太阳能干燥装置槽式复合抛物面聚光器热性能分析

直接式太阳能干燥系统在运行过程中,存在物料表面受热易硬化而阻碍其内部水分蒸发的问题,鉴于此,该文设计一种新型槽式复合抛物面聚光集热太阳能干燥系统,其由槽式复合抛物面聚光集热器、物料托盘、风机、空气管、控制系统等组成。利用光学仿真软件对系统中槽式复合抛物面聚光器进行光线追迹,计算分析不同入射偏角对聚光器光学效率、聚光效率等的影响机理。在此基础上,搭建太阳能槽式复合抛物面聚光集热干燥性能测试系统,在实际天气条件下,对聚光集热单元性能展开测试研究。结果表明,当入射光径向偏角为10?时,聚光器理论光学效率可达到70.38%,晴天太阳光正入射运行、空气流速为6.5 m/s时,接收体出口空气温度最高为37.2℃,比径向入射偏角为10?时提高了7.8%;加装玻璃盖板可有效提高聚光器光热转换效率,晴天时其最大转换效率为55%左右,比无玻璃盖板时最大效率提高了约120%。研究结果可为主动式太阳能聚光集热干燥系统的进一步应用提供了参考。     

固定条形镜面太阳能聚光器设计及性能试验

为了提高固定条形镜面太阳能聚光集热器的集热性能,该文介绍了固定条形镜面聚光集热的工作原理,利用矢量分析方法得到了固定条形镜面任一镜元入射角及有效采光面积的计算公式。与此同时,建立了固定条形镜面反射聚光器的腔体式玻璃-金属真空管吸收器三维模型,利用蒙特卡洛光线追迹模拟不同偏转角情况下的聚光吸收器面上能流分布特征、光学效率、光学损失及能流分布。结果表明,镜面反射率和吸收器吸收率分别为0.92、0.9时,聚光系统在太阳光线偏转0~40°角范围内光线吸收率为74.08%~98%、光学效率为56.97%~73.65%。此外试验研究了梯形槽吸收器和腔体式玻璃-金属真空管吸收器在不同偏转角及不同集热温度的热性能。在环境温度和辐射相对较低情况下,腔体式玻璃-金属真空管吸收器的热效率比梯形槽吸收器热效率高2%~3%;流体出口温度由76.7℃升至99.6℃时,腔体式玻璃-金属真空管吸收器效率由46.93%降至39.98%。     

果树施药仿形喷雾神经网络模型及其应用

在试验的基础上,建立了反映果树施药仿形喷雾过程参量与分布质量系数之间映射关系的BP神经网络模型,在建模中运用了正交试验设计、交叉评价网络训练法、样本标准化处理和主元分析等技术,对网络结构及其参数进行了优选。结果显示,网络模型输出同试验结果相关系数R达到0.99,表明具有广泛的适应性。同时,该网络可以实现各种定量分析计算,例如：预测在特定过程参量下的分布质量系数,或者根据指定的效果目标,确定合适的喷雾参量等。     

横跨中国崇明岛河岸湿地缓冲区土壤中溶解性有机碳的空间分布及其荧光特征

The migration of soil dissolved organic carbon(DOC) from terrestrial to aquatic environments has important impacts on the adjacent water quality and the transport of organic and inorganic contaminants.However,few studies have investigated the sources and properties of DOC in riparian zones.A total of 34 soil samples were collected across four riparian buffer zones(Zones A-D) on Chongming Island,China.The vertical distributions of soil organic carbon(SOC) and DOC,fluorescence excitation-emission matrix(EEM) spectra of DOC and the optical indices,including fluorescence index(FI),index of recent autochthonous contribution(BIX),and humification index(HIX),were measured across the riparian environment to investigate the sources and fluorescence properties of DOC.The results showed that SOC stored in the surface soil(0-30 cm) accounted for 40%of the total soil profile SOC.The DOC accumulated in Zones A-C,which accounted for 5%of the SOC.The fluorescence EEM spectra of DOC showed that DOC contained humic-like and protein-like substances,which were mainly derived from recent plant debris by microbes.A large amount of humic-like substances were sorbed to minerals in the surface soil(0-30 cm).In addition,the riparian topography and soil physico-chemical properties(pH,EC and moisture) dictated the transformation and transport of DOC.The results suggested that EEMs could reveal the source of DOC in riparian soil systems,and that optical indices were complementary tools that revealed the characteristics of soil DOC and provided supplemental evidence about DOC sources.     

