天山北坡融雪期林地、草地、裸地积雪特性及其影响因素分析

【目的】对比分析天山北坡不同下垫面融雪期积雪特性(积雪深度、积雪密度、液态含水率、雪层温度)及其影响因素。【方法】通过对融雪期林地、草地、裸地积雪特性、气象因子(气温、太阳辐射、空气相对湿度)和土壤因子(土壤含水率、土壤温度)等数据进行实时监测,利用Pearson相关分析方法对比分析气象因子、土壤因子与3种下垫面积雪特性间的相关性。【结果】融雪期林地、草地、裸地平均积雪深度分别为8.06、18.67、16.34 cm;林地积雪层平均积雪密度、平均液态含水率均大于草地和裸地,分别为0.48g/cm3、0.66%;林地平均积雪层温度(-0.032℃)均小于草地、裸地;融雪期裸地积雪深度与太阳辐射显著负相关,相关系数为-0.960;草地积雪密度与太阳辐射显著正相关;裸地积雪密度、液态含水率、积雪层温度与气温极显著正相关;融雪期林地积雪密度与10 cm处的土壤层温度、土壤层含水率显著正相关;草地积雪深度与40、50、60 cm处的土壤层温度极显著负相关,与20、30cm处的土壤含水率显著负相关,草地积雪密度与20、30、40、50、60cm处土壤层温度极显著正相关;裸地积雪深度与10 cm处土壤层温度显著负相关,裸地雪层温度与20、30 cm处的土壤层含水率极显著正相关。【结论】融雪期草地平均积雪深度最大;林地平均积雪层温度最小;林地平均积雪密度、液态含水率均大于草地、裸地;气温、太阳辐射是影响林地、草地、裸地积雪特性的主要气象因子;土壤含水率、土壤温度与林地、草地、裸地积雪深度呈负相关,与积雪密度、液态含水率、雪层温度呈正相关。     

桉树热解产物热物性参数演变特性研究

在自行设计的生物质固定床热解装置上,进行了150~850℃温度范围内,每隔100℃的桉树芯材木屑的固定床热解实验,并进行固态产物的热物性参数测试。结果表明:随着温度的升高,桉树芯材热解炭的固态产率逐渐减小,低位热值逐渐增大,450℃热解炭的热值比木屑原料提高了95.53%;堆积密度先减小后增大,体积能量密度持续增大,750℃热解炭的体积能量密度比原料增大了63.21%;热解炭的比热容和导热系数与热解炭内部的含水率、骨架结构,即孔道开度和密度有密切的关系。随着热解温度的升高,热解炭的比热容呈U字型趋势先减小而后增大,导热系数先轻微减小后以指数形式大幅增大,得到比热容和导热系数随温度的变化曲线方程,拟合度分别为0.932 0和0.995 3。     

冷冻-复温过程中葡萄细胞结晶变化研究

利用低温显微镜系统对葡萄进行了冷冻-复温实验,研究了葡萄细胞在冷冻-复温过程的结晶变化。通过分析冷冻-复温过程的葡萄细胞显微图像、细胞体积、内压、渗透率的变化,发现:葡萄细胞的结冰温度随冷冻速率的增加而降低;葡萄细胞的体积变化总趋势是随温度的降低而减小,但由于细胞内自由水体积的变化,在-5~0℃细胞体积会有所增大。在14℃/min、50℃/min冷冻速率下细胞体积分别减小了54.5%,26.3%。冷冻速率越大,细胞体积变化越小;冷冻过程中葡萄细胞的渗透系数随温度的降低而降低,随冷冻速率的降低而降低。在葡萄细胞的冷冻-复温过程中,提高复温温度能有效减少细胞的破损。     

有无遮蔽条件下季节性积雪分层物理特性对比分析

【目的】融雪径流是干旱内陆河流重要的补给组成。季节性积雪对环境变化极为敏感,研究影响季节性积雪积累与融雪过程的关键因素并进行调控,对变化环境下流域安全与水资源可持续利用具有重要意义。【方法】通过对新疆天山北坡乌鲁木齐河流域试验区2017年11月—2018年2月有无遮蔽条件下(林冠下、开阔地)季节性积雪层分层物理特性进行观测,分析季节性积雪层分层物理特性差异特征。【结果】①观测期开阔地气温略高于林冠下气温,而林冠下相对湿度高于开阔地;②林冠下积雪平均深度小于开阔地,分层积雪中深霜层与粗粒雪层深度比例较大;③林冠下与开阔地分层积雪密度垂直廓线变化特征基本一致,雪层密度从新雪层向下逐渐增大,至粗雪层(开阔地)与中粒雪层(林冠下)达峰值;④林冠下与开阔地分层雪温和分层液态含水率均自新雪层至深霜层呈上升趋势;⑤林冠下与开阔地雪水当量变化趋势基本一致,且开阔地雪水当量值明显大于林冠下。【结论】雪表温度是显著影响林冠下及开阔地积雪液态含水率的因素。     

