专利名称：一种可调式降雨量控制的模拟方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生态系统主要生态过程的主要限制因子变化的控制 方法及装置，具体地说是一种可调式降雨量控制的模拟方法及装置。
背景技术：
近年来全球变化已经引起各界学者的广泛重视，降雨量变化作为 全球变化的主要组成部分，对从荒漠到森林的大部分陆地生态系统， 尤其是干旱半干單区的陆地生态系统都会产生巨大影响。因此通过降
雨量控制装置模拟陆地生态系统降雨量的变化，研究陆地生态系统的
净初级生产力、土壤C02通量、植被及物种组成，以及土壤养分循环 过程等主要生态过程对其的响应，能为预测陆地生态系统未来全球变 化背景下的演替趋势提供科学参考。
目前国内外文献中关于降雨量变化方面的研究多釆用盆栽模拟的 方法，该法适用于研究不同物种在不同施水量下的生理与形态变化， 操作简单，费用低廉，在对比研究时又具有一定的准确性，应用十分 广泛，但盆栽的容器容量有限，不能重现被研究物种的原始状态，而 且该法只能探讨单个物种对不同施水量的响应，不能应用到群落乃至 生态系统尺度。国外也有研究者釆用遮雨装置屏蔽自然降雨，然后用 灌溉装置施入不同水量模拟不同降雨量，该法可以应用到群落乃至生 态系统尺度，但屏蔽自然降雨后要等到降雨结東才能施水，这会改变 自然降雨的降雨格局，尤其是降雨时间持续数天的情况下，对降雨格 局的改变更加显著，而且人工施水在降雨强度、降雨时间和降雨均匀 程度上都跟自然降雨相差很大，很难代表自然降雨特征。目前降雨量 变化的模拟研究还有一个普遍缺点，就是多采用地下水作为水源，地 下水的养分及矿质含量等水质特征与天然降雨是有差异的，这也导致 这些方法的降雨量变化模拟不能真正代表自然降雨特征。国内外出现 过很多干旱化模拟的研究，也就是模拟降雨量减少，也出现过人工施
水进行的湿润化模拟，也就是模拟降雨量增加，但这些模拟降雨量变 化的研究都是单向的，而生态系统降雨量的变化包括减少与增加两个 方面，因此国内外对生态系统降雨量的变化模拟方法尚不完善。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种尺寸可调节、既 能精确控制降雨量减少、又能模拟降雨量增加、还能代表自然降雨特 征的可调式降雨量控制的模拟方法及装置。
本发明技术方案如下一种可调式降雨量控制的模拟方法，包括模拟降雨量减少和模拟 降雨量增加方法，所述模拟降雨量减少方法为利用调节遮雨装置的面 积来设定模拟降雨量减少的雨强；所述模拟降雨量增加方法为釆用天 然降雨作为模拟降雨的水源并利用选择水泵的规格控制模拟降雨增加 的雨强。
一种上述方法的控制装置,包括模拟降雨量减少和模拟降雨量增 加装置，二者通过一个储水容器相连，其中所述的模拟降雨量减少 装置由支撑装置、遮雨装置和导水装置组成，遮雨装置安装在支撑装
置上，与导水装置相连，所述导水装置与储水容器相连；模拟降雨量 增加装置由支撑装置、供水装置、输水装置和降雨发生装置组成，降 雨发生装置安装在支撑装置上，通过输水装置与供水装置相连，所述 供水装置与储水容器相连。
所述模拟降雨量减少装置中的支撑装置为一顶部设置有一定倾角 的支架结构，安装在研究区域四周；所述遮雨装置为一系列的v型遮 雨板，等距平行安装在支架的倾斜顶部，可以通过控制遮雨板的宽度 和间隔距离控制屏蔽的降雨量；所述导水装置为一安装在v型遮雨板 底部的导水槽和与之相连的导水管组成，导水管与储水容器相连。
所述的模拟降雨量增加装置由供水装置、支撑装置、输水装置和 降雨发生装置组成，供水装置为一提供降雨动力的水泵，水泵分别与 储水容器和输水装置相连，可以通过选择水泵的规格控制模拟降雨的 雨强；支撑装置为一顶部与地面平行的的支架结构，安装在研究区域 四周；输水装置为一系列的输水管，将水泵与降雨发生装置相连；降 雨发生装置为一系列安装在支架顶部的喷头，通过输水装置和水泵将 储水容器中的水施入研究区域模拟降雨量增加。
