1986—2017年呼伦湖湖冰物候特征变化

湖冰冰情物候特征是气候变化的敏感指示器之一。论文以呼伦湖为研究对象,基于MODIS、Landsat、GF-1、HJ-1等多源遥感影像及气象数据,利用RS和GIS技术综合分析了1986—2017年呼伦湖冰情物候特征及其对区域气候的响应。结果表明：① 呼伦湖年均开始冻结时间在10月下旬至11月上旬,从结冰开始到完全封冻的时间平均只有6.4 d;开始融冰时间在次年的4月上旬,消融期平均为32 d左右,到5月初或5月上旬湖冰完全融化。② 1986—2017年,在整个研究期呼伦湖完全封冻期呈现显著缩短趋势,平均缩短18.5 d;完全结冰时间有一定延迟现象,平均延后8.4 d;冰全部融化时间呈现提前趋势,平均提前了11.2 d。③ 湖冰冻结消融空间特征表现不同,冻结时先从湖岸形态较复杂地区结冰,然后由东岸向西岸迅速封冻,消融时先从湖泊西北岸开始,逐渐向东岸融化。④ 在影响因素方面,呼伦湖冰情特征主要受到区域气温、风速、风向等因素的影响。     

高速公路透风型挡风墙不同位置防风特性的数值模拟研究

应用FLUENT软件对侧风影响下高速公路汽车运行时的气动特性进行了三维稳态数值模拟,研究了透风型挡风墙在不同位置时汽车气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数随横摆角变化的特征,并与不设挡风墙的流场特征进行了对比。结果表明,修筑透风型挡风墙能够有效地减弱侧风对小轿车的作用力;同一侧风状态下,透风型挡风墙的不同修筑位置对应不同的汽车的气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数。汽车运行速度为120 km·h-1,横摆角为31.0°或36.9°时（侧风风速为20 m·s-1和25 m·s-1）,透风型挡风墙最佳的修筑位置为距离路肩2.1 m,此时的倾覆力矩系数最小;当横摆角为42.0°或46.4°时（侧风风速为30 m·s-1和35 m·s-1）,透风型挡风墙的最佳修筑位置为距离路肩2.4 m。     

破冰结构角度对整冰失效模式的影响分析

破冰船破冰过程中整冰的失效模式对于冰载荷的估算十分重要。本文基于力学方法分析了破冰船破冰过程中破冰结构与整冰的相互作用,得到了影响冰体失效的冰力分量与破冰结构参数的表达关系,进而确认冰摩擦系数以及坡度角与冰体失效模式的关系。依据北极海冰的摩擦系数范围,指出当破冰船破冰结构坡度角小于70°时,冰体发生弯曲破坏,当坡度角处于70°—82°时,冰体同时发生弯曲和挤压失效,当坡度角大于82°时,冰体仅发生挤压失效,同时给出了不同失效模式下冰力的计算方法。     

基于Fluent和FENSAP-ICE的极区海洋平台甲板结构结冰数值模拟

极区自然资源丰富却气候恶劣,海洋平台在此地区作业时甲板表面极易出现结冰现象。针对极区海洋平台甲板结构结冰问题,采用Fluent与FENSAP-ICE软件相结合的方法,分析在过冷雾和过冷雨条件下,距海面高度和结构特征长度对甲板结构结冰的影响。结果表明:当特征风速为5 m·s~(-1)、6 m·s~(-1)和7 m·s~(-1)时,在风速不变的条件下,随着距海面高度由2m增加到20m,结构表面的平均结冰厚度均逐渐增加且结构表面的结冰相对增长率逐渐减小;在特征风速为5 m·s~(-1)条件下,在距海面高度为20 m和80 m处,随着结构特征长度由1 m增加到30 m时,结构表面的平均结冰厚度均逐渐减小且减少程度逐渐减缓。     

辽河口湿地芦苇叶片蒸腾及其与影响因子关系研究

于2009年8～10月,在辽河口芦苇(Phragmites australis)沼泽地,采用野外培养箱土培模拟实验方法,人为控制水位,用PM-5型稳态气孔计测量了不同水深条件下芦苇叶片的蒸腾速率,研究了芦苇叶片蒸腾及其与影响因子的关系.结果表明,不同水深条件下,芦苇叶片蒸腾速率日变化差异明显;当控制水位在地表以上10 ...     

