绿洲-荒漠交错带潜水-土壤-植被-大气连续体水热传输模型研究

该文以干旱区绿洲-荒漠交错带为研究对象,以质量守恒原理与能量平衡原理为基础,建立了潜水-土壤-植被-大气系统中水分与热量传输模式,并提出了求解潜水-土壤-植被 大气系统的数值模拟分解 协调新方法,用天山北麓三工河流域绿洲-荒漠交错带的实测资料验证了水热传输模型的可靠性.结果表明,植被冠层蒸腾量模拟值与实测值比较接近,其最大误差为11.3%,土壤含水率的模拟值与实测值的最大误差仅为5.9%,土壤温度模拟值与实测值的最大误差为8.3%,用该模型模拟绿洲-荒漠交错带潜水-土壤-植被-大气连续体水热动态传输过程、植被蒸腾量、地表蒸发量和植被的根系吸水率具有较高的精度.      

浅埋条件下地下水-土壤-植物-大气连续体中水分运移研究综述

地下水-土壤-植物-大气连续体系统中水分运移研究对于水资源的有效利用及生态环境问题有着重要的科学研究意义。在地下水浅埋条件下,地下水、土壤水、植物水、大气水是一个连续的水分过程。通过归纳国内外在地下水浅埋条件下土壤水分运移、土壤盐分运移、以及水盐运移对植物生长发育等生物过程作用的机理等方面的研究成果,综述了近年来国内外在地下水浅埋深条件下GSPAC系统水运移在研究方法、试验和模型方面的进展、各种研究方法的原理、优缺点和今后的研究方向,分析指出定量地研究浅埋深地下水对SPAC系统水分过程、生物过程和能量过程等的作用和影响是一个复合过程,由单个过程研究向过程的综合分析发展难度较大,目前研究相对比较薄弱,是今后需要重点发展的一个方向,在此基础上阐述了GSPAC系统水运移的研究需要深入发展的几个方面。     

浅埋条件下地下水-土壤-植物-大气连续体中水分运移研究综述

地下水-土壤-植物-大气连续体系统中水分运移研究对于水资源的有效利用及生态环境问题有着重要的科学研究意义。在地下水浅埋条件下,地下水、土壤水、植物水、大气水是一个连续的水分过程。通过归纳国内外在地下水浅埋条件下土壤水分运移、土壤盐分运移、以及水盐运移对植物生长发育等生物过程作用的机理等方面的研究成果,综述了近年来国内外在地下水浅埋深条件下GSPAC系统水运移在研究方法、试验和模型方面的进展、各种研究方法的原理、优缺点和今后的研究方向,分析指出定量地研究浅埋深地下水对SPAC系统水分过程、生物过程和能量过程等的作用和影响是一个复合过程,由单个过程研究向过程的综合分析发展难度较大,目前研究相对比较薄弱,是今后需要重点发展的一个方向,在此基础上阐述了GSPAC系统水运移的研究需要深入发展的几个方面。     

土壤-植被-大气连续体中的尺度转换问题

土壤-植被-大气间的相互作用强度高度地依赖于时空尺度。其中,反馈机制贯穿于土壤-植被-大气相互作用的始终。在各个时空尺度中,多因子交互作用,尺度不同起主导作用的过程和控制因子可能有所不同,从而增加了土壤-植被-大气连续体尺度转换研究的难度。从空间和时间尺度上总结了近年来有关学者对尺度转换及反馈机制在模拟中如何应用的研究结果,并在该基础上指出了当前合理描述土壤-植被-大气连续体区域尺度系统行为需要关注的问题和挑战。     

棉花水分迁移模型的研究现状与展望

开展对土壤一棉花一大气系统(简称SCAC系统)土壤水动力学和水肥优化使用决策支持系统的研究,包含棉花水分迁移模型的研究意义和国内外研究现状及其计算方法,在此基础上对土壤-棉花-大气系统的相互作用过程以及棉花水分迁移模型模拟中存在的问题进行了展望。     

红壤农田中花生SPAC水势分布

土壤 -植物 -大气连续体 (SPAC)中水分传输过程是农田生态系统水分迁移与能量转换中最重要的环节。SPAC尽管介质不同、界面不一 ,但在物理上是一个统一的连续体 ,可以用水势这一统一的能量指标来描述各个环节能量水平的变化。水分从土壤中被作物根系吸收向上一直传输到叶气腔再散失到大气中 ,水势是驱动力 ,水在其中流动的通量与驱动力 (水势差 )成正比 ,与阻力成反比。可见 ,研究SPAC水势分布规律有助于定量计算水流通量 ,并为作物根系吸水和水分散失、作物水分供需评价提供依据 ,而且对调节农田生态水分循环和节水农业措施有重要指导…     

