīng)及反饋不僅僅體現(xiàn)在全球陸面蒸散發(fā)及徑流調(diào)節(jié)。已有研究證實(shí)不同的冠層截留方案的參數(shù)會(huì)改變?nèi)蜿憵怦詈夏Ｊ降拿舾行?，且?duì)氣候的影響需要進(jìn)一步探究［82］。考慮到目前關(guān)于全球環(huán)境變化的研究缺乏小尺度下的可靠數(shù)據(jù)和模型，全球氣候模擬與LUCC模型尺度的不匹配會(huì)增加植被冠層截留區(qū)域性研究的難度［83］，這從側(cè)面也反映出在全球環(huán)境變化的背景下結(jié)合不同區(qū)域的截留差異揭示植被冠層截留規(guī)律需要進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍。