无黏性土增湿-脱湿过程中接触角的特性

[目的]研究粉土颗粒的接触角滞后特性,掌握土壤增湿或脱湿过程中的界面特性,为建立离散元接触模型提供相应的试验基础。[方法]用躺滴法对土颗粒表面的初始接触角及动态接触角进行测量,用直接观测法对增湿和脱湿条件下土颗粒与孔隙水的接触角进行测量。[结果]天然粉土的平均初始接触角为41.5°,远大于0,广泛用在具有连续表面固体动态接触角测量的3种方式仅有1种能测出土颗粒表面的动态接触角,且3种土样的后退接触角都大于0。初始接触角的小大对蒸发(脱湿)过程中土颗粒与孔隙水的接触角变化规律影响不大。同一试样,不同土颗粒与孔隙水间的接触角在脱湿过程中的变化规律并不一致,甚至会出现脱湿过程中接触角由小变大的情况。亲水土与斥水土的增湿模式差异较大,亲水土在增湿过程中先形成液桥再形成包裹土颗粒的液膜,而斥水土则是先在土颗粒表面形成液滴,再由液滴连接成包裹土颗粒的液膜。[结论]土颗粒的接触角存在明显的接触角滞后现象,土颗粒表面的接触角和土颗粒间的接触角并不一致,实际应用时需要严格区分。     

1980-2018年粤港澳大湾区人为干扰度的时空特征

[目的] 研究大湾区人为干扰因素的时空特征,为解决区域经济迅速发展衍生的一系列人地关系问题及可持续发展提供参考。[方法] 基于土地利用数据分析1980—2018年人为干扰时空特征,利用地理探测器分析人为干扰度空间分异的自然与社会驱动因素。[结果] ①湾区用地类型以林地、耕地为主,但城镇用地和其他建设用地在近40 a增长了4.25倍。②近40 a湾区以中度人为干扰为主,但向重度和完全干扰发展;人为干扰总强度在较发达城市高,欠发达城市低;人为干扰平稳度以高度平稳为主,但不平稳区域在2010—2018年迅速扩张。③人为干扰总强度空间分布主要受夜间灯光指数、交通密度、年均温、高程和坡度影响;因子交互作用主要表现为双因子增强和非线性增强;湾区内部城市的人为干扰总强度主要受社会经济因素驱动,外围城市主要受自然环境因素驱动。[结论] 大湾区人为干扰呈扩张与升高趋势,在地形地貌限制下,人为活动强弱驱动干扰度以城市为中心和次中心向外扩展。     

耕地生态安全动态评价及障碍因子诊断——以黄河下游沿黄县区为例

[目的] 对黄河流域下游耕地生态安全进行动态评价,并诊断其人为障碍因子,旨在发现人类不合理行为对下游耕地生态安全造成的危害,为黄河下游生态保护和高质量发展提供现实科学依据。[方法] 以黄河下游沿黄49县区为研究对象,基于PSR模型构建耕地生态安全评价指标体系,运用物元可拓、马尔科夫链模型等方法开展研究。[结果] ①2000—2018年黄河下游沿黄县区耕地生态安全等级整体呈上升趋势,由Ⅳ级提升到Ⅰ级,其中2010年后变化尤为明显; ②2000—2018年各县区耕地生态安全等级由不稳定向稳定过渡,在空间上呈现由东北部高,中西部低向东北—西南部高,中部低转变的特征,且空间差异持续缩小; ③人均耕地面积、人口密度、单位耕地面积化肥使用量是影响黄河下游沿黄县区耕地生态安全等级的主要人为障碍因子。[结论] 研究期内黄河下游沿黄县区耕地生态安全等级总体呈上升趋势,各县区耕地生态安全等级空间差异持续缩小,受人类活动因素影响较大。未来应从壮大新型农业经营主体、实施归雁工程、构建智慧耕地平台三方面促进黄河流域耕地生态安全等级的提高。     

青岛市1990-2011年土地利用/覆被变化研究

基于青岛市1990,2000,2006年LandsatTM影像和2011年‘HJ-1’卫星影像,采用土地利用动态变化模型,分析了青岛市1990-2011年土地利用/覆被变化(LUCC)情况.结果表明,21 a间青岛市土地利用状况变化显著.(1)耕地、草地面积减少,城乡、工矿、居民用地增加,林地面积先减少后增加,水域和未利用土地则呈现先增加后减少的态势;(2)青岛市土地利用程度逐年提高,说明青岛市正处于土地利用发展时期,土地利用集约度将进一步提高;(3)空间上,中部和东部地区变化显著,北部和西南部变化相对较小.土地利用变化类型转换关系复杂,主要向城乡、工矿、居民用地转化.     

