风作用甘蔗的动力学仿真模型

针对目前台风作用甘蔗动力学仿真研究中,风作用甘蔗的动力学仿真研究匮乏的问题,对甘蔗进行简化研究,利用测定的几何参数和CREO三维软件建立甘蔗几何模型,测定甘蔗物理力学特性参数,并建立了甘蔗材料模型。同时,建立了流场几何模型和材料模型,采用Hyper Mesh和LS-PrePost软件分别对甘蔗和流场模型进行网格划分,并定义边界条件和流固耦合控制参数;最后,利用LS-DYNA不可压缩流ICFD求解器和强耦合计算方法,考虑大涡模拟湍流模型,实现风与甘蔗的双向流固耦合作用,并对仿真模型精度进行物理验证。结果表明:该仿真模型的构建方法合理,可用于模拟风作用甘蔗的动力学过程,为台风-甘蔗和自然风-作物流固耦合系统动力学仿真建模提供依据。     

Gaussian covariance graph models accounting for correlated marker effects in genome‐wide prediction

Several statistical models used in genome‐wide prediction assume uncorrelated marker allele substitution effects, but it is known that these effects may be correlated. In statistics, graphical models have been identified as a useful tool for covariance estimation in high‐dimensional problems and it is an area that has recently experienced a great expansion. In Gaussian covariance graph models (GCovGM), the joint distribution of a set of random variables is assumed to be Gaussian and the pattern of zeros of the covariance matrix is encoded in terms of an undirected graph G. In this study, methods adapting the theory of GCovGM to genome‐wide prediction were developed (Bayes GCov, Bayes GCov‐KR and Bayes GCov‐H). In simulated data sets, improvements in correlation between phenotypes and predicted breeding values and accuracies of predicted breeding values were found. Our models account for correlation of marker effects and permit to accommodate general structures as opposed to models proposed in previous studies, which consider spatial correlation only. In addition, they allow incorporation of biological information in the prediction process through its use when constructing graph G, and their extension to the multi‐allelic loci case is straightforward.     

“双季稻-冬闲田”生态系统碳交换动态变化及其影响因素

采用涡度相关技术对南方"双季稻-冬闲田"生态系统CO_2通量进行了一年的连续监测,分析了"双季稻-冬闲田"生态系统碳交换[净碳交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)和生态系统总呼吸(Reco)]的动态变化及其影响因子。结果表明:南方"双季稻-冬闲田"生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化,NEE月平均日变化在生长季表现为较明显的"U"型曲线,不同月份"U"型高度不同;NEE季节变化存在明显的两个吸收期(NEE为负)和三个排放期(NEE为正),NEE在早稻和晚稻的生长季有两个明显的碳吸收期,早稻平均值为-0.58 g C·m~(-2)·d~(-1),最大值出现在2015年6月20日,为-1.77 g C·m~(-2)·d~(-1),晚稻平均值为-1.28 g C·m~(-2),最大值出现在2015年9月19日,为-2.23 g C·m~(-2)·d~(-1);冬闲期存在两个碳排放期,平均值为2.68 g C·m~(-2)·d~(-1)。水稻种植期间白天的净碳交换受光合有效辐射的影响显著,夜间的净碳交换受5 cm土壤温度的显著影响,温度低时的冬闲期温度敏感性高于温度高时的双季稻种植期。全年的NEE总和表现为碳排放,达778.4 g C·m~(-2),GPP为1 643.7 g C·m~(-2),Reco为2 425.8 g C·m~(-2)。因此,南方"双季稻-冬闲田"生态系统有可观的固碳减排潜力。     

