土壤风蚀模型中的影响因子分类与表达

土壤风蚀是包括风、植被、土壤特性、土地利用方式、降水、微地形等多要素交互作用,发生在特定地理空间,具有独特的气流—土壤界面相互作用机制的连续动力学过程。基于统计学理论的土壤风蚀经验模型,不仅难以避免子模型之间有多个风蚀影响要素的交叉出现,使子模型之间不能严格地相互独立,导致建模理论基础存在不足,而且不能客观反映土壤风蚀的动力学过程。在厘清土壤风蚀基本概念,分析国际土壤风蚀影响因子和土壤风蚀模型研究历史与存在不足的基础上,提出一个新的基于风蚀动力学理论的土壤风蚀模型理论框架,以及在此模型框架下土壤风蚀影响因子的分类与表达。阐述了该模型框架和影响因子分类与表达的合理性,并对土壤风蚀影响因子分类与表达的研究途径进行了探讨。     

中国北方土壤风蚀问题研究的进展与趋势

土壤风蚀是中国北方土地退化的主要原因之一。国内土壤风蚀的研究工作相对比较薄弱，所取得的进展主要包括区域性的土壤风蚀分布地带性规律和不同时间尺度的准周期性规律，描述性的风蚀强度分级与危害评价，单因子风蚀过程的风洞实验，农田风蚀防治等方面。今后的研究趋势主要表现在土壤风蚀的物理本质、影响因素及发展动态的综合研究，土壤理化性质与表面性质对抗蚀性的影响及其与风蚀的反馈关系，土壤风蚀的基本过程及防治原理，土壤风蚀预报方程与数字模拟，土壤风蚀影响评价模型，土壤风蚀与土地利用以及全球变化的关系，各种观测与实验设备的研究等方面。     

基于文献可视化分析的土壤团聚体研究进展

从时间和空间尺度梳理了土壤团聚体的发展历程,通过分析发文时间、发文国家和地区以及关键词等把握土壤团聚体的研究方向、热点和发展趋势。近10年来,土壤团聚体的研究方向主要集中在气候变化背景下土壤有机碳对土壤团聚体稳定性的影响机制,以及土壤团聚体在缓解土壤侵蚀、风蚀和重金属污染等方面的作用。土壤团聚体研究的热点是不同土地管理制度或者不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响机制,以及土壤团聚体在碳循环中的作用。同时发现对土壤团聚体的研究高度集中在中低纬度、中低海拔地区,而对高纬度、高海拔地区关注不够。未来土壤团聚体的研究仍会在气候变化背景下展开：(1)研究其与土壤有机碳的相互作用机制,充分发挥其固碳潜力;(2)研究其与土壤水分的关系,探究其对不同尺度水循环的影响;(3)在高纬度、高海拔地区进一步开展深层次和外延性的研究。     

国内外河口悬沙通量研究进展

系统地介绍了国内外河口悬沙通量研究的进展,目前对于河口悬沙通量主要采用模型研究、水文学方法、机制分解、仪器直接测量等方法从理论和实际相结合的角度来进行研究。目前物理模型的研究成果比较直观,但受到模型尺度和精度等的限制,数学模型研究具有快、准的优点,可以给出令人满意的定性结果,但未能达到定量预报的程度;传统的水文学方法可以用来研究河口地区悬移质泥沙在不同动力因子作用下的输移情况;机制分解法是比较成熟和可靠的方法,但该方法与河口动力机制和泥沙输移过程结合不够;使用先进仪器进行直接测量则受到仪器精度和取样点的布设等条件的限制。因此,关于河口悬沙通量的研究还有待于深入和细化。     

河口海岸沉积层理特征与形成机制

河口海岸地处海陆交界带,其沉积层理特征与形成机制是沉积动力学、动力地貌学和地层学等学科方向的研究热点,对评价海岸工程环境效应、重建沉积古环境等具有重要参考价值。通过梳理河口海岸区域径流、潮汐、波浪等多种动力因子作用的研究成果,归纳不同动力主导作用形成的沉积层理特征,剖析3种基本动力对沉积层理塑造的动力学机制,阐释洪水、风暴偶发动力因子以及生物扰动、海平面变化、围垦工程等其他影响因子对沉积层理形成和保存的作用机理。同时,总结了数值模拟手段在沉积层理形成和破坏机制解译方面的应用及取得的机理认知,提出在河口海岸沉积层理时空尺度认知、多因素耦合反演模型开发应用等方面有待进一步研究的科学问题。     

