季节性冻土区土体冻融过程及其对水热因子的响应

利用内蒙古赛罕乌拉森林生态系统国家野外观测研究站试验地的森林小气候观测塔,根据2015—2016年冻融期野外观测的气温、降水量、土壤温度和水分数据,对该区季节性冻土的冻融过程和特点进行分析,研究土壤冻结和解冻过程中各土壤层的垂直温度和水分的变化,以及对气温和降水量的响应。结果表明:①季节性冻土的土壤温度随着土层深度增加,土壤冻结和融化滞后天数也会增加,同时与气温的相关性也逐渐减小;②季节性冻土解冻的速度要快于冻结的速度;③在进入解冻期前,3月中旬到5月中旬,各层土壤温度始终保持在-1～1℃之间,不随气温波动;④降水量并不大的解冻期,土壤未冻水含量会迅速增加,说明冻融过程确实能够保存土壤水分,这将有利于植被应对春季干旱。     

限额配水条件下水资源优化调配耦合模型研究——以阿瓦提县为例

该文建立了-种基于水盐平衡模型(子模型)和作物优化配水模型(子模型)的干旱灌区水资源优化调配耦合模型,通过地下水开采量实现了子模型的耦合,利用VBA编制了耦合模型的计算程序.将该模型应用干阿瓦提灌区,得出水资源联合调配方案,并得到相应的盐平衡结果.     

温室生物质发酵酿热的碳氮水耦合调控效应研究

最大限度利用可再生能源并减少调控成本,是温室生物质发酵高效酿热产能的基础,也是温室生产可持续发展的核心。以麦秸为原料,牛粪为辅料,以初始物料容重(Bulk Density, BD)、碳氮比(Carbon Nitrogen Ratio, C/N)和含水率(Moisture Content, MC)为研究因素,利用响应面法研究因素间交互作用的优势。试验为三因素五水平设计,设置23个处理,以升温速率、产热速率、热能转化率和总有机碳降解率为发酵评价目标,基于TOPSIS法建立综合评价体系,用熵权法合理确定各指标权重,构建了多因素耦合下生物质发酵酿热的响应模型,解析了碳氮水多因素耦合对生物质发酵酿热的综合作用规律。结果表明,单因素效应中综合评分与C/N值呈近线性关系,与BD和MC值均呈凸型二次曲线关系;BD、MC和C/N协同影响综合酿热效果评价值。当BD、C/N和MC分别为0.05～0.07 g·cm^-3,38.30～38.40,52.94%～59.83%时,综合评价值存在最优区间,将所得发酵因素综合调控下的最优方案应用于冬季延安地区的温室采暖,可使该地区大跨度非对称塑料温...     

基于水热耦合平衡的长江源实际蒸散变化研究

采用1960~2012年长江源地区8个气象站的气象数据和直门达站的径流数据,基于流域水热耦合平衡方程计算了长江源区实际蒸散(ET),采用云模型、Mann-Kendall检验、Pettitt检验和Sen趋势度等方法分析了ET的时空变化特征,并通过敏感性分析确定了影响ET的主要气候因子。结果表明:1)1960~2012年长江源区多年平均ET为277.6mm/a,呈显著上升趋势(99%置信度),上升速率为6.27mm/10a,并在1997年发生突变(99%置信度)。2)年均ET从西北向东南递增,且上升速率从西北向东南递减。熵值En和超熵He分别呈西高东低和西北高东南低的分布规律。ET均值大的区域年ET随时间变化较为均匀且稳定性较强。3)源区年ET变化对降水最为敏感,其后依次是相对湿度、日照时数、最高气温、风速、最低气温和平均气温。降水量上升对ET的增加起主要贡献作用,其次是气温与日照时数的上升和相对湿度的下降。     

基于耦合模型的陕西省农业生态环境与经济协调发展研究

为研究区域农业生态环境与农业经济间的协调发展,构建农业生态环境与农业经济系统的综合评价指标体系,在两个子系统综合评价的基础上,建立二者之间的耦合模型,对2008年陕西省各市农业生态环境与农业经济之间的协调发展现状进行相关研究。结果表明：陕西省各市农业生态环境系统与农业经济系统间的耦合程度均较高,但其协调程度较低,全省无...     