城市绿地生态系统碳交换动态及其与环境控制因子的关系

随着城市的不断发展,城市绿地面积逐年增加,绿地生态系统潜在的碳汇和碳源功能显得非常重要。2014年1月至2016年1月,基于涡度技术对福州市绿地生态系统进行了碳通量连续两年的定位观测,并探讨了城市绿地生态系统碳交换年际动态特征及其环境调控因子。结果表明,城市绿地生态系统年总生态系统生产力(GEP)、生态系统净生产力(NEP)和生态系统呼吸(R_e)呈现出一致的变化规律,其中生态系统碳交换特征表现为生长季(4月-11月)以吸收CO_2为主,非生长季以释放CO_2为主。城市绿地R_e均与GPP、GEP呈正比关系,并且拟合线性斜率1,受生长季的降水量影响较大。采用指数方程对碳交换和土壤温度(T_a)进行模拟,生态系统日平均净碳交换量(NEE_(day))随T_a的增加呈指数增长模型,T_a可解释80%以上的变异;GEP随着T_a的增加逐渐增加,当T_a达到最高时,并未对GEP产生抑制作用;当气温低于5℃时,城市绿地生态系统以呼吸作用为主导,当气温高于5℃,城市绿地生态系统净吸收大气CO_2为主导。光合有效辐射(PAR)与NEE呈直角双曲线关系,当光补偿点PAR小于350μmol·(m~2·d)~(-1)时,NEE为正值,此时生态系统呼吸大于光合生产;当PAR大于500μmol·(m~2·d)~(-1)时,生态系统呼吸与光合生产持平,其碳吸收量基本达到饱和。生态系统最大光合速率、白天平均生态系统呼吸强度、表观量子效率(α)与温度和PAR的季节变化趋势相一致,均在7月最大和5月最小。相关性分析可知,不同月份NEE残差均与降水量呈负相关关系,与饱和水汽压差(VPD)呈正相关关系。上述研究结果为估算、模拟和预测城市绿地生态系统碳交换提供了基础数据支持和理论基础。     

滩地杨树人工林皆伐后蒸发散与产流变化

[目的]揭示杨树人工林皆伐对滩地蒸发散和产流的影响。[方法]基于涡度相关系统对长江滩地杨树人工林皆伐前后水汽通量连续3年(2010―2012年)的观测数据,通过对比皆伐前、后气候条件相似的2个时段(1整年)的蒸发散,揭示皆伐后研究区蒸发散的变化,并基于水量平衡反推研究区产流的变化。[结果]皆伐后土壤温度和水位上升,土壤表层含水量全年均值减小约0.03;研究区蒸发散皆伐前、后具有相似的日变化规律和季节动态特征,但皆伐后的全年蒸散量仅为皆伐前的66.3%;皆伐后研究区产流率(产流量/降雨量)从皆伐前的0.53上升至0.62;皆伐前、后7、8、12月的干旱指数(潜在蒸发散/降雨量)均大于1,其他时期均小于1。[结论]滩地杨树人工林皆伐后滩地蒸发散减少而产流率增加,加剧夏季干旱的可能性有所降低,但洪水爆发期间削减洪峰的能力也减弱。     

黄土塬区麦田能量平衡特征

以黄土塬区冬小麦田为研究对象,基于涡度相关数据分析麦田能量平衡的日变化、季节变化和能量分配特征及其主控因子。结果表明,长武塬区麦田全年获得的净辐射(Rn)为2.56×103MJ·m-2·a-1,涡度相关系统的能量闭合度达到0.72。冬小麦生育期内,越冬期和灌浆期麦田主要能量支配项为感热通量(H),最大值出现在6月,为7.09 MJ·m~(-2)·d~(-1);其他生育期和休闲期,主要能量支配项为潜热通量(LE),最大值出现在5月,为10.71 MJ·m~(-2)·d~(-1)。波文比(β)在生育期平均值为0.57,休闲期为0.46。土壤热通量(G)年总量为-15.26 MJ·m-2·a-1,日总量最大值出现在6月,为1.85 MJ·m~(-2)·d~(-1),10月至次年1月为负值,表现土壤释放热量。     

