流域下垫面特征对多年平均径流系数的影响

【目的】分析流域地貌结构特征、土地利用/覆盖分类以及土壤物理性质对其多年平均径流系数的影响,确定影响流域多年平均径流系数的重要下垫面因子,为流域土地利用、水利工程建设、防洪减灾、水资源开发利用等人类开发活动提供科学依据。【方法】选取淮河上游23个小流域为研究对象,使用ArcGIS10.3等软件处理得到坡度、面积高程积分、曲率、河网分形维数等流域地貌结构特征因子,使用遥感图像处理软件ENVI5.1处理得到流域土地利用分类结果,并在EXCEL中对流域多年平均径流系数和各下垫面因子进行相关性分析。【结果】在流域地貌结构因子中,多年平均径流系数与平均坡度和面积高程积分关系最好,且均为正相关关系,确定性系数分别为0.485 7和0.478 6。在土地利用/覆盖方面,林地、耕地面积所占比例对多年平均径流系数有较大影响,其中林草地面积占比与流域多年平均径流系数呈正相关关系,耕地面积占比与流域多年平均径流系数呈负相关关系,确定性系数分别为0.292和0.262 3。在土壤条件方面,各因子与多年平均径流系数相关性均较为微弱。【结论】在研究区内众多地貌结构因子中,平均坡度和面积高程积分对多年平均径流系数影响最大,林地、耕地面积所占比例影响较大,土壤物理性质则影响微弱。     

叶生态特征及其相关性对下垫面热效应的生态权衡

为研究植物叶性状及其相关关系对城市下垫面热效应的响应及其生态权衡策略,以生长在6种典型城市下垫面(沥青、水泥、荷兰砖、大理石、嵌草砖和自然地表)环境中的3种常见绿化树种(洋白蜡、国槐和臭椿)为研究对象,测定其叶功能性状指标。结果表明：比叶面积、叶绿素含量、气孔面积、气孔开度及叶氮磷比均随着环境地表温度的增大总体上呈现先增加、后减小的趋势,城市下垫面从大到小依次为嵌草砖地表、自然地表、大理石地表、水泥地表、荷兰砖地表、沥青地表。而叶干物质含量、叶组织密度、气孔密度及叶脉密度、叶氮含量、叶磷含量则呈相反的变化规律,城市下垫面从大到小依次为沥青地表、荷兰砖地表、水泥地表、大理石地表、自然地表、嵌草砖地表。叶性状间表现了一定的相关关系,其中,比叶面积与叶干物质含量、叶组织密度与气孔密度间呈极显著的负相关关系(P<0.01),与叶氮含量、叶磷含量呈显著的正相关关系(P<0.01)。叶干物质含量与叶组织密度、叶脉密度和叶氮含量存在极显著的正相关关系(P<0.01)。气孔密度与气孔面积、气孔开度间存在显著的负相关关系(P<0.05),而与叶脉密度间存在显著的正相关关系(P<0.05)。气孔面积与叶氮含量间存在显著的正相关关系(P<0.05),与叶组织密度呈极显著的正相关关系(P<0.01)。随着地表温度的升高,植物叶性状间的相关性呈现先增、后减的趋势,小幅度升温总体上有利于加强叶功能性状间的相关性,而温度过高则明显降低其相关关系。城市生态系统中,植物叶片具有低的比叶面积、叶绿素含量、气孔面积、气孔开度和叶氮磷比,高的叶干物质含量、叶组织密度、气孔密度、叶氮含量和叶磷含量,进一步验证了城市生态系统中叶经济谱的存在,并在该谱系中属于“快速投资-收益”型。     

城市不同下垫面降雨径流水质监测及特征研究

城市面源污染是仅次于农业面源污染的第二大非点源污染,也是影响城市水生态系统健康的重要原因。随着城市化的快速发展,下垫面改变导致城市河流洪峰增大,河流污染加剧。基于沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地四种典型城市下垫面的5场降雨径流监测试验资料,分析了不同下垫面条件下的降雨径流污染水平、径流水质变化特征和初始冲刷效应。结果表明：(1)4种下垫面的降雨径流总氮质量浓度均属于劣Ⅴ类水;四种下垫面的总磷污染程度相对较轻,沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总磷质量浓度优于Ⅳ类水的频率分别为80%、16%、88.46%和5.56%;沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总悬浮物质量浓度分布范围分别是7～798、15～569、10～871和44～378 mg/L。(2)总氮和总磷的径流污染水平排序为：砖砌路面>绿地>沥青屋面>油毡屋面;总悬浮物的径流污染水平排序为：绿地>砖砌路面>油毡屋面>沥青屋面。(3)中雨情景下各下垫面不同污染指标变化趋势差异较大,而小雨情景下受人为活动影响较大的下垫面的各污染指标浓度较高。(4)各下垫面污染物的初始冲刷强度排序...     

城区不同下垫面条件对降雨径流的影响

城区降雨径流过程主要受降雨过程和下垫面变化的影响,不同下垫面条件对降雨径流影响很大.通过对绿地、环保透水砖铺装、草皮空心砖铺装和不透水釉面砖铺装4种不同下垫面情况下的模拟降雨入渗试验,其结论可为城市建设设计提供理论依据.     