所述的v型遮雨板釆用透光性好、可塑性大、耐候性佳的丙烯酸 树脂类材料，所述遮雨板可以拆装，以调整屏蔽降雨量。
本发明的工作原理为模拟降雨量减少装置在发生天然降雨时通 过调整遮雨板的宽度和间距屏蔽不同数量的天然降雨，达到模拟降雨 量减少的目的；导水装置将遮雨板屏蔽的天然降雨导入储水容器中， 模拟降雨量增加装置中的供水装置将储水容器中蓄积的天然雨水经由 输水装置输送至降雨发生装置，在研究区域形成模拟降雨，达到模拟 降雨量增加的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
(1)本发明中的支架大小尺寸可随意调节并可组合使用，既可用 于单个物种对降雨量变化的响应研究，也可扩大尺寸应用于群落乃至
生态系统尺度的研究；既可用于草地等生态系统的研究，也可提升高 度用于灌木及森林生态系统的研究，这就是发明名称中"可调式"的 内容之一；(2 )通过调节遮雨板的宽度和间距来控制自然降雨的屏蔽量，可 以精确的控制降雨量变化，避免了人工施水过程中降雨量测定和降雨
模拟两项系统误差；同时由于模拟降雨量减少时自然降雨屏蔽量的精 确控制，降雨量的增加量也是可以精确控制的；而且遮雨板可以随意 拆卸，灵活地调整屏蔽降雨量，这就是发明名称中"可调式"的内容 之二；
(3) 本发明模拟降雨量增加时釆用模拟降雨量减少样地屏蔽的天 然降雨作为模拟降雨的水源，消除了地下水作为水源与天然降雨的水 质差异；
(4) 模拟降雨量减少是通过遮雨板屏蔽部分天然降雨来达到的， 不用等自然降雨结束后人工施水，完全不改变降雨时间和降雨强度；
(5) 本发明将降雨量减少模拟与降雨量增加模拟有机的结合了起
来，完全的模拟了陆地生态系统的降雨量变化。
图l为可调式降雨量控制装置的整体结构示意图。
具体实施例方式
下面根据附图具体说明本发明。如图i所示
如图l所示本发明的控制装置,包括模拟降雨量减少和模拟降雨 量增加装置，二者通过一个储水容器相连，其中所述的模拟降雨量 减少装置由支撑装置3、遮雨装置1和导水装置2组成，遮雨装置1 安装在支撑装置3上，与导水装置2相连，所述导水装置2通过导水 管与储水容器6相连;模拟降雨量增加装置由支撑装置8、供水装置5、 输水装置4和降雨发生装置7组成，降雨发生装置7安装在支撑装置 8上，通过输水装置4与供水装置5相连，所述供水装置5与储水容 器6相连。
所述模拟降雨量减少装置中的支撑装置3为一顶部设置有一定倾 角的支架结构，安装在研究区域四周；所述遮雨装置1为一系列的V 型遮雨板，等距平行安装在支架的倾斜顶部，可以通过控制遮雨板的 宽度和间隔距离控制屏蔽的降雨量；所述导水装置2为一安装在V型 遮雨板底部的导水槽和与之相连的导水管组成，导水管与储水容器相 连。
所述的模拟降雨量增加装置中，供水装置5为一提供降雨动力的 水泵，水泵分别与储水容器6和输水装置4相连，可以通过选择水泵 的规格控制模拟降雨的雨强；支撑装置8为一顶部与地面平行的的支 架结构，安装在研究区域四周；输水装置4为一系列的输水管，将水 泵与降雨发生装置7相连；降雨发生装置7为 一系列安装在支架顶部 的喷头，通过输水装置4和水泵将储水容器中的水施入研究区域模拟 降雨量增加。
5实施例1
在2块1. 3mx 1. 3m的水泥池中模拟降雨量减少和增加30%,模拟 降雨量减少装置中的钢质支架覆盖面积为1.4mxl. 4m，高的一端高 0. 9m,低的一端高O. 5m, V型遮雨板宽7cm, —个水泥池上用等距排 列的6块V型遮雨板屏蔽自然降雨，模拟降雨量减少30%;另外一个 模拟降雨量增加的水泥池上钢质支架覆盖面积也为1.4mxl.4m,高 0.5m,储水罐直径为lm,高度为0. 5m。根据水泥池附近气象站的降雨 资料，2008年6月1日一次降雨15. 401mm,储水罐中屏蔽的水量为 0. 00875m3，故2块水泥池中降雨量减少和增加的实际量分别为自然降 雨的29%，达到了控制降雨量的目的。
实施例2