等高线节点密度对DEM精度的影响

以西南丘陵地区两种比例尺的地形图为数据源,利用GIS软件平台研究不同等高线节点密度下的DEM精度,旨在揭示节点密度对DEM精度的影响.结果表明:不同节点密度所生成的DEM的高程主要差异区域分布在地形结构线附近;当比例尺为1:2000和1:1万,分辨率分别高于2 m和5 m时,节点的变化对DEM的精度并没有明显影响;分辨率低于2 m和5 m时,其理想的节点密度分别约为1/7个/m和1/12个/m,当大于此节点密度时,增加等高线节点并不能改善DEM的质量,反而会降低DEM的精度.     

地形简化对DEM不确定性的抗差性研究

为探究DEM不确定性对地形简化的作用规律,对不同简化方法的抗差性能进行研究。利用蒙特卡洛方法模拟生成一系列具有不确定性特征的模拟DEM;基于不同方法对初始DEM与带有误差的DEM进行地形简化;分别从高程变化程度、骨架吻合程度及地形等高线差异三部分对简化表面间的地形差异进行对比分析,对不同方法的抗差性能进行评估。研究表明:当地形简化在小尺度上演变时,基于特征点的简化模型能够一定程度地抑制初始地形误差的扰动,当简化的演变尺度较大时,特征点方法对误差十分敏感,此时,顾及地形全局特征的骨架约束法能够更加稳定地抑制DEM不确定性对简化的影响。     

两种柔性植株地表风速廓线特征比较的风洞模拟

植株减小风速从而抑制风蚀,风速廓线可以反映植株对风速的影响。在风洞中测量了细长状植株和上大下小形状植株在不同覆盖密度、不同来流风速下的风速廓线,并对这两种植株地表上空气动力学粗糙度、零平面位移高度进行了比较。结果表明:两种植株地表的空气动力学粗糙度均随植株密度按幂函数规律增加,其与植株高度之比也随侧影盖度按幂函数规律增加。在相同覆盖密度或侧影盖度条件下,上大下小形状植株地表的空气动力学粗糙度大于细长状植株。细长状植株地表的零平面位移高度随植株密度的增加先增加而后减小,而上大下小形状植株地表的零平面位移高度则基本不受植株密度的影响。     

孤立冰块流拖曳系数的优化辨识

流拖曳系数是海冰动力学模型中的重要参数,实际海冰运动时受到水流的底面剪切作用和侧面正压力作用,相应的拖曳系数分别为摩拖曳系数和形拖曳系数。利用实验室波流水槽设备,对长方平底、长方粗糙底和圆饼型淡水冰试样进行拖曳运动试验,获得26组冰样运动数据。根据这些试验数据,利用动量法原理和数学优化方法构造了摩拖曳系数和形拖曳系数的辨识模型,将摩拖曳系数和形拖曳系数两项分开。在此基础上,分析了冰样粗糙度指标(支承长度率和冰厚均方根偏差)对这两个系数的影响；发现了摩拖曳系数同冰样水平尺寸和垂直尺寸之比的关系,该关系能将冰山和浮冰的摩拖曳系数归结到同一条曲线上。     

北极冰区船舶安全航行过程风险动态仿真

近年来随着北极冰区航道的开辟与成功通航,船舶航行安全广受重视,因冰区通航条件对船舶交通安全影响因素特殊且变化大,有必要分析极地冰区船舶航行时航路过程中的风险。探讨低温、浮冰、高纬度等特殊属性对船舶极地冰区航行安全的影响,结合船舶交通风险的特点,提出北极冰区东北航道船舶航行风险状态概率转移的过程风险,构建北极冰区东北航道船舶航行过程风险模型。基于马尔科夫过程假设,建立基于马尔科夫链-蒙特卡洛方法的云仿真模型,利用该模型对北极冰区东北航道船舶航行进行时间连续的过程风险动态仿真。研究表明:夏季时期船舶在北极冰区东北航道航行过程风险整体上处于可通航状态,离散风险程度随时间而连续变化,总体呈现"M"型趋势,风险波动明显。     