阜新煤矿区次生裸坡土壤抗冲性动态变化

为探讨煤矿区次生裸坡的稳定性,采用径流含沙量和土壤抗冲系数分析方法,对阜新孙家湾煤矸石山的6个典型坡面的表层土壤进行了抗冲性试验。结果表明,矿区次生裸坡不同坡向、不同坡位的径流含沙量和土壤抗冲系数存在较大差异,且均存在一定的动态变化规律。在土壤冲刷过程中,初始径流含沙量均较大,之后呈规律性骤减,并逐渐趋于稳定。与对照样地相比,矿区次生裸坡的总径流含沙量虽少,但衰减速度较快,至冲刷第2min后基本趋于稳定。不同样地径流含沙量与时间之间显著服从于幂函数关系土壤抗冲系数的变化是随着冲刷时间的延长呈现出先缓慢后快速增大趋势,且前10min的抗冲系数表现为:矿区次生裸坡>对照样地。不同样地的土壤抗冲系数与时间之间显著服从于指数函数关系。     

玉米根茬抖动升运机构的建模与优化

收获玉米根茬过程中,采用碾压方式脱去裹夹于根系中央的泥土颇为有效,然而将根茬输送至碾辊处的过程中,经常出现下滑、堆叠等不良状况,严重影响了物料的有效升运与碾压脱土,因此根茬的有序升运与整列是实现碾压脱土的前提与关键。该文采用理论与试验相结合的方法对该机构进行优化:首先建立玉米根茬在抖动链条上的动力学模型,并确定根茬稳定升运及跳动的临界条件;然后在理论研究的基础上,借助升运试验平台及高速摄像系统,对根茬的升运及跳动过程实施记录和分析,最后确定了抖动升运机构的最优参数组合,升运链的倾角为23°,驱动轮转速为120r/min,抖动轮顶起高度为22mm。系统在最优参数下的试验结果表明:根茬能够随着抖动链条有序上移,并在链条斜面上小幅跳动,能够有效缓解根茬的堆叠、拥堵状态。     

利用交叉信息熵模拟东北地区水稻种植面积空间分布

作物时空分布变化是农业研究的重要内容。近30a来,东北地区水稻种植面积显著增加,为探讨东北地区水稻时空变化特征,进一步丰富和完善作物空间分布信息获取方法,研究作物空间分布对包括气候变化在内的多种影响因素的响应关系,该研究综合80年代以来的作物面积与产量统计数据、耕地数据、农业灌溉数据以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(spatial production allocation model,SPAM)构建了针对中国作物分布特点的SPAM-China模型,模拟了中国东北地区1980-2008年像元尺度上水稻空间分布信息。结果表明,模拟结果能较好地反映出东北地区水稻主要种植区域,近30a东北地区水稻种植时空变化特征显著,水稻种植区域向北向东扩展,种植重心北移了约1.76个纬度,中北部地区水稻种植面积增加且趋势明显,南部地区变化趋势不显著。     

超声空化气泡动力学仿真及其影响因素分析

为获得最佳的超声空化效果,构建了空化气泡运动的动力学模型,并对模型方程进行数值仿真,探讨了超声频率、声压、空化泡初始半径、反应体系主体温度和绝热指数对空化气泡运动的影响。模拟结果表明,随着超声频率的增加,空化效应减弱;随着声压幅值的增大,空化泡最大振幅增加,崩溃时的最高温度和最大压力先增大后减小;气泡的初始半径较小,并且反应体系温度较低时,空化效果较好;绝热指数取值的不同会导致空化模拟计算结果有所差异,该研究为超声空化技术的广泛应用提供参考。     

黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库动态变化特征

幼苗是植物生活史中一个不可缺失的阶段,对自然植被恢复起着非常重要的作用。为了探索黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库的动态变化特征,选择5种不同侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的15个样地,通过野外定点跟踪调查,运用单因素方差分析法对幼苗物种数、幼苗密度、物种多样性进行了分析。结果表明:(1)不同侵蚀环境下幼苗物种数从阴沟坡到阴峁坡、峁顶、阳峁坡、阳沟坡依次减少,且幼苗物种组成存在差异;生长季内不同月份间幼苗物种数呈现先波动性增大后降低的动态变化趋势,最大值出现在9月初。(2)不同侵蚀环境间幼苗密度差异性显著,阴峁坡最大,阳沟坡最小;不同月份间幼苗密度具有明显的先升后降的动态变化特征,最大值出现在7月初,最小值出现在4月初或11月中旬。(3)不同侵蚀环境间阴坡幼苗物种丰富多样,阳坡幼苗物种较为单一;不同月份间幼苗物种多样性指数和丰富度指数呈现出4—9月份逐渐增大至峰值,10月初和11月中旬稍有降低的趋势。     

异质下垫面显热通量动态变化及对环境因子的响应

利用2010年7月至2011年6月大孔径闪烁仪的观测数据分析了显热通量的变化规律,通过主成分分析和相关性分析,筛选出影响显热通量的主要控制因子,探讨了鹫峰站点复杂下垫面水热通量对环境因子的动态响应.结果表明:(1)鹫峰站点显热通量日变化规律与平坦(或均匀)下垫面相似,即显热通量与天气条件密切相关,具有明显的季节性变化规律.4个典型晴天均有峰值出现,从年初至年末显热通量峰值从中午11:00左右向上午偏移;秋分日显热通量波动最明显,冬至日波动较为平缓;夏至日显热通量值最大,处于波峰期,冬至日显热通量值最小,处于波谷期.(2)土壤温度、土壤含水量、空气温度、下垫面蒸散发、风速、风向以及太阳净辐射是影响显热通量传输的主导因子,且不同典型晴天的主导因子不同.(3)土壤含水量和土壤温度与显热通量具有极显著相关性,受下垫面植被组成复杂,地形起伏大等因素的影响,风向与风速与显热输送也表现出了显著的相关性.研究结果有助于加强对复杂山区显热通量规律的认识.