平坦下垫面植被蒸散特征及对气象因素的响应研究

下垫面蒸散活动是生态系统水热平衡的重要组成,为了研究平坦下垫面植被蒸散特征,以北京市八达岭林场场部示范林为研究对象,基于涡度相关仪观测数据,研究平坦下垫面蒸散特征,通过PT-Fi模型分析下垫面蒸散组分,以常规统计方法分析蒸散对气象因素的响应。平原区植被非均一下垫面蒸散典型日变化分析表明,全天可分为4个阶段:平稳期:0:00-5:00,20:00-0:00(夜间);逐渐上升期:5:00-12:00;剧烈波动期:12:00-14:00;下降期:14:00-20:00。采用对应时间段取平均的方法分析月蒸散24h变化规律,其变化趋势与日变化相似,但曲线更平滑。季节变化分析表明,4月期间蒸散缓慢增长,5月开始逐渐上升;6—9月期间为蒸散高峰期且波动较大;10月开始蒸散迅速降低。蒸散组分分析表明,研究时段内总蒸散532.92mm,植被蒸腾量394.48mm,所占比例74.02%;土壤蒸发量138.44mm,所占比例25.98%。蒸散与常规气象因子相关分析表明,太阳辐射(相关系数):夏季晴天(0.948 4)春季晴天(0.790 9)秋季晴天(0.691 7),夏季晴天(0.948 4)夏季阴天(0.882 8);温度(相关系数):夏季晴天(0.673 5)秋季晴天(0.422 2)春季晴天(0.182 6),夏季晴天(0.673 5)夏季阴天(0.647)。量化常规气象因子对蒸散的影响效应表明,太阳辐射:夏季晴天(0.358 5(W/m~2)/(W/m~2))春季晴天(0.047 4(W/m~2)/(W/m~2))秋季晴天((W/m~2)/(W/m~2)),夏季晴天(0.358 5(W/m~2)/(W/m~2))夏季阴天(0.251 0(W/m~2)/(W/m~2));温度:夏季晴天(18.042(W/m~2)/℃)春季晴天(2.322 4(W/m~2)/℃)秋季晴天(1.351 6(W/m~2)/℃),夏季阴天(21.065 0(W/m~2)/℃)夏季晴天(18.042 0(W/m~2)/℃)。降水事件在短期内对蒸散的影响为负效应。气象因子对蒸散的综合影响效应分析表明,温度的影响效应最大,不同季节其贡献率为40%~60%,太阳辐射和空气相对湿度贡献率在不同时期变化较大。     

基于Landsat TM的重庆都市区地表热环境时空变化研究

随着城市化进程的加快、经济的高速发展,城市结构相应发生了一系列的改变,对城市的生态环境也产生了巨大的影响,城市热岛效应问题尤为突出。文章选取重庆都市区为研究对象,以Landsat-TM1988,2000和2011年三期夏季遥感影像为数据源,基于RS和GIS,采用单窗口算法对地表温度进行反演,并对城市地表温度的时空变化、热中心以及城市建设用地重心迁移进行分析,探讨城市地表热环境与城市扩张及下垫面的响应关系。研究结果表明:1988—2011年,研究区地表温度在空间上的分布存在明显差异性,区域温度整体有所上升,热环境问题日益严重;热中心与建设用地重心两者地迁移具有高度一致性;热环境效应强度与建设用地的分布情况大致呈正相关,与植被或水域的分布情况呈负相关。研究结果可为采取合理措施改善城市地表热环境效应、优化城市生态环境提供参考。     