岷江上游典型流域叶面积指数的遥感模型及反演

叶面积指数是植被定量遥感的重要参数,区域的时序列叶面积指数揭示了区域生态的演化过程,反演方法上主要是通过植被指数建立相关模型实现的,对于不同地区或不同气候带而言,模型的通用性以及各种植被指数在模型中的灵敏度都需做进一步探讨。以岷江上游典型流域毛儿盖地区为研究区,综合利用Aster和ETM遥感数据、地面实测数据和常规观测数据等资料,研究了植被指数与叶面积指数之间的相关性,以遥感图像中单个像元作为测算单位,对岷江上游毛儿盖地区叶面积指数进行了反演。利用研究区实测数据、生态环境本底遥感调查数据和水文气象数据,对上述模型反演结果进行验证和精度分析。结果表明,归一化植被指数NDVI在反演叶面积指数模型中具有较高的灵敏度,能较真实地反映研究区叶面积指数实际状况。     

冬小麦再生水灌溉时水分与氮素利用效率的研究

农田水氮利用效率的研究可为农田灌溉和施肥提供相应的科学依据。该文用田间实验研究再生水灌溉条件下冬小麦水分与氮素的利用效率。田间试验设置了高、中、低3个不同灌水水平下的清水灌溉加施肥、再生水灌溉加施肥和再生水灌溉不施肥(仅施底肥)9个处理，试验结果表明：灌水量、灌溉水质、施肥量对冬小麦株高的影响很小；叶面积指数随灌水量的减少而减小；再生水灌溉加施肥条件下的产量最高。不同灌溉水量条件下，冬小麦再生水灌溉的耗水规律与清水灌溉的耗水规律十分接近，且累积耗水量随灌溉水量的增大而增加；水分利用效率与灌溉水质和施肥无关，仅与灌水量有关，且随灌溉水量的增加而减少。氮的利用效率受灌水量、灌溉水质、施肥量的影响较小。     

基于STME模型和MODIS数据的滹滏平原实际蒸散量遥感估算

滹滏平原光、热及土壤资源优越,是华北平原重要的粮食生产基地,灌溉是该区农业获得稳产高产的重要保障,持续抽取地下水和无节制利用地表水已经引起了严重的水资源危机,合理高效利用有限水资源进行农业生产势在必行。本文利用单源梯形遥感蒸散发模型(a single-source trapezoid model for evapotranspiration,STME)和中等分辨率成像光谱仪MODIS(2011—2012年共115期)地表温度和反射率产品估算区域地表土壤缺水状况及实际蒸散量,并利用中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")和赵县梨园涡度相关系统地表水热通量的观测值对STME模型估算结果进行验证。结果表明该模型可以很好地估算区域蒸散量,误差在可接受范围内。赵县梨园净辐射Rn的观测平均值为4.10 mm,估算平均值为4.69 mm,均方根差RMSD为0.80 mm;赵县梨园蒸散量观测平均值为2.86 mm,估算平均值为3.01 mm,均方根差RMSD为0.95 mm;栾城站蒸散量的观测平均值为2.67 mm,估算平均值为2.44 mm,均方根差RMSD为0.87 mm。将STME模型应用到滹滏平原估算日蒸散量,明确了区域尺度蒸散发的时空变化特征:10月份果园生态系统蒸散量多于农田生态系统;11月份区域蒸散量整体小于1 mm;第2年春季小麦返青、拔节期,农田生态系统蒸散量多于果园生态系统蒸散量;5月份处于植被生长旺盛期,农田和果园生态系统的蒸散量相差不大;6月份小麦收获,玉米播种,农田生态系统蒸散量少于果园生态系统;7月份整个区域蒸散量达到最大,蒸散量不仅与植被长势相关,而且与土壤湿度相关;8、9月份随着植被的成熟和收获,区域蒸散量整体变小。不同时期区域水分亏缺指数不同,可根据其指导区域灌溉量。STME模型继承了基于数理计算确定梯形顶点的方法和水分亏缺指数,使得计算过程得以简化且物理机制明确。     

How the root zone modifies soil wettability: Model experiments with alfalfa and wheat

To investigate the effect of plants on soil water repellency (SWR), two column experiments with wheat (Triticum aestivum) and alfalfa (Medicago sativa) with a growing period of three months had been carried out under constant and near‐natural climatic conditions. Model soils with defined wettability were created by mixing a natural sandy loam subsoil with different proportions of a wettable and a hydrophobized pure quartz sand, resulting in a wettable model soil and three model soils with increasing level of subcritical SWR (initial contact angle CA > 0° and < 90°). Results showed a significant decrease of the mean CA after the experiments compared to the initial CA while the mean CA was constant for plant free columns used as a reference. CA as a function of depth in some cases showed a depth dependent variation with decreased CA at the bottom or as well at top and bottom. The deviation from the initial CA was most pronounced for wheat under constant climatic conditions. Changes in CA could be related to changes in pH, i.e., CA was decreased and pH increased. Subcritical WR at the beginning of the growth period affected significantly the moisture content profiles during the entire growing season as well as plant dry mass production. We expect that plant root exudates of plants widely used for foot production cause directly or indirectly pH‐related modifications of the WR level in the root zone dependent on plant species and the ambient climatic conditions.     