植被根系与生态环境相互作用机制研究进展

系统分析了植被生长环境条件对根系生长特征，分布规律，形态以及生理生态等特征产生的深刻影响，以及根系对其所生长的环境条件具有的调节改善功能。阐明了根系与环境条件的相互作用可以形成良性微生态环境，在水土流失严重区，植被根系的存在可以大大提高土壤的抗侵蚀性能，在生态环境的治理和恢复过程中具有重要的生态意义，同时，根系作为生态系统中的一个重要组成部分，在植被演替过程也占有重要地位，演替早期的树种的要命系分布深度和根系总长度都要比后期树种的高，这种分布特征使得林木得以吸收深层的水分和养分，并为顶极植物的生长创造良好的生长环境，在大区域和全球尺度上进行的土壤-植被-大气系统（SVAT）研究中，植被群落的根系分布深度由于决定了植被的水分和养分的供给状况而具有更加重要的生态意义，也将是今后根系研究中的热点问题。     

用于田间作物-水分关系研究的ThuSPAC模型

:田间作物水分关系是土壤植物大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum,简称SPAC)理论的重要研究内容.本研究介绍的ThuSPAC(Tsinghua University SPAC)模型,包含土壤水热运移(Soil)模型、冠层(Canopy)模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)模型、冬小麦生长模拟(Wheat)模型、冬小麦生长与SPAC水热运移耦合的WheatSPAC模型5个独立的模型.利用ThuSPAC模型,可以根据土壤条件、冬小麦品种参数、气象条件及灌溉条件等,动态模拟土壤、冠层中水分温度的分布规律、冬小麦生长过程及最终产量.模型的开发语言为Visual Basic,界面友好,在相关领域的研究中具有广泛的应用前景.     

用于田间作物-水分关系研究的ThuSPAC模型

田间作物水分关系是土壤植物大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum，简称SPAC)理论的重要研究内容。本研究介绍的ThuSPAC(Tsinghua University SPAC)模型，包含土壤水热运移(Soil)模型、冠层(Canopy)模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)模型、冬小麦生长模拟(Wheat)模型、冬小麦生长与SPAC水热运移耦合的WheatSPAC模型5个独立的模型。利用ThuS-PAC模型，可以根据土壤条件、冬小麦品种参数、气象条件及灌溉条件等，动态模拟土壤、冠层中水分温度的分布规律、冬小麦生长过程及最终产量。模型的开发语言为Visual Basic，界面友好，在相关领域的研究中具有广泛的应用前景。     

遥感技术在区域农田蒸散研究中的应用

蒸散发在地表水分循环和能量平衡中具有重要作用,其估算方法研究一直是人们关心的热点问题。文章在对能量平衡、水分平衡、互补相关理论及土壤-植被-大气传输模型的多种蒸散发估算方法分析的基础上,就估算蒸散发的各种方法的优缺点进行了分析;详细讨论了遥感技术用于蒸散发计算的统计模型、物理模型和全遥感信息模型,以及国内在能量平衡余项法、SEBAL模型、SEBS模型等方面取得的研究进展。结果表明,遥感技术在区域蒸散的估算方面具有其他方法不可比拟的优点,虽然遥感技术用于区域蒸散在模型研建和检验、尺度外推、反演精度等方面还存在问题,但遥感技术仍然是解决区域蒸散估算的重要方向。     

Modeling the Exchanges of Energy, Water, and Carbon Between Continents and the Atmosphere

Atmospheric general circulation models used for climate simulation and weather forecasting require the fluxes of radiation, heat, water vapor, and momentum across the land-atmosphere interface to be specified. These fluxes are calculated by submodels called land surface parameterizations. Over the last 20 years, these parameterizations have evolved from simple, unrealistic schemes into credible representations of the global soil-vegetation-atmosphere transfer system as advances in plant physiological and hydrological research, advances in satellite data interpretation, and the results of large-scale field experiments have been exploited. Some modern schemes incorporate biogeochemical and ecological knowledge and, when coupled with advanced climate and ocean models, will be capable of modeling the biological and physical responses of the Earth system to global change, for example, increasing atmospheric carbon dioxide.     

新型农村地源热泵地埋管换热器的传热模拟

[目的]更好地模拟地源热泵地埋换热器的换热状况。[方法]介绍了3种地源热泵地埋管换热器的传热模型(线热源模型、圆柱热源模型和Eskilson模型),以宁波市鄞州区冬天供热为例,选择适当的传热模型进行数据模拟,得出了地埋管周围土壤温度场分布。[结果]地源热泵系统连续运行一段时间后,地埋管周围半径为0.8 m的范围内温度场会呈现强烈的变化,该区域以外的地方温度变化越来越小,直至接近于土壤的原始温度;浅层地表土壤原始温度场分布与深度呈指数关系,当深度达到一定程度后,土壤基本上维持恒温状态,比当地年平均气温高1~2℃。[结论]该研究为新型农村地源热泵中央空调工程设计和运行提供了理论参考。     

土壤水文过程与溶质迁移转化研究进展

总结和概括了土壤水与溶质、能量研究的发展历程,介绍了土壤水与溶质、土壤热耦合运移研究的基本理论和模型发展,分析了当前水土系统理论和应用方面存在的难点和尚未解决的问题,展望了在大气-植被-土壤系统研究基础上进一步在土水系统中研究水文质耦合理论,提出构建分布式耦合模型系统亟待解决的关键技术问题。     