高寒草甸非生长季土壤表层水汽传输阻抗的变化特征和水热驱动

土壤表层水汽传输阻抗是估算区域蒸散的关键参数之一,但其与土壤水热参数的数量关系的研究在高寒系统中十分薄弱。利用涡度相关系统观测的2014/2015年度高寒草甸非植被生长季(11月-翌年4月)的土壤蒸发数据,基于Penman-Monteith方程反推得出非生长季土壤表层阻抗的昼(9:00-18:00)变化特征,并研究其与土壤5cm温度和土壤5cm含水量的关系。结果表明,非生长季土壤表层阻抗表现出单峰型日变化特征,其最大值一般出现在15:00前后。逐时土壤表层阻抗与土壤5cm温度呈极显著幂函数阈值关系(R2=0.38,P0.01,N=115),即土壤温度为–4.25℃时土壤表层阻抗最大;与土壤5cm含水量呈极显著指数负相关(R2=0.12,P0.01,N=115)。非生长季逐日土壤表层阻抗的变化无明显季节规律,与土壤5cm温度(R2=0.69,P0.01,N=10)和土壤5cm含水量(R2=0.27,P0.01,N=10)均表现为极显著指数负相关。相关分析表明,非生长季土壤蒸发主要受太阳总辐射(R20.50,P0.01)的控制。研究结果表明土壤温度而非土壤含水量主导着高寒草甸非生长季土壤表层阻抗的变化。     

蜗壳形状对离心泵流动诱导噪声的影响

由于蜗壳对离心泵流动诱导噪声的产生及传播具有重要影响,在原马蹄形断面蜗壳的基础上重新设计了一种矩形断面蜗壳,并将两种断面的蜗壳与同一叶轮组合进行流场数值模拟和声学求解.流动诱导噪声的求解基于Lighthill声类比理论,采用大涡模拟和声学有限元法相结合的混合算法.在原型泵的基础上还分析了采用矩形隔舌和圆角隔舌的扬程、效率和声学性能差异,并对模拟结果进行了试验验证.计算结果表明:矩形断面蜗壳模型泵和马蹄形断面蜗壳模型泵的水力性能近似;2种断面模型泵内流动诱导噪声的主频均为叶片通过频率290 Hz;从内部流场的压力云图、速度矢量分布及方向分析可发现矩形断面蜗壳内的流动状态更佳;相对于马蹄形断面蜗壳,采用矩形断面蜗壳模型泵的声压级平均小5 dB,声学性能更优;相对于矩形隔舌模型,采用圆角隔舌模型泵的水力性能更优,声学性能也较好,声压级平均小4 dB.     

考力代羊生长性状的协方差函数估计

试验旨在模拟考力代羊生长过程中的遗传和表型变异,为其选种提供一定的依据.用1 269只考力代羊的3 332个生长发育记录,配合自变量为年龄的勒让德多项式的随机回归模型(RRM),其中个体加性遗传效应配合5阶,母体永久环境效应配合2~5阶,对数约束最大似然值和信息标准用来检测最佳配合阶数.用平均信息约束最大似然(AIREML)法来估计体重的遗传、环境和表型协方差函数,结果表明,母体永久环境效应配合4阶时,协方差图更符合考力代羊的生长变化情况,涉及的参数也较少,且羔羊在6月龄前后表现出较大的遗传和表型变异.这些结果提示随机回归模型在有限的数据下能够充分描述考力代羊体重在连续时间轴上的增长变化情况.     

海南岛橡胶林生态系统水汽通量及其影响因子研究

以海南岛儋州地区橡胶林为研究对象,基于涡度相关法对橡胶林水汽通量进行长期观测,获得2010年全年橡胶林水汽通量观测数据,分析全年水汽通量变化特征及其影响因子。结果表明：（1）橡胶林全年水汽通量基本为正值,水汽由生态系统进入环境,即橡胶林为水汽源;水汽通量日变化特征为单峰型,在12:00～14:00达到最大值,夜间水汽通量保持平稳,且接近0;白天水汽通量雨季（橡胶林主要生长季）远大于旱季,且变化规律性强;2010年全年总降雨量为1 763.8 mm,蒸散总量为999.6 mm,蒸散量占降雨量的56.67％;雨季8～10月降雨量远大于蒸散量,降水严重剩余;旱季蒸散量接近降雨量的2倍。（2）水汽通量与净辐射呈现正相关,且达到显著水平;雨季相关性最好,5～10月R2为0.760 4,其次是旱季,11～12月R2为0.614 3,1～4月相关性最差（R2为0.290 3）。（3）橡胶林水汽通量与气温呈现正相关,雨季相关性高于旱季。（4）水汽通量与饱和水汽压差正相关,雨季相关性最好,R2为0.362 1。（5）不同月份,影响橡胶林水汽通量的主要环境因子不同,净辐射、饱和水汽压差是水汽循环最主要的驱动力,无论在旱季还是雨季都是影响水汽通量最主要的影响因子。