2000-2013年中国植被碳利用效率(CUE)时空变化及其与气象因素的关系

植被碳利用效率（CUE）是评估陆地碳循环的重要指标,探讨其动态特征对气候变化的响应对于陆地生态系统碳循环研究具有重要的指示意义。基于MOD17数据计算中国植被CUE,辅以地统计学理论,利用趋势分析、变异系数及相关性分析等方法,研究了2000—2013年中国植被CUE的时空变化特征,并结合气象要素数据剖析植被CUE对气候变化的响应。结果表明:全国植被年CUE在研究年限内总体上表现为轻微的增长趋势,具体表现为在2000—2007年以0.000 6的变化率呈现波动下降的趋势,而2007—2013年植被CUE呈现显著上升的变化趋势,该变化特征可归因于2007年气温及降水格局的改变;植被CUE空间分布具有明显的空间异质性,大体呈现西部高东部低的状态。CUE增加较明显的区域主要分布在内蒙古呼伦贝尔地区,青藏高原大部分地区,东部沿海地区以及台湾岛。而CUE呈减少趋势的区域分布范围较广,其中减少趋势较为明显的地区主要包括东北平原及华北华中的大部分地区,另江南地区及新疆部分地区也有零星分布。草地及森林区域植被CUE波动变化较小,表明该部分地区生态系统处于良性循环。不同植被类型的CUE均值表现为:草地（0.21） > 农田（0.14） > 森林（0.09） > 灌丛（0.06）。全国大多数地区植被CUE与降水呈正相关,而与气温则呈负相关,而这种相关性会随着区域气候格局及植被类型的变化而变化。总体上,全国植被CUE的增加主要归因于降水量的增加,而气温的升高则造成植被CUE的降低。     

黄土丘陵区山地立体种养循环生产能流特征与经济效益分析

为揭示陕北黄土丘陵区典型循环农业生产模式的功能和效益,研究以宜君县山地立体种养结合循环生产模式为例,分析了该循环生产模式的能量流动和经济效益特征。结果表明:山地立体种养结合模式的有机能/无机能比达到46.2,是传统种植模式的92倍;种养结合模式和传统模式的能流密度分别为19.7,7.0 MJ/(m2·a)。种养结合模式的系统内依存度为37.4%,远高于传统模式,显示出较强的系统自我维持能力和稳定性。种养结合模式的能量产投比为1.07,略小于传统模式的1.14,但其成本利润率、年均收益率和经济产投比分别达到137.6%、4.6%和2.4,均高于传统模式的81%、2.7%和1.8;种养结合模式和传统模式的投资回收期分别为4年和7年。综上,山地立体种养结合模式能够有效地利用系统废弃物,提高能量利用效率,表现出良好的经济效益和较强的抵抗经济风险的能力,在该丘陵区具有良好的推广价值。     

基于暴雨洪水管理模型的铁路车站片区雨洪模拟及低影响开发效果评价

[目的]减轻西北地区高速铁路车站片区建设过程引起的水资源矛盾问题,实现铁路车站片区雨水的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境保护,实现高速铁路绿色施工。[方法]以甘肃省兰州市西客站为研究对象,采用暴雨洪水管理模型(SWMM)研究了传统开发下的雨水径流效应,并对采用生物滞留池、透水铺装、绿色屋顶及生物滞留池+透水铺装+绿色屋顶组合措施方案3种低影响开发(LID)方案进行了模拟。[结果]不同LID措施均能有效削减径流总量、洪峰流量、溢水量及延后峰现时间,其中组合LID方案的控制效果最佳,对洪峰流量和径流总量削减率高达75.9%和41.6%;透水铺装和生物滞留池对洪峰流量和径流总量的削减效果较显著;绿色屋顶单独铺设时,雨洪控制效果较差。[结论]合理采用LID措施可以有效地实现雨水的可持续管理,减小铁路车站片区的洪涝灾害。     

紫花苜蓿及主要粮食作物各生育时段叶面积指数及光能利用率比较

通过种植试验，计算、分析了紫花苜蓿叶面积系数及光能利用率增长、变化规律，并与同年度粮食作物进行了比较，定量描述了紫花苜蓿在利用气候资源方面的优势。