在2块1. 3m x 1. 3m的水泥池中分别模拟降雨量减少和增加50%, 模拟降雨量减少装置中的钢质支架覆盖面积为1.4mxl.4m,高的一端 高O. 9m，低的一端高O. 5m， V型遮雨板宽7cm, —个水泥池上用等距 排列的IO块V型遮雨板屏蔽自然降雨，模拟降雨量减少50%;另外一 个模拟降雨量增加的水泥池上钢质支架覆盖面积也为1.4mxl.4m，高 0.5m，储水罐直径为lm,高度为0. 5m。根据水泥池附近气象站的降雨 资料，2008年6月1日一次降雨15. 401mm，储水罐中屏蔽的水量为 0.01449 m3，故2块水泥池中降雨量减少和增加的实际量为自然降雨 的48%，达到了控制降雨量的目的。
本装置尺寸可调节，并且可将若干本装置组合使用，研究尺度从 单个物种到群落乃至生态系统；能精确控制降雨量，既能模拟降雨量 减少0-100°/。自然降雨量、又能模拟降雨量增加100%-200V。自然降雨量； 还能代表自然降雨特征的可调式降雨量控制装置。
权利要求
1.一种可调式降雨量控制的模拟方法，包括模拟降雨量减少和模拟降雨量增加方法，其特征在于所述模拟降雨量减少方法为利用调节遮雨装置的面积来设定模拟降雨量减少的雨强；所述模拟降雨量增加方法为采用天然降雨作为模拟降雨的水源并利用选择水泵的规格控制模拟降雨增加的雨强。
2. —种实现权利要求1所述方法的控制装置,其特征在于包括 模拟降雨量减少和模拟降雨量增加装置，二者通过一个储水容器相连, 其中所述的模拟降雨量减少装置由支撑装置、遮雨装置和导水装置 组成，遮雨装置安装在支撑装置上，与导水装置相连，所述导水装置 与储水容器相连；模拟降雨量增加装置由支撑装置、供水装置、输水 装置和降雨发生装置组成，降雨发生装置安装在支撑装置上，通过输 水装置与供水装置相连，所述供水装置与储水容器相连。
3. 根据权利要求2所述的雨量控制装置，其特征在于所述模拟降雨量减少装置中的支撑装置为一顶部设置有一定倾角的支架结构， 安装在研究区域四周；所述遮雨装置为一系列的V型遮雨板，等距平 行安装在支架的倾斜顶部，可以通过控制遮雨板的宽度和间隔距离控 制屏蔽的降雨量；所述导水装置为一安装在v型遮雨板底部的导水槽 和与之相连的导水管组成，导水管与储水容器相连。所述的模拟降雨量增加装置由供水装置、支撑装置、输水装置和 降雨发生装置组成，供水装置为一提供降雨动力的水泵，水泵分别与 储水容器和输水装置相连，可以通过选择水泵的规格控制模拟降雨的 雨强；支撑装置为一顶部与地面平行的的支架结构，安装在研究区域 四周；输水装置为一系列的输水管，将水泵与降雨发生装置相连；降 雨发生装置为一系列安装在支架顶部的喷头，通过输水装置和水泵将 储水容器中的水施入研究区域模拟降雨量增加。
4. 根据权利要求2所述的雨量控制装置，其特征在于所述的V型遮雨板釆用丙烯酸树脂类材料，所述遮雨板可以拆装，以调整屏蔽 降雨量。
全文摘要
本发明涉及生态系统雨量控制的模拟方法及装置。所述模拟降雨量减少方法为利用调节遮雨装置的面积来设定模拟降雨量减少的雨强；所述模拟降雨量增加方法为采用天然降雨作为模拟降雨的水源并利用选择水泵的规格控制模拟降雨增加的雨强。本发明具有以下优点(1)本发明既可用于单个物种，也可应用于群落乃至生态系统尺度的研究；(2)可以精确的控制降雨量变化；(3)本发明模拟降雨量增加时采用天然降雨作为模拟降雨的水源，消除了地下水作为水源与天然降雨的水质差异；(4)完全不改变降雨时间和降雨强度；(5)本发明将降雨量减少模拟与降雨量增加模拟有机的结合了起来，完全的模拟了陆地生态系统的降雨量变化。
文档编号G09B25/00GK101656029SQ20081001290
公开日2010年2月24日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者孙学凯, 张新厚, 胡亚林, 范志平, 邓东周, 高俊刚 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所