岩溶碳循环及碳汇效应研究与展望

碳酸盐岩风化是全球碳循环的重要组成部分, 具有大气与土壤CO₂汇效应, 受生态系统因子驱动与全球变化影响, 岩溶地区碳汇具有地表和地下双碳汇特征。简要介绍岩溶碳循环与全球变化关系, 论述岩溶碳汇的相关科学问题和主要进展, 分析岩溶增汇潜力与土地利用变化, 进一步提出基于岩溶关键带理念的碳酸盐岩风化过程概念模型。碳酸盐岩风化产生的碳汇可能是全球碳循环"遗漏碳汇"的贡献者, 同时具有缓解土壤CO₂向大气释放的作用, 进而成为全球碳循环模型中"土地利用变化项"(E_LUC)的重要调节者(减源效应)。碳酸盐岩风化过程能快速响应短时间尺度变化环境因子, 是岩溶关键带中连接生物、水文与地球化学过程的核心驱动机制。岩溶碳循环可理解为是土壤-生态系统碳循环的延伸或横向组成部分, 共同组成岩溶地区完整的陆地浅表层碳循环系统。碳酸盐岩风化对大气CO₂浓度上升的负反馈效应, 石漠化治理与生态修复工程的持续推进, 蕴藏着巨大的岩溶固碳增汇潜力。应加强土壤CO₂季节及其区域变化监测与研究, 构建基于土壤CO₂与流域水化学指标相关性的反向模型, 为估算区域碳汇本底、评估年际碳汇增量与潜力提供更加清晰且有效的岩溶增汇方案与途径。      

冬季南黄海海水化学要素的分布特征及变化趋势

通过分析2007年1月12日—2月4日南黄海调查所得资料,对海水化学要素的分布特征及变化趋势进行了研究。结果表明:1)在大部分海域,表、底层海水化学要素分布基本呈现上下均匀状态,这是冬季强烈的垂直混合作用的结果,同时黄海西部沿岸流、台湾暖流前缘水、东海北部的气旋式涡旋和黄海暖流也对各要素的分布发挥着重要的影响。2)调查海域中北部122°30′～124°00′E,34°42′～36°42′N范围内,底层黄海暖流的增温增盐效应较强,且水体垂直混合作用并未到达海底,近底层有跃层存在,使底层水既保留了夏季黄海冷水团水的特性,同时又由于黄海暖流的入侵而具有暖水的性质,跃层和夏季冷水团残留水为溶解氧(DO)和pH低值区的产生以及营养盐高值区的出现提供了良好的水文条件或动力因素。生物化学作用则是形成上述现象的内在原因,而且该跃层也阻碍了各生源要素的垂向输运,使底层水与底层以上水体具有明显不同的生化性质。3)冬季南黄海各化学要素除具有垂直均匀分布的特点外,在中北部各断面东侧还存在层化现象或锋面结构,表现为上层的垂直均匀分布和下层的梯度分布,这也是该海域近底层水体层化以及黄海暖流较强的增温增盐效应所致。     

粗糙珊瑚岸礁礁面附近波浪增水实验研究

通过在波浪水槽中采用概化的珊瑚岸礁物理模型来研究珊瑚礁海岸附近波浪增水的变化规律,包括平均自由表面的沿礁变化以及礁坪上的最大增水值。物理模型实验分别测试了不同礁面糙率密度影响下的一系列不规则波工况。结果分析表明:礁面粗糙时礁坪上的透射波高和最大增水值均相对于礁面光滑时减小;通过两个无量纲参数分析表明光滑礁面时,礁坪上最大增水随波要素的变化规律与此前研究数据基本吻合,前人研究推荐的无量纲数■和■需考虑礁面粗糙度的影响;礁面粗糙程度不同时,礁坪上的透射波高随礁面糙率密度的增大而减小,礁坪上的最大波浪增水则随之增大;最后通过沿水深积分对波浪求平均的水平一维动量方程解释了本实验的观测现象。     

基于Budyko模型的巴音布鲁克山区暖季人工增水作业效果分析

降水量作为人工增水效果分析常用指标，受地理、经济、技术等影响，往往可研究分析的代表性数据站点数量较少，一定程度上对区域性效果检验精度造成影响。为此，基于1973—2018年的5—9月巴音布鲁克气象站逐日气象资料和开都河上游大山口水文站逐月径流量资料，利用Budyko模型构建径流模拟方程，并运用序列试验检验、不成对秩和检验以及t检验等统计方法，以降水量、径流量等作为指标，探讨该区域暖季不同统计指标对人工增水作业效果检验的差异性。结果表明：(1)基于Budyko模型得出的径流量与降水量不但相关性极高(R2=0.9971,P<0.001)，而且速率与趋势变化一致，表明模拟径流量不仅能准确反映降水量变化趋势，还能代表降水对径流的影响量。(2)将实测径流量、模拟径流量和降水量作为统计变量，利用不对称秩和检验及t检验，分析得出人工增水作业后，降水量与径流量增加显著(P<0.02)。(3)降水量作为统计指标检验功效最好，人工增水作业开展后只需增值11.59%就能显著检验出效果，而模拟径流量相比实测径流量的检验功效值低3.72%，说明检验功效有提升。(4)选取统计显著性水平90%的置信区间...     