表生地球化学反应的尺度效应

表生环境中的地球化学反应速率具有显著的尺度效应.许多地球化学反应的野外观测速率比实验室观测速率要低2～5个数量级,给不同尺度的研究成果的对比和外推造成了极大困难.本文总结了地球化学反应速率随时间和空间尺度变化的影响因素,着重分析了地球化学反应速率的主控过程随尺度变化的现象,以及亚尺度的非均质性造成的尺度效应.最后介绍了几种尺度转换的研究方法.由于地球化学反应速率的尺度效应普遍存在,在对地球化学反应速率进行外推时需要了解它的局限性以及选取适当的外推方法.     

定量遥感地表参数尺度转换研究趋势探讨

尺度效应是定量遥感重要而基础的问题之一,学者们利用尺度转换模型定量描述尺度效应。重点以归一化差分植被指数(NDVI)为例,对其尺度转换研究现状进行分析,进而对定量遥感地表参数尺度转换研究趋势进行探讨。认为:(1)融合地物类别信息的升尺度转换模型建立将成为遥感地表参数升尺度转换研究的一种新趋势;(2)利用分形理论与方法尝试揭示尺度转换动力学过程也是遥感地表参数降尺度转换研究的一个新的发展趋势;(3)时空尺度转换耦合研究将继续成为未来遥感地表参数尺度转换研究的新主题,对利用多重分形方法建立时空尺度转换耦合模型的可能性进行分析,展示了该方法的潜在研究价值;(4)定量遥感尺度转换与遥感影像地类自动识别结合研究将成为新趋势,2个研究领域可相辅相成,在今后的研究中取得新的成果。     

内蒙古阴山北麓农牧交错带风蚀气候侵蚀力特征

为了解内蒙古阴山北麓农牧交错带的风蚀气候侵蚀力变化特征及规律,在收集多年风速、降水、气温、相对湿度和沙尘暴气象站观测数据的基础上,计算了典型区域风蚀气候侵蚀力。引入MHF小波函数,对该时间序列进行小波分析,揭示了区域风蚀气候侵蚀力变化的多时间尺度的复杂结构,分析了其在不同时间尺度下的周期性和突变诊断点。结合沙尘暴发生日数的观测资料,进一步分析风蚀气候指数与沙尘暴发生日数的尺度变化关系。研究表明:内蒙古阴山北麓农牧交错带风蚀气候侵蚀力具有明显的阶段性特征,以16 a的周期振动最强;在整个时间域上,区域风蚀气候侵蚀因子与沙尘暴日数的变化具有较好的对应关系,即风蚀气候指数偏大期对应沙尘暴日数偏多期,风蚀气候指数偏小期对应沙尘暴日数偏少期;并预测在未来一段时间内风蚀气候侵蚀力较大时间尺度变化处于增强的偏小期,但较小尺度表现出由大到小的过渡。     

粉尘释放和沉积机制的研究进展

风蚀地表释放的粉尘气溶胶在其输送和沉积过程中产生的直接和间接环境效应促进了对其释放和沉积机制的研究.随着土壤风蚀研究的发展,对粉尘释放机制有了较为深入地研究,从简单的经验方程模型发展到目前考虑粉尘释放微观过程的具有清晰物理机制的释放模型,并在大尺度沙尘预报研究中得到了广泛应用.粉尘沉积主要集中于对干沉积和云下清除过程的研究,而对云内清除过程认识不足.简要回顾了粉尘释放和沉积机制研究的发展历史,系统地评述了研究的现状,提出了粉尘释放和沉积模拟研究中存在的问题和今后的发展趋势.     