“雪龙”号科考船在冰区航行的船体振动测量研究

船舶在冰区航行时,船体会受到多种类型激振力的作用而产生不同程度的结构振动。船体振动会对船体结构安全以及船上人员的正常工作产生不利影响。船体结构振动的现场测量可较为准确地分析船体振动的基本特性,确定船体振动与外界荷载因素的对应关系。在2015—2016年中国第32次南极科学考察过程中,对"雪龙"号极地科学考察船的冰激振动开展了现场测量。本研究对比了船体在无冰区和冰区航行过程中的船体振动变化,分析了船体在不同航速、冰厚以及不同破冰航行方式下的振动规律。测量结果表明:船体冰激振动随着航速和冰厚的增加而显著增大;在船体采用冲撞式破冰时横向振动最为明显,而在连续式破冰时,垂向振动最为明显。以上研究可为冰区航行中船体振动的现场监测技术提供有益参考,并有助于分析海冰对船体振动规律的影响。     

基于海冰影响的北极航线亚欧集装箱运输经济性研究

为了探究海冰影响下北极航线通航的可行性,从经济性角度,首先走北极航线选取ARC4、ARC5和ARC7三种冰区加强等级船,采用全年货运量、单位运输成本和年利润多个经济性指标,以上海港至鹿特丹港为例,通过与走苏伊士运河传统航线的普通船比较,对北极航运集装箱运输经济性进行分析;其次,研究了不同起讫港、不同载箱量对北极航线运输经济性的影响。结果表明:在三种冰区加强等级船中, ARC5级船的经济性最佳,可提高货运量,降低单位运输成本,全年总利润大幅增加;ARC7级船尽管延长了北极通航时间,但由于高造价,经济性欠佳;不同冰区加强船之间,各项指标差异较大。相较于冰区加强船等级差异,不同起点港口选择对于经济性影响较小;在4000—5000TEU区间,随着运载量规模增大,对单位运输成本影响不大,但年利润方面,ARC5船舶可增50%以上。     

不同深度淹水下南荻幼苗生长和生理特性室内模拟研究

以南荻(Triarrhena lularioriparia)幼苗为实验材料,设置了淹水深度为0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、淹没植株(南荻植株全部没于水下)的实验组以及对照组(常规浇水,土壤水分含量为45%),从2017年5月3日～6月1日,在室内进行30 d实验,研究淹水对南荻幼苗生长和生理特征的影响。研究结果表明,随着淹水深度的增加,南荻的生长减缓甚至停滞,叶片数减少,水下叶片变黄、变薄,并生出不定根;南荻叶片的抗氧化酶活性和丙二醛含量都呈现单峰型变化;当淹水深度为20～30 cm时,实验结束时,南荻叶片的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性最大,分别为153.52 U/(g·min)、1 139.17 U/(g·min)和63.61 U/(g·min);当淹水深度为10 cm时,实验结束时,南荻叶片的丙二醛含量最大,为113.77 nmol/g;当淹水深度为30 cm时,南荻叶片的可溶性蛋白含量最小,为1.00 mg/g;与淹水前相比,淹水后的南荻根系活力减弱,并随着淹水深度的增加不断减弱,在淹没条件下,南荻根系活力最弱。     