台风对珠江口风暴增水的影响分析

珠江口沿岸风暴潮灾害频发,且受台风影响显著。本研究对珠江口赤湾站近30 a(1990—2019)的极端增水进行了分析。结果显示:近年来该区域年平均增水没有显著变化,但极端风暴增水(99.9%分位数)强度显著增强(1.62cm·a^–1),意味着极端风暴潮灾害强度不断变大;在这30a里,有20a的年最大增水发生于台风期间(占66.7%),2018年超强台风“山竹”引起的增水峰值达254cm,为近30a最大的风暴潮灾害事件;增水对台风的最大响应距离约为500～800km。在台风影响范围内,增水强度与台风强度呈近似的线性关系,与距台风中心距离则呈指数关系。分别利用台风强度的不同指标(台风中心最低气压、最大风速和最大风速半径),结合观测站距台风中心的距离,对增水进行拟合,发现风速与距离组合对风暴增水的刻画效果最好[S_w=3.23e^–0.0036D×(Γ_w–3.90)+4.48,R²=0.78,RMSE=9.69cm]。这些研究结果可提升对珠江口风暴潮灾害的认识,为台风风暴潮模拟提供验证资...     

近30年甘肃省主要湖泊面积变化及其影响因素分析

内陆湖泊是气候变化敏感的指示器，开展湖泊变化时空演变及成因分析，不仅对水资源利用与管理具有重要的科学价值，而且对于揭示区域气候变化，反映人类活动影响也具有十分重要的意义。本研究采用基于对象影像分析(Object-Based Image Analysis,OBIA)的种子增长法，提取了甘肃省7个典型湖泊从1986-2017年的面积变化，尾闾型湖泊中，大苏干湖面积最大，1986-2017年面积均在60 km²以上；青土湖面积最大达到20 km²以上；小苏干湖面积维持在11～12 km²，变化相对稳定，干海子面积在2 km²以下，波动较大。河源型湖泊中尕海面积在2.9～12.56 km²，面积波动较大，德勒诺尔和天池面积均在2 km²以下，其中德勒诺尔面积波动较大，天池面积波动相对较小。依据湖泊面积的变化特征，通过聚类分析方法将甘肃省7个典型湖泊分成两类，第一类包括尕海、青土湖和大苏干湖，湖泊面积整体呈增加的趋势；第二类包括德勒诺尔、小苏干湖、天池和干海子，湖泊...     

珠江河口区风暴潮增水过程非线性叠加效应研究

珠江河口区水网密布,水动力条件复杂,风暴潮增水过程存在明显非线性叠加特征。本文运用ADCIRC(AdvancedCirculationHydrodynamicmodel)与SWAN(SimulatingWavesNearshore)模型,以1713号台风“天鸽”为实例,构建了珠江河口区风暴潮增水数值模拟模型,研究了珠江河口区风暴潮增水非线性叠加特征,得出如下结论:(1)在台风强度不变的情况下,在珠江口西岸登陆台风带来的增水最大,在伶仃洋西岸超过2 m。(2)风暴潮在珠江口西岸、东岸、河口区登陆,在高低潮和低低潮登陆带来的非线性效应水位较高,最高超过1 m。在高高潮和高低潮期登陆带来的非线性效应水位较低,最低非线性水位接近0 m。在珠江口西岸登陆的台风,其风暴潮-天文潮的非线性效应最大。     

一次典型寒潮风暴潮过程的数值模拟研究

建立了渤海及邻近海域天文潮与风暴潮的耦合模型。在验证的基础上,以2003年10月寒潮为例,分析了寒潮作用下渤海沿岸的增、减水及潮流场的时空分布变化特征。结果表明,寒潮作用下渤海湾沿岸增水幅度较大,水位振荡明显;潮流运动发生较大改变,局部海域的往复流转化为单向流,可能会影响渤海湾沿岸泥沙的运动。     

早春罕见大面积雨雪天气过程多普勒雷达回波特征分析

利用常规探测资料及天津多普勒雷达探测资料,对2007年3月3—4日发生在沧州的强降雨(雪)天气过程进行分析,发现此次天气过程是在高空槽及低空气旋的影响下发生的。雷达基本反射率图像上,0度层亮带的长时间存在表明此次降水是层云与积云混合降水,随着0度层亮带的下降,降水由雨转变为雪。速度图上S型0速度线的长期存在,表明暖平流的长时间维持是降水维持的根本原因。速度图上的高低空急流加强了降水的对称不稳定,并使降水加强。     

天山巴音布鲁克盆地汛期水资源变化趋势及其影响因素分析

利用1982—2018年巴音布鲁克气象站逐日气象资料和开都河流上游大山口水文站逐月径流量资料，采用Morlet小波分析、气候敏感与水量平衡法，时间序列分析等方法，分析了汛期（5—9月）巴音布鲁克盆地地表径流量变化趋势及气候变化与人工增水作业对径流量的影响。结果表明：近37 a巴音布鲁克盆地汛期地表径流量呈增加趋势，突变年份为1989年，存在主周期依次为14 a、22 a、4 a 、7 a的周期变化，具有17~27 a、11~16 a年代际尺度和4~8 a年际尺度的丰枯位相交替变化特征。降水量是影响径流量变化的主导气候因素，对径流量变化的平均影响率为73.1%。因人工增水因素影响，盆地的降水可分为自然降水和人工催化降水，其中自然降水在历史期（1982—1993年）为69.5%，作业前期（1994—2006年）为59.28%，作业后期（2007—20018年）为74.56%，而人工催化降水在人工增水期（1994—2018年）对径流量变化的平均影响率为7.93%，表明径流量对降水的依赖程度正大幅增加，同时人工增水作业对径流量也有一定增加作用。