不同下垫面径流小区土壤水蚀特征试验研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面（裸地、荒草地、灌木林地）自然地貌径流小区，在天然降雨条件下，分析2a来的产流事件的径流量、产沙量、入渗率数据，发现其随次降雨变化呈现规律性变化。在相同雨强条件下，裸地小区的径流量最大，为荒草地的6倍，为灌木地的2．4倍，裸地远大于有林草覆被小区；同时裸地小区的产沙量最大时是灌木地的82倍，是荒草地的150倍，可见林草覆被大大减少了黄土坡地的土壤侵蚀；在各次降雨过程中，灌木地的平均入渗率为90％，荒草地的平均入渗率为85％，而裸露地的平均入渗率为60％且远低于林草覆被黄土坡地。     

宇宙射线中子法在复杂下垫面土壤水分测量中的应用

宇宙射线中子法是介于点测量与遥感监测的中尺度、非接触土壤水分测量方法。将测量点设于土壤异质性较大的山地地形下垫面,以烘干称重法为标准对比,以频域反射法为连续性观测对照,对宇宙射线中子法在复杂下垫面的测量进行对比研究。结果显示:在复杂下垫面条件下,宇宙射线中子法对区域土壤水分测量值与烘干称重法多点平均计算值所代表的真值间直线方程的拟合优度(R^2)为0.8717,均方根误差(RMSE)为0.0159kg·kg^−1,纳什效率系数(NSE)为0.854,说明宇宙射线中子法测量结果准确可信。宇宙射线中子法与频域反射法对较长时间序列的土壤水分变化趋势反映完全一致,且对降水过程引起土壤水分变化的响应,宇宙射线中子法灵敏性优于频域反射法。宇宙射线中子法能够应用于复杂下垫面的区域土壤水分测量,且具有不受土壤异质性干扰的优点,能够更好地反映中尺度土壤水分的平均状况。     

不同下垫面对杭州居住区儿童活动空间热环境影响研究

儿童新陈代谢率和服装热阻等与成人存在差异,对热更加敏感,儿童高度较低,受到下垫面的影响也不同。采用CFD技术,模拟了地面铺装不同热属性和建筑遮阴对热环境的影响,提出相关的优化策略。结果表明,地面铺装的4种主要热属性增加,地表温度降温明显,对儿童通用热气候指数UTCI的改善作用从大到小依次为反射率、比热容、发射率和导热系数,可通过使用浅色涂料或加入高比热容的材质进行填充,提升儿童活动的舒适度;建筑遮阴能有效改善热环境,儿童活动空间布局在东、西、北三侧建筑围合下冬夏季效果最佳,提升儿童活动热舒适度。     

地表覆盖对局部环境热效应的贡献

[目的]分析3种下垫面(裸露砂壤土、红色摩奇覆盖和黄色摩奇覆盖)夏季(6—8月)的地表温度和气温之间的变化规律,为减缓城市环境热效应和优选有机覆盖材料提供科学参考。[方法]采用地表气象资料观测法,使用手持红外热像仪对3种下垫面的地表温度进行观测,同时记录实时温湿度仪的气温数据;分析它们对局部环境热效应贡献的影响情况和变化特征。[结果](1)夏季3种下垫面的地表温度与气温变化较为同步,它们对局部环境热效应贡献大小依次为:裸露砂壤土红色摩奇覆盖黄色摩奇覆盖。(2)7月期间,摩奇覆盖虽然一定程度上减缓了热效应但不显著。6月和8月期间表现为黄色摩奇覆盖对热效应减缓作用显著,红色摩奇覆盖减缓作用不显著(p0.01)。(3)对3种下垫面地表温度和气温进行回归分析,发现它们之间存在很明显的线性关系(R~20.95),可利用模型检验预测下垫面地表温度。[结论]对城市环境中土质较差且难以形成绿地的裸露砂壤土采取有机覆盖措施,可减缓夏季局部环境的热效应,建议选择黄色等浅色覆盖材料。     

民勤地区沙尘暴近地面风速特征及其与环境因子的关系

作为沙尘暴发生必不可少的动力条件,风是判定沙尘暴强度的主要指标,也是沙尘暴预测预报的依据。虽然人类对风的认识很早、研究很多,但是对沙尘暴过程中的风速特征仍然在不断的探索中。文中研究了民勤荒漠区、绿洲边缘和绿洲内部三种下垫面近地面50m沙尘暴风速特征及其与环境因子的关系。主要研究结果是:1)在三种不同的下垫面条件下,沙尘暴风速在近地面50m范围内风速均随高度遵循幂函数关系递增。2)从荒漠区到绿洲边缘近地表0-50m内风速平均削减4.11%,再从绿洲边缘到达绿洲内部风速平均削减30.45%。风穿越研究断面,随高度增加风速削减率逐渐减小。3)不同季节,沙尘暴平均风速没有明显差异,但地表粗糙度越小沙尘暴平均风速的季节性差异越大,高度越高季节差异越大。4)绿洲内部地表粗糙度为2.121 cm,绿洲边缘为0.082 cm,荒漠区为0.023 cm。5)根据每次沙尘暴过程中30m in平均风速随时间的振荡曲线的轮廓可将沙尘暴归纳为三类,分别为单峰型、双峰型和多峰型。这三种不同类型的沙尘暴在大气环流背景、沙尘暴的发生时间、沙尘暴过程中风速的时空变化等均有明显的不同。在一次沙尘暴过程中,从垂直梯度看,随着高度的增加风速随时间曲线的振幅增大,而振荡频率降低;从水平梯度看,沙尘暴流场从荒漠区经绿洲边缘到达绿洲内部,风速曲线振幅逐渐减小,振荡频率逐渐增加。