海洋涡旋在模态水形成与输运中的作用

模态水在全球气候变化中有着重要作用.但是由于缺乏海洋次表层的高分辨率观测,对空间尺度为百公里的海洋中尺度涡旋如何影响空间尺度大于千公里的模态水的认识仍然欠缺.为了解决这一科学难题,在科技部的支持下,实施了一次成功的海上观测试验.系统梳理了基于该观测数据所发表的有关涡旋影响模态水潜沉和输运的主要研究成果:①捕捉并揭示了中尺度涡导致混合层水潜沉的过程和动力机制;②发现了中尺度涡携带模态水迁移的新路径;③阐明了模态水多核结构的形成机制.研究结果揭示了黑潮延伸体海域中尺度涡旋影响大尺度模态水的物理本质,为该海域多时空尺度海洋—大气相互作用作出了一定的贡献.通过对该次观测试验结果的分析和总结,得到了如下新的科学推论:海洋次中尺度过程对模态水的形成和耗散也具有重要影响.     

弥散尺度效应的试验研究进展及展望

水动力弥散尺度效应问题是地下水中污染物运移研究的重要内容,针对国内外的弥散尺度效应研究,分别从室内和野外两个方面对弥散尺度效应试验研究进行综述。统计了室内试验各影响因素产生弥散尺度效应所占的比例,并根据表格数据分析造成弥散尺度效应的原因。最后,提出弥散尺度效应的试验研究展望:(1)验证弥散尺度效应的存在性;(2)研究弥散尺度效应的产生机理;(3)弥散尺度效应的定量化研究。     

土壤碳循环研究进展

土壤碳是陆地碳库的主要组成部分,全球土壤有机碳总量达1270 Gt。气候变化影响植物生长、植物碎屑分解速率以及土壤—大气碳通量,这对大气CO₂含量有重要影响。土壤有机质模型是研究生态系统尺度土壤碳循环的唯一可用工具,目前已开发出多种。大量研究表明,¹⁴Ｃ测试是研究土壤有机碳组成及驻留时间的重要手段,土壤有机碳由一系列具不同更新时间的组分构成。土壤粒级组成、矿物特征及土体结构等内在因素制约土壤有机碳存量及状态,对于长时间尺度碳的更新具有重要意义。研究不同气候带土壤有机碳储量及动态变化特征,可为预测未来农、林生态系统变化提供理论依据。     

干旱区土遗址盐渍带风蚀损耗效应微观机制研究

基于西北干旱地区典型土遗址盐渍带盐分野外观测和定性分析结果,初步总结了土遗址盐渍土带特征并阐释了风蚀损耗效应的概念;通过对掺入不同含量2种盐渍带常见盐分Na2SO4和NaCl,并经历干湿循环的遗址土重塑样的风洞模拟试验和微结构分析试验,揭示了盐渍带中常见盐分发生的盐渍过程会对遗址土抗风蚀能力产生显著的影响;并通过统计学分析方法证实了试样的风蚀速率与有关孔隙的部分微结构特征参数之间存在着良好的对应关系;最后结合定性分析和试验研究结果,从微观角度对土遗址盐渍带土的风蚀损耗机制进行了初步的讨论。     

水文土壤学面临的机遇与挑战

水文土壤学是以土壤发生学、土壤物理学和水文学为主的新兴交叉学科,综合研究不同时空尺度土壤与水的相互作用关系,在地球表层系统科学综合集成研究中具有特殊地位和重要作用。阐述了水文土壤学形成背景与内涵、学科与理论基础及研究进展,并展望未来面临的机遇与挑战。水文土壤学重点解决以下2个科学问题:①土壤结构及土壤—景观分布格局在不同时空尺度上如何主导和影响水文过程以及与其相关的生物地球化学循环和生态系统演变;②景观系统水文过程如何影响土壤发育、演变、异质性及其功能。水文土壤学面临研究方法和理论创新、多尺度综合观测网络体系构建及人才培养等方面的挑战。     