基于CT扫描技术的黏土导热系数试验研究

针对土体细观的孔隙结构分布特征对导热系数的影响,基于分形理论,利用CT扫描和图像处理技术,对5种干密度重塑黏土试样的孔隙参数进行定量分析。结果表明:干密度从1.4g/cm3增大到1.6g/cm~3的过程中,孔径d1mm的试样,其孔隙的数量及孔隙度呈减小趋势,而孔径在0.22mm～1mm内的孔隙数量增多;利用分形理论对扫描图像进行分析,发现二维横截面内土体的分布分维数D呈逐渐增大趋势,由此推断:一部分较大孔径的孔隙随着土体干密度增大转换成较小孔径的孔隙,且土颗粒间的距离逐渐减小;将实际测定的导热系数λ与颗粒分布分维数D进行非线性拟合,拟合方程显示λ随颗粒分布分维数D增大而增大,相关系数达0.97,因此颗粒分布分维数D可作为描述黏土导热系数的新指标。     

多温冷藏车降温特性及其影响参数研究

基于多温区冷藏车厢结构特点,考虑车外综合温度、车辆行驶速度、车厢密封性、冷冻与冷藏区的空气流动规律等因素,建立了多温冷藏车厢内各温区的降温数学模型,并对所建数学模型进行了相应的试验验证,进而分析了多温冷藏车降温性能的影响因素.研究结果发现:制冷降温过程中,冷藏车厢两温区温度均随时间呈指数规律下降;制冷机组制冷量变小、冷藏车厢内货物呼吸热增大、车速升高或者车厢体隔热材料导热系数变大时,两温区降温所需时间均延长;当两温区之间的电动风扇风速或出风口面积增大时,冷冻车厢内降温所需时间延长,而冷藏车厢降温所需时间缩短;当两车厢总体积不变,冷冻车厢体积增大、冷藏车厢体积变小时,冷冻车厢降温所需时间延长,而冷藏车厢降温所需时间基本保持不变;当两温区隔热板厚度发生变化时,两温区降温特性基本保持不变.     

CAP1400核主泵空化特性数值研究

针对CAP1400核主泵事故下的空化问题,在对核主泵进行水力设计及三维造型的基础上,采用CFD技术对核主泵的空化问题进行定常数值模拟,并分析了正常工况、空化初生、临界空化、严重空化和断裂空化等5个阶段核主泵叶片背面气相体积分数、叶片间气相体积分数及叶片间介质温度的分布特性.计算结果表明:核主泵空化首先发生于叶片背面靠近前盖板一侧并向叶片工作面、后盖板方向发展;临界空化与严重空化阶段气相体积分数在叶轮流道相对位置S=0.35~0.45时增长趋势相同,S=0.45~0.50时相对平缓;叶片间由于相变导致的两相之间的热传导在两相界面附近的液相中形成温度梯度,空泡内气相介质的温度低于附近液相介质的温度,两者温差随空化的发展而增大.     

冻干过程扇贝贝柱物性参数的确定及实验研究

通过实验确定了扇贝贝柱的共晶点(-10℃)、共熔点(-8℃)及冻干过程容许的最高温度(42℃),并结合经验计算公式确定了扇贝贝柱在干湿状态下的密度(117.0kg/m3,575.5 kg/m3)、比热容(2.0044kJ/(kg·K),1.5854 kJ/(kg·K) )和导热系数等物性参数值,得出了冻干贝柱在冻干过程中导热系数与压力之间的关系,以及物品在冻干状态下的孔隙率(0.5),其方法和结论能为同类问题的研究提供参考.     

麦秸与木屑热解制备磁性生物炭基材料理化性质研究

分别以小麦秸秆和杨树木屑为原料,经浸渍-化学沉淀-高温热解制备磁性生物炭基复合材料,考察负载铁处理在不同原料类型、热解温度下对材料理化特性的影响。结果表明:复合材料中铁主要以Fe3O4的形式存在,材料外层含量较内层高。负载铁处理加速了生物质热解脱氢和脱氧进程,对生物炭理化特性的影响效应随温度升高而加剧。在300~600℃的热解温度下,负载铁处理小麦秸秆和木屑热解炭的灰分质量分数均增加,增加范围分别为28.8~34.4个百分点,39.1~47.6个百分点,而固定碳含量、热值均降低;比表面积、总孔容均增大,增大范围分别为:10.67~72.24 m2/g、0.039 8~0.093 1 cm3/g,15.43~105.14 m2/g、0.010 4~0.078 9 cm3/g,而平均孔径减小。负载铁处理对两种生物质挥发分含量和pH值的影响不同,表现为:负载铁秸秆生物炭的挥发分质量分数增加5.2~13.2个百分点,pH值降低0.04~1.49,而负载铁木屑生物炭的挥发分质量分数在300℃降低17.4个百分点,在400~600℃增加8.5~22.2个百分点,pH值则升高0.33~1.93。     