季节性积雪区不同遮挡条件下深霜发育比较

以中国科学院天山积雪雪崩研究站为研究区,在2009～2010年冬季观测期利用体视显微镜(XTZ-E)及拍照设备和雪特性分析仪(Snow Fork),对3种遮挡条件的开阔地(0遮挡)、树缘(50%遮挡)和树下(90%遮挡)的积雪深霜进行连续观测,比较和分析西北季节性积雪区不同遮挡条件下的深霜发育特征。研究表明:1)深霜发育主要受温度制约,其次是温度梯度。由不同遮挡条件引起积雪累积和太阳辐射差异而导致雪深不同,从而形成的温度环境差异,是深霜发育差异的根本原因。2)深霜发育厚度与雪深呈正相关关系,有开阔地(0遮挡)>树缘(50%遮挡)>树下(90%遮挡),融雪期深霜的消减速率为树下>开阔地>树缘。3)深霜冰晶粒径呈先减小(稳定累积期-过渡期)再增大(-融雪期)的变化,积雪稳定累积期后,深霜粒径开阔地>树缘>树下。4)2009～2010年冬季雪深大,因而圆角深霜(DHxr)和圆角刻面冰晶(FCxr)在深霜中发育最多,二者共占70%～80%。开阔地易发育杯型深霜(DHcp),树缘和树下则易发育柱状条纹深霜(DHla)、棱柱状深霜(DHpr)和刻面冰晶(FCso)。深霜中胶结态冰晶约占10%～30%,其比例在开阔地深霜中递减,而在树缘和树下处递增。     

水深及共存对芦苇和香蒲生长特征的影响

为了揭示种间作用对湿地植物在水深梯度上的分布和生长变化的影响,研究了杭州湾湿地围垦区不同水深条件下共存对芦苇(Phragmites australis)和香蒲(Typha domingensis)分布和生长特征的影响,测定了单生和共存芦苇、香蒲分布的水深范围和生长特征(叶片数、茎粗、株高和密度),发现单生和共存芦苇分布在浅水深和中等水深(0~50 cm深度)处;单生香蒲处于稍深位置(20~60 cm深度),而共存香蒲分布在中等和深水深(20~100cm深度)处。水深对芦苇和香蒲各生长指标有显著影响(n=33,p0.05)。随水深加深,单生芦苇、香蒲叶片数、茎粗、株高和密度先增加后降低;共存芦苇、香蒲的株高也升高。物种共存对芦苇、香蒲的叶片数、株高,芦苇的茎粗有显著影响(n=33,p0.05)。在相同的水深条件下,共存的芦苇和香蒲的叶片数、茎粗、密度与单生种群相比都减少,但株高都增加。水深和共存的交互作用对芦苇的叶片数、茎粗、株高有显著影响(n=33,p0.05),但只对香蒲的叶片数有显著影响(n=33,p0.05)。随水深加深,共存对两种植物的叶片数、芦苇的茎粗的抑制作用波动变化;共存对两种植物的株高起促进作用,同样波动变化。表明芦苇和香蒲的生长特征随水深和物种共存而变化,物种共存时芦苇分布趋于浅水区,香蒲趋于深水区;并且两种植物的生长较单生种群都受到一定程度的抑制;种间相互作用会影响芦苇和香蒲对水深的响应。     

农田休闲期不同保护性耕作措施的防风效应研究

保护性耕作是旱作农田土壤风蚀防治的必要措施\.通过野外试验,对深松、浅耕、翻耕覆盖、免耕油菜低茬和高茬、免耕小麦低茬和高茬等7种保护性耕作措施和传统翻耕、草地两种对照下0～4 m的风流场进行了观测,对各种下垫面上空气动力学粗糙度、摩阻速度、风速绝对脉动强度和相对脉动强度进行对比分析。结果显示,不同保护性耕作措施降低风的侵蚀力,防治土壤风蚀的机制不同。留茬主要通过增加地表空气动力学粗糙度和摩阻速度,利用作物残茬和秸秆等粗糙元分解风对地表的剪切应力,降低风蚀强度。而深松、浅耕、翻耕覆盖等措施在增加地表粗糙度和摩阻速度上效果不如留茬,但近地表0\^05 m处风速脉动较弱,相同风速下对地表的剪切应力较小,土壤风蚀速率降低。此外,作物残茬、秸秆和牧草等粗糙元的高度、密度及直立性均对下垫面的空气动力学粗糙度、摩阻速度及风速脉动有一定影响。     