基于突变级数模型的北京旅游产业与基础设施协调研究

运用突变级数模型,对北京市旅游产业系统和城市基础设施系统的发展水平进行了评价;借助耦合模型,分析了旅游产业系统与城市基础设施系统发展之间的耦合协调关系。结果发现:北京市旅游产业发展水平从波动状态向稳定状态转变,基础设施发展水平从快速上升向缓慢上升转变;北京市旅游产业和基础设施耦合度的时序变动表现出明显的阶段性和波动性,并且可以分为2001~2004耦合协调关系的波动阶段和2005~2011年耦合协调关系的缓慢上升阶段;耦合协调关系实现了从2001~2005年失调阶段到2006~2010年协调阶段的转变;突变级数理论在研究城市旅游产业与基础设施耦合协调关系等方面具有一定的适用性,在旅游产业相关评价中具有一定的应用潜力。     

基于网式过滤器滤网过滤两种模型的流场模拟分析

为探究滤网模型对网式过滤器流场的影响,对翻板网式过滤器采用CFD软件模拟计算不同过滤流速下两种不同形式滤网模型,将两种滤网模型的模拟值与试验值进行对比,并对滤网内部流场和压强场进行分析。结果表明：多孔阶跃模型具有计算耗时少、效率高的特点,多孔阶跃模型在模拟的耗时数值上约为三维滤网简化模型的1/6;多孔阶跃模型和三维滤网简化模型的流场和压强沿x轴都呈现逐渐减小的变化趋势;分析多孔介质交界面流速和压强的模拟数值,发现三维滤网简化模型能较好地模拟出多孔介质网孔结构阻挡作用和微观孔道的流动规律;三维滤网简化模型可以较好地还原介质结构参数对水头损失的影响而多孔阶跃模型能较好地还原介质过流量与水头损失的关系。研究可为实际工程中综合考虑介质特性选取高精度、高效率模型提供参考。     

黄河流域数字基础设施、经济发展韧性与生态环境保护的耦合协调发展分析——基于三元系统耦合协调模型

数字基础设施作为增强经济发展韧性和促进生态环境保护的新动能,将数字基础设施、经济发展韧性与生态环境保护作为一个耦合协同的开放性系统,是推动黄河流域高质量发展的关键路径。基于三元系统耦合协调模型,构建了黄河流域数字基础设施—经济发展韧性—生态环境保护耦合协调综合评价指标体系,利用纵横向拉开档次法、耦合协调模型、Kernel密度估计、局域Moran’s I指数和引力模型对黄河流域三元系统的耦合协调度进行测度分析。结果表明：2013-2021年黄河流域沿线地区数字基础设施、经济韧性发展与生态环境保护整体发展向好,其二元系统耦合协调度存在明显的空间异质性和“锁定”效应,三元系统耦合协调度呈稳定上升态势,但上下游间耦合协调的空间关联程度较弱,空间联系强度呈多核心集聚的态势,且辐射能力随着地理距离逐渐衰减。     

水、肥、气耦合滴灌对温室番茄生长和品质的影响

以温室番茄为对象,采用地下滴灌的供水方式,设置施氮量(低氮和常氮)、掺气处理(非曝气和循环曝气)和灌水量(低水量和高水量)3因素2水平随机区组试验,研究水、肥、气耦合滴灌对温室番茄生长与品质的影响。结果表明:循环曝气、高水量和常氮处理可有效促进番茄生长,表现为叶绿素含量增加和净光合速率增强,番茄地上部鲜重、产量提高和品质提升。其中株高和叶绿素含量曝气处理较非曝气处理平均增加9.81%和8.63%(P<0.05),高水量处理较低水量处理平均增加18.14%和11.44%(P<0.05),常氮处理较低氮处理平均增加6.58%和8.20%(P<0.05)。就地上部鲜重和产量而言,曝气处理较非曝气处理平均提高14.93%和22.91%(P<0.05),高水量处理较低水量处理平均提高27.10%和41.19%(P<0.05),常氮处理较低氮处理平均提高24.89%和40.87%(P<0.05)。株高、叶绿素含量、净光合速率与产量均呈极显著正相关(P<0.01)。可溶性固形物、Vc含量、可溶性蛋白质含量,曝气处理较非曝气处理平均提高16.73%、12.13...     