冷冻-复温过程中葡萄相变过程研究

为研究葡萄在冷冻-复温过程的相变过程变化,利用差示扫描量热仪DSC系统对葡萄果肉进行冷冻-复温实验。通过改变葡萄试样冷冻-复温过程的速率、次数、时间间隔、速率梯度以及通过最大冰晶生成带的速率等实验条件,分析实验过程中的热流曲线,对比冷冻-复温过程中的相变潜热、相变结束点、相变开始点以及相变峰值等参数变化,得到不同条件下冷冻-复温过程对葡萄试样的影响规律。研究发现:冷冻过程中速率越大对应的结冰点温度越低,时间越短。增加复温速率梯度能有效提高冰晶融化相变过程的潜热、峰点温度和结束点温度。复温速率由2℃/min变化到20℃/min过程中相变潜热增加了1.79倍,相变峰点温度增加了0.94倍,相变结束点温度增加了5.07倍。该研究对果蔬冷冻-复温过程后的品质恢复提供了依据。     

微咸水水质对压砂地土壤入渗性能的影响

为研究土壤容重以及供水水质对土壤水分垂直入渗性能的影响,以香山地区不同容重(1.35、1.45 g/cm^3)的土壤为研究对象,通过室内土柱一维垂直入渗试验,选择供水水质为影响因子,设置4种不同电导率的供水水质(0、2.5、5.0、7.5 mS/cm)对土壤入渗时间、入渗率,盐分分布特征以及含水率分布特征进行研究,并用Philip、Kostiakov和通用经验模型来模拟土壤水分入渗过程。结果表明:微咸水入渗可以增大两种土壤的入渗性能,对土壤容重为1.35 g/cm^3的土壤影响更为明显,利用Kostiakov入渗方程能更好地拟合不同容重的土壤水分的入渗过程,且模型对土壤容重为1.45 g/cm^3的土壤入渗过程的拟合精度更高。土壤含水率与盐分再分布的过程中,在土壤上层,电导率为0 mS/cm入渗条件下,两种容重土壤的土层的含盐量均小于土壤初始含盐量,说明其在不同程度上可以淋洗盐分,在供水水质电导率为2.5、5.0、7.5 mS/cm条件下,两种容重土壤的土柱剖面均出现明显积盐的情况;在4种供水水质的入渗条件下,在土壤上层,两种容重的土壤含水率均出现急剧下降的趋势,这是由于随着电导率的增加,土壤的导水性能随之增加,但是在同一深度,土壤容重为1.35 g/cm^3的土壤含水率略高于压砂地土壤容重为1.45 g/cm^3的土壤含水率,这是由于在一定的范围内,随着土壤容重的增加导致土壤孔隙率的减小,水分的运动过程受到阻碍,进而影响到土壤的含水率。     

不同密度砒砂岩风化物坡面水蚀机理试验研究

为研究砒砂岩风化物坡面水蚀机理,以期对鄂尔多斯水土流失治理提供数据参考,采用降雨模拟系统进行不同雨强、不同密度下降雨侵蚀试验,用直剪仪测得密度为1.7 g/cm³砒砂岩风化物的黏聚力和内摩擦角,揭示了各密度坡面入渗产流及侵蚀特点的成因.结果表明:密度为1.7 g/cm³的坡面稳渗率随雨强的增大而增大;对于1.5 g/cm³的坡面侵蚀量对入渗速率的敏感率最高,1.6 g/cm³的坡面侵蚀量对累积入渗深度的敏感率最高,而1.7 g/cm³的坡面侵蚀量对产流量的敏感率最高;抗剪强度和侵蚀量的时程曲线呈负相关并有一定的对应性.从直剪试验和敏感度分析的角度均表明造成1.7 g/cm³坡面侵蚀的主因是水流冲刷.     