芦苇形态结构对黄河三角洲不同生境的响应

植物的形态结构总是与环境相适应。采用光学显微技术和环境扫描电镜技术对黄河三角洲新生湿地河口区和内陆区两种生境下芦苇(Phragmites australis)根解剖结构、叶片解剖和超微结构进行了对比分析。研究结果表明,芦苇叶片和根的形态结构与生态环境有关;两种生境下,芦苇叶片上表皮均有明显泡状细胞群分布,芦苇上下表皮均有气孔分布,且下陷;在河口区,芦苇叶片维管束鞘细胞近上表皮处有较大程度延伸,下表皮处常延伸至近表皮,呈开放状态,叶片表面常有蜡质覆盖;在内陆区,芦苇叶片维管束鞘细胞较大,有的为两层;此外,河口区芦苇根的中皮层细胞分化为明显的通气组织,内皮层凯氏带明显,而内陆区芦苇根的中皮层细胞排列规则,呈辐射状。芦苇在适应不同生境时其形态结构所发生的变化是不同的。叶片维管束鞘细胞的延伸、表皮被蜡质和根中通气组织、凯氏带等结构是芦苇适应河口区盐胁迫的结果;而叶片维管束鞘细胞增大、细胞层数增加和根的中皮层细胞辐射状排列是芦苇适应干旱胁迫的结果。     

边界时刻一致性判别方法在北京市出租车运量生成机制中的实证应用

以北京市出租车运量生成机制研究为例,探索时间基本单元大小对交通时段划分及运量生成机制的影响。基于北京市出租车轨迹数据,按10 min步长,采用10 min至60 min共6种时间基本单元对全天数据在交通小区尺度进行划分得到切片数据,应用系统聚类法将切片聚合得到时段划分,得到6种时段划分结果,进而对具有交集的时段采用边界时刻进行一致性判别。在时段划分基础上,应用地理加权回归模型比较分析了不同时间基本单元在上班时段的出租车运量影响因子的差异。结果显示,时间基本单元小于40 min时,上班时段的起始时刻不具有一致性;如果考虑所有时段的起始和结束时刻,则小于50 min时不具有一致性。上班时段的运量生成机制模型结果与时刻一致性判别类似,当时间基本单元在50 min及以上时,回归得到的解释变量具有一致性,小于50 min后则会有所变化。这些结果说明,基本时间单元的大小会影响交通运量时段划分和生成机制研究的结果;考虑到结果一致性和整点划分习惯,推荐采用60 min为基本划分单元。提出的边界时刻一致性判别方法也可以用到其它交通模式和其他相似的大数据研究。     

两种人工湿地条件下芦苇与芦竹生理生态特性研究

通过对芦苇（Phragmites australis）和芦竹（Arundo donax）在模拟表面流湿地和潜流湿地条件下的生长特性比较,发现在两种人工湿地生长的两种植物叶片水势基本一致。对于植株相对生长率,叶片叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度等指标,芦苇各项指标在两种人工湿地间的差异不显著;芦竹在潜流湿地中的生长特性明显优于表面流湿地,二者间差异极显著（n=3,P〈0．01）。根系的生长状况与叶片水势情况表明水分供需并不是影响植物生理差异的因素;叶片叶绿素含量与光合作用的正相关表现说明叶绿素是影响两种湿地类型上植物生理特性差异的主要因素;芦苇、芦竹在两种人工湿地间的生理生态差异说明芦苇能适应两种湿地生境,而芦竹更适合种植在潜流人工湿地。     

面积高度积分的面积依赖与空间分布特征

面积高度积分作为揭示区域构造相对活动性的指标,其面积依赖和空间分布两大特性会影响到它对构造活动的解释。以北天山10条河流流域作为研究区域,研究表明,在不同集流面积阈值下,天山北麓流域次集水盆地的平均面积高度积分与平均面积、平均高差都具有负相关关系。受北天山褶皱逆断裂构造带的影响,流域面积高度积分值的分布与构造带走向相一致,上游山地型次集水盆地面积高度积分值大于中游山麓丘陵型次集水盆地面积高度积分,揭示了面积高度积分存在空间分布依赖的特性。在大小不同观测尺度下,构造活动和基岩岩性差异对面积高度积分有着不同的影响。在玛纳斯河流域中,以不同集流阈值提取的不同面积大小的次集水盆地与各年代地层以及活动构造做GIS叠加分析,可以发现当集流阈值小于9km²时,面积高度积分值受到岩性与构造的双重影响,而当集流阈值大于20km²时,面积高度积分值主要反映构造活动的影响。