基于HYDRUS模型低温水入渗下土壤水热运移模拟

为了深入研究高坝大库低温水下泄对河(渠)两岸土壤水分、温度动态变化的影响机理,构建了低温水入渗土壤水热运移的数学模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,并对土壤水热运移数学模型进行参数率定与模型验证的基础上,模拟分析了不同水头低温水入渗条件下土壤水分、温度动态变化规律。经过试验验证,总体的模拟与实测温度和水分的均方根误差RMSE分别为1.074和0.01,模拟结果和实测数据均吻合较好。模拟结果表明,水头变化对土壤温度场和水分场的分布均会产生较大的影响;当模拟达到相对稳态后,土壤平均温度从上到下逐渐降低,土壤中的温度场分布较为均匀;当入渗水温相同时,随着水头增加,土壤内部平均温度降低,土壤深层低温区域逐渐扩大,温度梯度增加;土壤的深层含水率较高,达到饱和状态,含水率分布从上到下逐步增加;随着水头增加,土壤深层饱和区域逐渐扩大,并逐渐向土壤表层区域扩展。该研究揭示了不同水头下低温水入渗对土壤内部温度场、水分场影响分布的一般规律,对进一步改善水库下游河岸带生态环境,丰富土壤水动力学基本理论有着重要的理论意义和实际价值。     

干旱区土壤蒸发及水热耦合运移模式研究

干旱地区土壤蒸发模拟及水热耦合运移研究,对干旱地区水资源利用、陆面过程及气候模式研究具有重要意义.通过对土壤蒸发与内部水分传输机理的深入了解,推导出土壤水热传输与土壤蒸发模式.为了比较模式模拟结果,利用本模式对CoLM陆面过程模式进行改进,并采用黑河沙漠站观测资料,对模式改进前后土壤蒸发与土壤温度和湿度模拟结果进行了对比.结果表明:改进后模式能够更好地模拟土壤温度与土壤蒸发,干旱条件下应考虑水汽对土壤水分与温度传输的影响.     

积雪覆盖下的季节性冻土对融雪水出流的影响

以天山北坡军塘湖流域为研究区,利用2012-2013年融雪期实测逐日积雪、冻土数据,分析季节性冻土的水热状体对融雪水出流的影响.结果表明:①2012年融雪期30 cm以上季节性冻土的冻融变化经历了稳定冻结期、冻融交替变化期、无冻期3个阶段,其中10 cm季节性冻土稳定冻结期、无冻期分别占融雪期50％和40％.②以2012年、2013年融雪期起始积雪厚度分别为18 cm和30 cm为例,有季节性冻土存在条件下融雪水出流时间比没有季节性冻土存在提前2d.③不同深度土壤日积温与融雪水出流量均呈负相关,且土壤剖面10 cm以上负相关性最大(R2=0.825).④季节性冻土延缓了土壤液态水含量的增加速度,使融雪水最大出流提前到来.     

黄河源区不同降雪年土壤冻融过程及其水热分布对比分析

利用黄河源区鄂陵湖西侧野外观测站一个多雪年和一个少雪年的数据,对多雪年和少雪年土壤冻融过程及水热分布进行了对比分析。结果表明:黄河源区多雪年积雪集中时段1—3月气温明显偏低,分别比少雪年低3.04℃、3.15℃、3.58℃。多雪年1—3月地气间热交换明显弱于少雪年,且多雪年土壤由热源转为热汇的时间晚于少雪年。多雪年1月土壤净输出的热量少于少雪年1月,多雪年2—3月土壤净输出的热量多于少雪年2—3月,导致多雪年1月土壤温度高于少雪年各土层,而2—3月土壤温度明显低于少雪年,且多雪年1—3月土壤升温速度慢于少雪年,使得多雪年5~40 cm各土层土壤消融初日比少雪年分别晚24 d、23 d、11 d和12 d,从而导致多雪年土壤湿度增加晚于少雪年。     

河北省冻土气候变化初探

本文利用河北省1961—2000年68个站点地面气象观测记录中的冻土资料,通过对河北省地面冻结日期、解冻日期、冻结日数及平均最大冻土深度的时空分布特征进行分析,以此来解释冻土对气候变化的响应。结果发现:近40a来,地面冻结日期呈现略微推迟的态势;地面解冻日期呈明显提前的趋势;地面冻结日数相应减少;累年平均最大冻土深度由北到南逐渐减小;全省历年平均最大冻土深度变化呈减小趋势,各分区的变化趋势与全省的变化趋势基本相同,冀北高原区变化幅度最大。     