城镇化人为扰动下垫面类型影响水源涵养功能的评价

城镇化引起的各种人为扰动地貌单元的水源涵养功能较原地貌明显降低是造成城市水土流失的主要原因,在降雨和排水管网设计能力一定条件下,也是加剧城市内涝的主要原因。该文采用野外调查、室内物理分析及AHP(analytic hierarchy process)层次分析综合评价法,系统地分析了各种人为地貌单元的物质组成和持水性能变化并综合评价了其对原地貌水源涵养功能的影响特征。结果表明:1)各种扰动地貌单元2 mm土体颗粒质量分数在45%以上,原地貌2 mm土壤颗粒质量分数在92%以上;扰动地貌不均匀系数和曲率系数分别在11.05~41.30和0.32~3.15之间变化,其中不均匀系数较原地貌减小了4.51%~80.27%;各种扰动地貌单元土壤容重为施工便道(1.74 g/cm3)边坡绿化带(1.54 g/cm3)1 a弃渣堆积体(1.48 g/cm3)2 a弃渣堆积体(1.34 g/cm3)3 a弃渣堆积体(1.31 g/cm3),比坡耕地依次增加33.85%、18.46%、13.85%、3.08%和0.77%;扰动地貌的土壤总孔隙度、土壤田间持水量和饱和含水量则表现出相反趋势。2)人为扰动地貌单元土壤入渗性能总体小于原地貌单元,而原地貌土壤稳定入渗率则在2.83~6.22 mm/min之间变化;当项目区林地转化为新弃渣堆积体时对降雨和城市洪水动态调节功能影响最大,转化为施工便道时影响最小;人为扰动地貌单元土壤水库总库容、兴利库容和滞洪库容总体低于原地貌,当项目区草地转化为施工便道时对土壤持水能力及调蓄地表径流能力危害最大。3)各种扰动地貌单元水源涵养能力明显小于原地貌单元,以施工便道(0.421)最差,林地最好(0.651);在城镇化过程中应重视城镇水面、林草地的空间分布及占地面积,对短期松散堆积体也最好进行临时绿化措施。4)加强对扰动地貌物质组成、大孔隙结构和降雨-径流-入渗连续性定位研究,同时关注各扰动地貌在不同压实条件下土壤水库蓄水性能对项目区雨洪过程线和排水系统的影响。研究结果可为城市水土保持生态服务功能恢复、城市绿化带建设和洪水内涝缓解提供科学依据。     

城市透水性下垫面降雨径流污染的影响因素研究

[目的]探究城市透水性下垫面降雨径流污染的影响因素。[方法]从降雨径流产汇流特性和污染物冲刷规律角度,在实验室条件下对3种透水性下垫面(草地、透水砖、压实裸地)的降雨径流污染进行正交试验。[结果]草地、透水砖及压实裸地的次降雨径流系数差异较大,分别为0.28~0.43、0.35~0.55、0.72~0.74,地表的溶解性污染物冲刷进入径流水体中的比例较高,冲刷率可达50.00%~88.00%。坡度和降雨强度极大地影响产流过程,是影响产汇流时间、径流水量和电导率的重要因素;流量峰值产生时间、电导率峰值产生时间、退水时间、退水量和径流系数主要取决于下垫面性质;降雨动能的影响大于下垫面的入渗量,是影响溶解性污染物冲刷效率的最主要因素。[结论]该研究可为海绵城市建设提供科学依据。     

局地不同下垫面对气象要素的影响及其气候效应

本研究探讨了不同下垫面对气象要素的影响及其产生的气候效应, 以期为局地生态环境的改善提供科学依据。采用同步观测的方法, 对林地、草地、裸地与耕地4种下垫面进行气象观测, 并对获得的气象要素数据进行了分析。结果表明, 春季不同下垫面对气象要素的日变化有显著或极显著影响, 影响程度为风速〉地表温度〉空气温度〉空气湿度。4种下垫面的气象要素在春季、夏季有显著或极显著差异, 而秋季、冬季差异不显著。对不同下垫面蒸散量和热量平衡及其各分量对气象要素影响进行了分析, 结果表明, 林地、草地的降温、增湿气候效应显著, 裸地具有干、热的气候特点, 耕地介于二者之间。     

土壤入渗特性影响因素研究综述

 土壤入渗特性是评价土壤水源涵养作用和抗侵蚀能力的重要指标,也是模拟土壤侵蚀过程的基本输入变量,受制于许多外在和内在因素的影响。综述了影响土壤入渗特性的主要因素,这些因素主要有土壤理化性质、下垫面性质、降雨强度、水质及水温等。并提出了今后应该加强研究的内容。     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同下垫面土壤水蚀特征实验研究