水沙物理模型CASC2D-SED的DEM尺度效应发生机制

DEM分辨率对分布式水沙过程模拟具有重要影响,然而,产生影响的内部机制尚不明确。改进水沙物理模型CASC2D-SED的结构,将坡度由DEM在模型内部直接提取改为由模块单独计算,并将坡度设计为模型的独立输入参数,通过单独改变坡度参数来研究坡度对水沙模拟DEM尺度效应的影响。基于改进的CASC2D-SED模型,以内蒙古准格尔旗沙圪堵镇附近的一个小流域为研究对象,以无人机航测的1m分辨率DEM数据、野外实测与室内实验获得的土壤特性数据、土地利用数据和降雨数据为基础,采用3种水沙模拟方案进行多象元尺度的水沙过程模拟,进而探索水沙过程模拟的DEM尺度效应及发生机制。研究表明:⑴在4~20m GRID分辨率区间模拟的径流量位于323.18m3和411.43m3之间,波动不大;⑵2~20m GRID分辨率区间内,模拟的侵蚀流量在3.43m3和65.61m3间变化,波动很大;(3)坡度和径流路径是水文过程模拟DEM尺度效应的两个对立影响因子,是水文过程模拟DEM尺度效应不明显的主要原因;⑷DEM尺度效应对侵蚀输沙具有重要影响,地形坡度是侵蚀输沙DEM尺度效应的主要控制因子;⑸地形坡度随DEM分辨率降低而发生的空间上的波动变化是侵蚀输沙量随DEM分辨率降低而波动变化的原因。     

风沙动力与风沙工程学─—国外发展趋势和我们的任务

风沙动力与风沙工程学当前研究的热点─—主要反映在加深对风沙现象的理解、风沙灾害防治与资源开发三个方面出发，提出了我国在风沙运动力学、土壤风蚀、土地沙漠化的动力机制与过程、风沙地貌形成发育规律、风沙沉积学特征及其形成机制、沙尘暴形成机制以及风沙灾害防护工程技术原理等六个方面的研究建议。     

风沙动力与风沙工程学——国外发展趋势与研究对策

风沙动力与风沙工程学当前研究的热点－主要反映在加深对风沙现象的理解、风沙灾害防治与资源开发三个方面出发，提出了我国在风沙运动力学、土壤风蚀、土地沙漠化的动力机制与过程、风沙地形成发育规律、风沙沉积学特征及其形成机制、沙尘暴形成机制以及风沙灾害防护工程技术原理等六个方面的研究建议。     

地球表面时空多变要素的定量遥感项目综述

对“973”项目“地球表面时空多变要素的定量遥感理论及应用”的研究工作做了综述,介绍了项目研究的科学背景、总体科学思路、研究内容和科学目标。项目经过5年的努力,在尺度效应和尺度转换理论、基于先验知识的定量遥感反演理论、同步观测和模拟试验等方面取得了一系列研究成果;成功实现了遥感模型与农学、生态学等应用模型的链接,并在精准农业、西北草场生态建设中进行了成功应用。     

桂林毛村岩溶区与碎屑岩区林下土壤碳迁移对比及岩溶碳汇效应研究

桂林毛村岩溶地下河流域位于桂林市东南30km的潮田毛村,流域面积约10km<'2>,为开展岩溶区、碎屑岩区土壤碳迁移对比研究,选择具代表性的林下棕色石灰土、红壤剖面各一个开展以月为观测周期的土壤呼吸排放CO<,2>速率、同位素动态变化及其土壤剖面不同层位CO<,2>浓度时空分布的动态观测,进而分析岩溶动力系统中土壤碳迁...     

全球表层系统研究的思考

1900年前后,以徐士、阿尔冈、魏格纳、李四光等为代表的先驱们从不同视角开始了对地球表层的整体性研究。20世纪人造卫星的应用和板块理论的建立,推动了全球整体观思想的发展。进入21世纪后,伴随社会全球化进程,地球整体观在科学前沿领域显示出极为重要的导向作用。在这个思想引导下的广义地球系统科学是关于地球多圈层的整体研究,但由于涉及人类生存的资源、环境、灾害问题的紧迫性,在未来10至20年内地球系统科学的优先领域之一应是整体观指导下的地球表层系统的研究,它涉及大气层、海洋、地壳、生物和人类。目前可列举出4个重大问题:(1)全球变暖引起的大范围灾害与环境变化;(2)以SARS和禽流感为代表的全球性生物病毒传播灾患;(3)影响人类生存的全球性水资源短缺;(4)导致严重损失和全球性影响的大地震的频繁发生。厄尔尼诺现象与地震的相关性,全球大地震十几年尺度的幕式活动与区域间交替变换,十几年尺度的大范围旱、涝交替变换,表明上述全球性异常变化都是地球表层系统整体性动力过程的表现。应从全球尺度研究包含气体、液体、固体的地球表层系统的微动态变化,分析它们与地、水、大气和生物各圈层之间的相互作用及物质与能量交换的关系,加深对地球表层相互联系的系统过程的理解。