天山北坡融雪期季节性冻土融化过程分析

利用军塘湖河流域典型试验场2013年11月至2014年3月整个冻结融化期野外观测的季节性冻土温度和水分数据,对融雪期该地区季节性冻土的融化过程和特点进行了分析,研究了融雪期土壤在融化过程中各土壤层的时间与垂直温度和水分的变化,并探讨了融雪期季节性冻土的水文效应。结果表明:1季节性冻土的融化过程可以分为融雪前期、融雪中期和融雪后期3个阶段;2融雪期季节性冻土的温度呈阶段性变化,随着土壤深度的增加,大气温度对土壤温度的影响越小,且存在明显的滞后性;3土壤的水分含量在融雪中期才有所提升,季节性冻土从上下2个方向融解;4融雪中后期的积雪液态含水率对土壤水热状况的影响显著,整个融雪期积雪密度对土壤水热状况影响较小;5季节性冻土的冻融过程对春季融雪径流有着十分重要的影响。     

土壤冻融温度影响下棉田水盐运移规律

以新疆北部常年膜下滴灌棉田为研究对象,探讨整个冻融过程中温度对土壤水盐运移规律的影响。研究结果表明：气温对土壤温度的影响随着土壤深度的增加而不断减小,滞后时间不断延长,并且气温对冻土的消融速度远远快于冻结速度,上层冻土消融速度快于下层。土壤水分受温度的影响较大,在冻结期,土壤水分从非冻结层向冻结层缓慢运移;在消融期,下层土壤水分在蒸发作用下不断向上运移。通过监测分析得知,温度间接影响盐分运移,在冻结期,土壤水分运移缓慢,土壤盐分运移变化较小;在消融期,土壤水分运移较为活跃,土壤盐分运移变化较大。在温度快速上升的情况下,土壤水分不断上移, 120～150 cm土壤盐分迅速向上扩散,上层土壤盐分不断增加,威胁膜下滴灌棉田可持续种植。     

河套灌区区域土壤水分特征曲线模型的确定与评价

为了研究河套灌区土壤特性参数的空间分布特征,本研究对河套灌区解放闸灌域9种土壤质地、110个土样进行室内土壤水分特征曲线测定,根据实验结果确定土壤水分特征曲线经验模型中的参数。同时分析了各模型参数与土壤物理特性之间的关系,为河套灌区区域土壤特征参数的进一步简化推求及水盐运动模拟提供参考依据。     

鄂尔多斯高原潜水同位素特征及其成因分析

西北干旱半干旱区地下水的补给来源和方式仍没有统一的认识。通过对比鄂尔多斯高原不同水体氢氧稳定同位素特征,发现鄂尔多斯高原潜水的δD、δ~(18)O平均值(-71.75‰,-9.64‰)相对于当地降水均值(-65.00‰,-8.79‰)偏负。通过综合分析区内气候特点、地下水补给方式、潜水位动态等方面因素,认为潜水δD、δ~(18)O偏负现象与干旱地区降水的雨量效应和季节性冻土冻融作用下降水入渗补给地下水过程有关。δD、δ~(18)O值偏负的大降水补给地下水的能力较强,可能使潜水δD、δ~(18)O值偏负;冻土冻融条件下δD、δ~(18)O值偏负的冬季降水有效入渗补给能力较强,是潜水δD、δ~(18)O值偏负的另一可能原因。研究表明,利用氢氧稳定同位素研究干旱半干旱区地下水的补给来源和方式,需要考虑不同降水条件及冻土冻融作用下地下水补给能力的差异及其对地下水同位素组成的影响。     

不同覆盖方式对新疆棉田土壤温度和水分的影响

土壤温度和水分是棉花生长的重要环境因子,通过测定不同覆盖下土壤温度的变化发现,覆膜对土壤的增温效应主要表现在棉花生长前期,5月份不同程度的覆膜可使土壤温度增加0.9～2.3℃,秸秆覆盖土壤温度比无覆盖情况低3.6～6.5℃.土壤温度最大日变幅与深度可拟合成对数函数关系,且两者间有很好的相关性.在整个观测过程中秸秆和地膜覆盖对土壤都有很好的保水作用,窄膜、宽膜、全膜以及秸秆覆盖条件下土壤含水量较之裸露地可分别提高0.15%～5.01%,0.19%～5.26%,1.34%～7.71%和0.47%～4.55%.但是,覆盖秸秆在棉花的生长过程中对株高几乎没有提高作用,而不同面积的覆膜对棉花株高均有显著的促进作用.