森林结构与功能关系是森林生态与管理研究的核心主题。受技术与理论限制，复杂地形下森林精细结构监测能力不足、功能估测精度不高，限制关键过程的监测与研究。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下，辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站/中国科学院清原森林生态系统观测研究站于2019年在典型独立小流域内建成了观测塔群（3座观测塔）、水文站网、长期固定样地群，辅以综合数据中心；打造以激光雷达为主要森林结构监测、以涡动通量系统和水文站网为主要功能监测手段的“温带次生林生态系统塔群监测研究平台”（以下简称“科尔塔群”）。基于上述平台，团队开展复杂地形下风格局、CO₂浓度、太阳辐射、空气动力学参数、碳通量计量等主题研究。
太阳辐射是光合作用原驱动力。围绕该主题，研究团队开展复杂地形入射太阳辐射测量、光合有效辐射（Q_p）占比、森林反照率变化等研究，探讨复杂地形下森林太阳辐射特征与过程。进展如下：（1）准确测量入射太阳辐射是前提；传统辐射计水平测量的方式忽略了地形因素（如，坡度和坡向等）对太阳辐射再分配的影响，影响对生态系统过程的解析。基于科尔塔群，比较了两种辐射计测量方式获得的入射辐射差异。与传统平行坡面测量相比，位于阴坡的两座通量塔水平测量分别高估入射SR约8.7%（T1-MBF）和21.2%（T3-LPF）；位于阳坡的通量塔（T2-MOF）的两种测量方式测量的入射SR差异不显著。两种测量方式测得的入射PAR和NIR的强度差异与入射SR的相似。传统的辐射计水平安装难以准确测量真实进入冠层的太阳辐射，可能进一步影响森林生态系统光能利用率和总初级生产力的估算。（2）Q_p可被绿色植物利用吸收，估算Q_p在总太阳辐射（R_s）中的比例（Q_p/R_s）对于生态学研究具有应用价值，目前尚不清楚复杂地形如何影响Q_p/R_s的估算。基于科尔塔群多塔观测与贡献因子分析发现，3塔观测的Q_p/R_s比例不同，且晴天的差异大于阴天；引入无人机激光雷达量化的视野因子可以提高Q_p/R_s的解释率；多线证据表明Q_p/R_s受地形影响，这可能与周围山体的漫反射进入冠层有关，引入地形因子是提高Q_p/R_s预测的有效手段。（3）森林不仅可以固碳，还可改变地表反照率。以往研究报道了土地利用对地表反照率的影响，尚无研究关注干扰后的次生林和人工林反照率变化及其驱动力。基于科尔塔群的研究发现，次生林的太阳辐射（SR）和近红外（NIR）反照率均显著大于落叶松人工林，而三者的Q_p反照率相当。林下植被绿度可解释75.6%的落叶松人工林近红外反照率变化，这表明林下植被对反照率有很强的控制作用。此外，SR反照率与FAPAR显著相关，次生林强于落叶松人工林，表明阔叶林分中碳吸收与反照率具有协同效益，但针叶林的协同效益减弱。结果表明增加林下植被的绿色生物量以及在针叶纯林人工林中引入阔叶树可增加反照率以及反照率和FAPAR的协同效益，从而应对气候变暖。
基于科尔塔群“光”主题的研究初步分析了复杂地形表面太阳辐射测量方式、地形和林分结构对入射太阳辐射过程的影响，为复杂地形山区森林生态系统碳循环模拟提供观测证据和理论支撑。

复杂地形，次生林，人工林，太阳辐射，反照率，光合有效辐射吸收比例