不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究

积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明:积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。     

保护地栽培条件下灌水方法对土壤温度的影响

对塑料大棚内渗灌、滴灌和沟灌条件下土壤温度的变化规律进行研究,结果表明,在早春和秋冬低温期,保护地内采用渗灌、滴灌可以比沟灌更能保持较高的土温,灌水方法对上层土壤温度的影响大于对深层土壤温度的影响。不同灌水方法对0~30 cm土层平均温度的影响差异极显著,其中渗灌比沟灌高1.79℃,滴灌比沟灌高2.70℃。灌水后1 d内保护地0~20 cm土层温度的日变化规律是:10:00~18:00各层土壤温度为渗灌和滴灌高于沟灌,而06:00~08:00和18:00~22:00沟灌高于滴灌和渗灌;这种变化趋势以5~15 cm土层最明显,该层土壤温度日较差以渗灌为最大,其次是滴灌,而以沟灌最小,且温度最大值出现时间依次延后2 h左右。20 cm及其以下层次3种灌水方式土壤温度的日变化平缓,而且不同处理之间温度差异也逐渐减小。     

农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应和模拟研究

为探究西北干旱地区农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应以及层状土壤中水分溶质运移和作物生长耦合模型(Layered soil water-solute transport and crop growth model,LAWSTAC)的适用性,设置3种水分处理W100、W70、W40,分别表示灌溉需水量的100%、70%和40%,于2018年在农业农村部作物高效用水武威科学观测实验站进行了大田试验。结果表明:在制种玉米生长苗期,单次灌水后,浅层(0~20 cm)土壤含盐量降低;经全生育期灌溉后,灌水量越大,浅层脱盐和深层积盐现象越明显。3种水分处理下灌水量越多的处理,制种玉米叶面积指数(LAI)和最终地上生物量越高,作物长势越好。LAWSTAC模型能较好地模拟农田水盐运移和制种玉米的生长过程;各处理LAI模拟值与实测值之间的决定系数R^2均为0.99,RMSE为0.20~0.87 cm^2/cm^2;各处理地上生物量的模拟值与实测值的R^2均为0.99,RMSE为1.62~3.57 t/hm^2,说明LAWSTAC模型可以较为准确地模拟制种玉米LAI、地上生物量的动态变化。0~80 cm土层贮水量的模拟结果表明,各处理R^2为0.41~0.61,RMSE为12~21 mm;0~80 cm土壤盐分质量浓度的模拟结果表明,各处理R^2为0.53~0.60,RMSE为1.37~2.56 g/L,效果较好。因此,LAWSTAC模型可为当地复杂土壤条件的农田进行生产力的初步预测与评估。     

宁夏黄灌区灌淤土水力参数研究

对宁夏黄灌区灌淤土水力参数进行了较为系统的研究.研究结果表明,原状土与扰动土饱和导水率变化范围分别为10～100 cm/d和3～50 cm/d.原状土饱和导水率随土壤剖面变化规律与扰动土一致:随着土壤深度的增加,饱和导水率呈现高低往复变化.原状土和扰动土的饱和导水率受粘粒含量、密度、孔隙度影响较大,受有机质含量影响较小...     

和田河流域山区积雪覆盖时空变化规律研究

利用2007-2017年MOD10A2积雪产品数据与数字高程、气象数据结合,分析地形、气象因素对新疆和田河流域山区积雪覆盖的影响。结果表明:积雪覆盖率时空变化受高程影响,在海拔3500 m以下区域,年内变化逐渐呈现出由“U”型向“V”型的过渡。海拔3500~5500 m的中高区域,积雪年内变化呈现“消融-积雪-消融-积雪”的二次过程;从不同坡度带积雪覆盖率差异较为明显,其中12.4°~19.5°带的平均积雪覆盖率为68.68%,0°~5.3°带的积雪覆盖率最高仅为28.01%;不同坡向带的积雪覆盖率最大为东坡带,近11 a平均积雪覆盖率为60%。积雪覆盖率随坡度、坡向及高程变化趋势相仿;受年内气象条件变化影响,年内最大积雪覆盖率常出现在2月和3月,且最大为76.9%。和田河流域积雪覆盖率与气温变化紧密相关。     

内蒙古河套灌区不同灌溉模式对土壤温度及盐分的影响

针对内蒙古河套灌区井渠结合膜下滴灌这一灌排发展趋势,分别选取了黄灌(H)、井灌(J)、滴灌(D)3种灌溉模式,研究了土壤温度时空变化规律和生育期盐分平衡状况。结果表明:玉米生育期内不同灌溉模式膜内膜外土壤温度月季下降明显,且膜内外土壤温度差异随着时间的推移越来越小;玉米需水旺季(6、7月)膜内5cm土壤日温度受灌水影响程度依次是滴灌井灌黄灌,平均温度黄灌较井灌高0.47℃,较滴灌高1.18℃;自6月下旬开始膜内5cm 10日平均土壤温度黄灌始终高于井灌0.35~1.53℃,滴灌基本小于井灌;30日平均温度黄灌较井灌温度始终高0.34~1.02℃,较滴灌高1.12~1.98℃。生育期黄灌、井灌、滴灌0~100、0~60cm土壤均积盐,膜外积盐率0~60cm远大于0~100cm。若地面灌溉一年一洗盐,滴灌0~100cm盐分累积至井灌土壤盐分水平需2年一次秋浇洗盐。