以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的神东矿区为研究基地,以黄土、沙黄土、风沙坡、基岩风化坡地、人为弃矿渣为物质基础,采用野外人工模拟降雨的方法,重点分析不同组成物质和同一物质不同固结程度斜坡地的土壤水蚀特征。对系列实验数据,应用SPSS和DPS数据处理系统进行分析。结果表明:①在条件相近的情况下,场降雨侵蚀模数的排序为:黄土>沙黄土>沙坡>弃矿渣>风化壳;②在相同的雨强和坡度条件下,黄土坡面产流快,易形成细沟、浅沟,使坡地变得起伏不平;沙黄土坡面则产流慢,形成沟谷的时间较迟,但演化快。③多石块的粗骨性风化壳侵蚀量随降雨强度的增加而增加,但产沙过程却以产流初期最大,之后趋于减少并稳定;④同一物质不同堆积年限的坡地,在没有人为破坏的情况下,随着堆积年限的增加而固结程度提高,侵蚀模数由16 379 t/（km²·a）下降到1 227 t/（km²·a）。⑤弃矿渣坡地的侵蚀容易出现滑塌和滑坡,产沙过程波动明显,有短暂的高含沙量的泥石流过程。     

不同下垫面径流系数与雨强及历时关系的实验研究

城市下垫面类型的多样化,使得径流系数在时空上的变化越来越复杂。采用自制模拟降雨系统,对SBS、不透水地砖、水泥地面、透水砖和草地等典型下垫面进行了实验研究。结果表明:弱透水性的下垫面径流系数容易达到较高的稳定值,透水砖的下渗能力接近草地。双曲线模型能够较准确地描述径流系数与单影响因素之间的关系,并得了到具有一定物理意义的降雨历时(或雨强)与各下垫面径流系数的最优拟合公式,且除透水砖外其相关系数达92%~97%,可见降雨历时对径流系数的影响较大。相同降雨条件下,3种弱透水性下垫面按径流系数由大到小依次为:不透水砖、SBS、水泥路面。降雨量较小时,下垫面的表面洼蓄及附着水层的比例不能忽略,此时径流系数不能反映渗透能力。透水砖和草地的下渗能力很强,适当增加其面积可提高城市雨水下渗能力。本研究可为城市雨水利用研究的后续工作提供参考。     

连云港市低山丘陵区侵蚀性降雨特征及产流产沙规律

[目的] 分析不同降雨特征和不同下垫面条件下江苏省连云港市低山丘陵区土壤侵蚀产流产沙规律,为当地水土流失防治和提高水土保持效益提供科学依据。[方法] 以黑林水土保持监测点为研究对象,采用K均值聚类法对当地2013—2020年侵蚀性降雨类型进行分类,识别侵蚀性降雨特征,采用灰色关联法分析该监测点5个坡面径流小区降雨量、产流量、产沙量之间的相关性,通过双累积曲线法比较不同下垫面条件下产流产沙能力差异,分析人类活动对地表扰动的水土保持效应。[结果] ①侵蚀性降雨主要发生在汛期,以Ⅰ型(小雨量、小雨强)降雨为主,频次占比66%,其次为Ⅱ型(中雨量、中雨强)降雨和Ⅳ型(大雨量、中雨强)降雨,Ⅲ型(大雨量、大雨强)降雨最少; ②产沙量与降雨量和径流深密切相关,相关系数分别为0.64～0.85,0.61～0.86; ③Ⅲ型降雨引起的次降雨含沙量最大,Ⅳ型降雨引起的土壤流失总量最大; ④农地的产沙能力最大,林地次之,自然荒地最小,减少地表土壤的人为扰动,横向起垄种植,选择覆盖度高的植物更有利于提高当地的水土保持效益,总体上林地水保效益优于农地。⑤不同下垫面间产流产沙差异随着雨量和雨强的增大逐渐减小。[结论] 连云港市低山丘陵区侵蚀性降雨主要发生在汛期,不同雨型不同下垫面间产流产沙特征差异明显,林地水保效益优于农地。     

若尔盖地区不同下垫面对蒸发量影响的研究

地处高原平台的若尔盖地区下垫面的变化影响地气界面的热质传递。多种数据表明,若尔盖高原的水汽输送情况直接影响中国北部地区的干旱情况。本文采用多种蒸发公式计算若尔盖不同下垫面蒸发量的差异,分析了若尔盖高原盆地中下垫面的状况对蒸发量的影响,讨论了不同下垫面对若尔盖地区水汽输送、土壤沙化退化影响机制。