梯形振荡水翼水动力学特性的三维数值模拟研究

振荡水翼式潮流能采集系统一般通过二维水翼水动力学模型建立其关于俯仰与升沉方向两自由度的运动方程。但水翼三维模型与二维模型在诱导阻力计算上有着一定的差别,而诱导阻力又直接影响到系统的能量转化效率,因此有必要对振荡水翼三维的水动力学特性进行研究。本文根据叶素理论,以梯形翼作为三维水翼模型的代表,建立了梯形振荡翼的水动力学模型和运动方程。对该模型采用三维非结构网格和动网格技术进行数值模拟,着重探讨梯形比对其运动状态和能量转化效率的影响。结果表明:采用动网格模拟三维梯形振荡水翼的水动力学特性,得到的水翼运动状态与二维的相同;振荡水翼的诱导阻力会改变其稳定振荡频率和升沉运动幅值,直接影响了系统的能量采集效率;随着梯形比的降低,系统的能量转化效率先上升后降低,在梯形比为0.5时最大。本文的研究成果将有助于完善振荡水翼的结构设计方法。     

弱酸H-Na离子交换系统在蒸汽锅炉水处理中的应用

根据弱酸H型及Na型离子交换树脂的交换特性，结合水源水质的特点，选用弱酸H—Na离子交换系统处理蒸汽锅炉用水，具有较好的软化、降碱和部分除盐效果。通过实例说明该系统处理高硬度、高碱度的水，能保证低压锅炉用水水质，具有节约能源等明显的经济效益。     

油田集输系统生产运行参数优化

为实现“接转站—联合站—联合站—首站”四级布站的集输系统更安全、经济运行,以胜利油田某集输系统为研究对象,在工艺流程一定的情况下,考虑水力、热力等约束,建立基于联合站处理效果的集输系统整体运行参数优化模型,并采用随机试验法对模型进行求解。结果表明:在满足外输原油含水率、污水含油量的前提下,与优化前相比,优化后的集输系统节约成本1771元/d、总能耗降低8.3%、集输系统效率提高4%,优化效果显著。研究成果可为油田集输系统的实际生产运行提供理论指导,降低生产能耗。     

土壤水动力学模型在SPAC系统中应用研究进展

从土壤水动力学典型的裸地蒸发模型、蒸发蒸腾量模型、土壤水分入渗模型出发,综述了SPAC系统下国内外现行的植物根系吸水模型、溶质运移模型、农业生态系统模型等研究进展,归纳和讨论了目前土壤水动力学模型在SPAC系统建模中存在的问题与不足。并对该领域的研究方向和应用前景进行了展望：建立准确的数值模型来解决实际问题是蒸发蒸腾量模型未来研究的趋势;入渗模型从点至区域的动态扩展,并结合土壤侵蚀、污染物运移等因素的农业倾向性研究为潜在的重要分支方向;根系吸水模型应更多被用于监测土壤水分动态、设计合理的灌溉制度及干旱预警等体系;利用计算机、遥感等技术手段建立农业生态系统物能循环的机理性模型将为模型的实用性和精度提供有力支撑。     

Modeling the biomass of energy crops:Descriptions,strengths and prospective

The assessment of the biomass of energy crops has garnered widespread interest since renewable bioenergy may become a substantial proportion of the future energy supply, and modeling has been widely used for the simulation of energy crops yields. A literature survey revealed that 23 models have been developed or adapted for simulating the biomass of energy crops, including Miscanthus, switchgrass, maize, poplar, willow, sugarcane, and Eucalyptus camaldulensis. Three categories(radiation model, water-controlled crop model, and integrated model with biochemical and photosynthesis and respiration approaches) were addressed for the selected models according to different principles or approaches used to simulate biomass production processes. EPIC, ALMANAC, APSIM, ISAM, MISCANMOD, MISCANFOR, SILVA, DAYCENT, APEX and SWAT are radiation models based on a radiation use efficiency approach(RUE) with few empirical and statistical parameters. The Aqua Crop model is a typical water-crop model that emphasizes crop water use, the expression of canopy cover, and the separation of evapotranspiration to soil evaporation and plant transpiration to drive crop growth. CANEGRO, 3PG, Crop Syst and DSSAT are integrated models that use photosynthesis and respiration approaches. SECRETS, LPJm L, Agro-BGC, Agro-IBIS, and WIMOVAC/Bio Cro, DNDC, DRAINMOD-GRASS, and Ag TEM are integrated models that use biochemical approaches. Integrated models are mainly mechanistic models or combined with functional models, which are dynamic with spatial and temporal patterns but with complex parameters and large amounts of input data. Energy crop models combined with process-based models, such as EPIC in SWAT and CANEGRO in DSSAT, provide good examples that consider the biophysical, socioeconomic, and environmental responses and address the sustainability and socioeconomic goals for energy crops. The use of models for energy crop productivity is increasing rapidly and encouraging; however, relevant databases, such as climate, land use/land cover, soil, topography, and management databases, arescarce. Model structure and design assumptions, as well as input parameters and observed data, remain a challenge for model development and validation. Thus, a comprehensive framework, which includes a high-quality field database and an uncertainty evaluation system, needs to be established for modeling the biomass of energy crops.