积雪变化对地下生态系统影响的研究进展

在气候变化背景下,全球积雪厚度、积雪密度和雪水当量发生着一系列变化,并进一步影响陆地生态系统的水热状况、生物地球化学循环过程以及生态系统的结构与功能。本文综述了北半球积雪变化（雪深、积雪覆盖日数）的现状,积雪生态研究方法及其优缺点,积雪与生态系统相互作用,以及积雪变化对主要陆地生态系统类型（草地、灌丛和森林）地下过程（养分周转、土壤动物和微生物、根系生长）的影响及其机制。研究发现：（1）雪深在40～70 cm时对土壤的保温作用最显著;（2）积雪增加通过加速土壤碳氮循环过程引起碳氮损失,尤其显著发生在相对湿润的生境中,相对干旱的生境中变化不显著;（3）在草地生态系统中,土壤有效磷含量对积雪增加的响应程度受生态系统自身干湿条件调控,即湿润的生境有效磷增加,干旱的生境有效磷降低;（4）积雪增加促进了草地生态系统植物表层根系的生长,积雪减少对植物根系生长的影响程度取决于消极影响（根系损伤和死亡）和积极影响（土壤养分有效性增加）之间的动态平衡;（5）相对于草地生态系统和森林生态系统植物根系生长而言,灌丛生态系统植物根系生长对积雪变化的响应更稳定。本文还提出了现有研究中存在的不足和未来发展趋势。     

青藏高原多年冻土区不同草地类型生态系统呼吸季节差异性

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明：生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0.30~0.92）高于沼泽草甸（0.12~0.29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0.31和0.36 μmol·m^-2·s^-1,生长季分别为1.99和2.85 μmol·m^-2·s^-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419.01 gCO₂·m^-2,显著高于高寒草甸（1 042.99 gCO₂·m^-2）,其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268.13和340.40 gCO₂·m^-2,分别占全年的25.71%和23.99%。两种草地类型生态系统呼吸与气温、5 cm和20 cm地温均显著相关,可解释37%~73%的季节变异,除生长季沼泽草甸外,生态系统呼吸与5 cm地温相关性最高。非生长季5 cm地温对应Q₁₀为4.34~5.02,高于生长季（2.35~2.75）,且沼泽草甸高于高寒草甸。生长季生态系统呼吸与土壤水分无显著关系,而非生长季生态系统呼吸受土壤水分显著影响（R²：0.21~0.40）,随土壤水分增加而增加。     

洞庭湖与长江水体交换能力演变及对三峡水库运行的响应

运用洞庭湖区与长江干流相关控制站1951-2010 年实测水文数据, 在分析江湖水力关系的基础上, 从不同时间尺度分析江湖水体交换能力的演变特征及其对三峡水库运行的响应。结果表明:① 7-9 月长江荆南三口对洞庭湖的补给能力较强, 1-3 月洞庭湖对长江的补给能力较强;② 江湖水体交换系数具有明显的年代际波动, 其中1951-1958 年、1959-1968 年荆南三口对湖泊的补给能力较强, 而2003-2010 年湖泊对长江的补给能力增强;③ 三峡水库运行后无论是典型年还是在水库不同调度方式运行期, 三口分泄能力减弱, 入湖水量减少, 而因四水入湖水量占绝对优势, 湖泊对长江的补给能力明显增强;④ 尽管影响江湖水体交换能力的因素极为复杂, 但从总体上讲, 除受流域降水波动影响外, 江湖水体交换能力在不同时间尺度上的演变特征及其过程均随着江湖水体交换量的变化而变化, 说明江湖水体交换能力强度与江湖水体交换量之间存在着彼此消长的关系。     

离散元计算的位移控制方法

基于离散单元的动态松弛法,提出了由每循环步允许块体最大位移增量控制每步块体求解的方法--位移控制法。该方法通过对块体的位移试算来决定时步的大小,不仅解决了离散元计算中的如叠合过大等问题,还可以提高计算的精度和效率。编制了相应的程序和程序流程图,并给出了算例分析。     

深海水下滑翔器浮力驱动系统设计

以微型轴向柱塞泵为核心的高压浮力驱动系统是1 000 m以深水下滑翔器和剖面浮标优先采用的重要动力单元。文中首先介绍了当前国际上水下滑翔器和剖面浮标两型剖面运动平台的浮力驱动系统的种类及应用,然后以1 000 m以深水下滑翔器为例,系统地阐述了其高压浮力驱动系统的工作原理和设计方法,以及绝对排油量测量、吸油口气锁防止和柱塞偶件精密配合等核心问题。设计制作出精密、高效而且可靠的高压浮力驱动系统,可以为我国剖面观测平台的进一步发展起到推进作用。     

混合驱动水下滑翔机高效推进螺旋桨设计

水下滑翔机尾部增加推进器实现其快速前进,螺旋桨是推进器的核心部件,要求其具有较高的推进效率、振动小、噪声低。首先通过分析螺旋桨的推进效率随直径、转速的变化关系,引入低速高效螺旋桨的设计理念,提出基于数学计算软件及三维建模软件的螺旋桨三维建模方法;然后,运用数学计算软件及螺旋桨曲线算法快速绘制螺旋桨的三维曲线,并对螺旋桨的直径、叶数、叶片厚度及倾角进行优化,大幅提高螺旋桨的推进效率;最后,在数学计算软件中计算出螺旋桨的特征点在空间笛卡尔的坐标,将桨叶的特征点导入三维建模软件,生成三维实体。文中所述方法提高了设计螺旋桨的推进效率及模型构造的准确性。     

基于城市防洪排涝LIDAR数据处理及易涝区提取方法研究

由LIDAR技术获取点云并处理制作的DEM成果,以其特有的高精度特点不仅能满足易涝区域数据提取,还能直观展现精确的城市地表起伏形态。结合台州市第一次地理国(市)情普查项目专题——"防洪排涝"对城市易涝区域的LIDAR点云及DEM数据提出的要求,研究了将LIDAR点云制作成为DEM技术的快速实现方法,论述了基于LIDAR DEM提取城市易涝区域数据的技术手段。     

北京地区一次降雪系统大气水凝物输送特征及降雪微物理机制的数值模拟研究

北京冬季降雪云系存在丰富的可开发利用的云水资源。出于人工增雪研究和充分开发云水资源的需要,文中对北京2019年11月29日发生的年度首场降雪进行了观测,对其资料做了分析和中尺度数值模拟,研究了降雪过程的宏观特征、水凝物输送及降雪的微物理机制。结果表明:影响本次北京降雪的是稳定性层状冷云云系,水凝物主要从北京区域的西边界和南边界输送到区域内,而从东边界和北边界流出,具有西向和南向分量的湿气流是降雪云系水物质的输送通道。降雪云中的水凝物基本全为冰晶和雪,有少量的云水,整层云系都含有非常丰富的水汽并且贯穿整个降雪时段。在冰面过饱和环境中,水汽凝华（Prds）是雪的主要增长过程;其次是云冰增长成雪（Prci）和云冰聚合成雪（Prai）的过程。     

北戴河西海滩人工养护前后沉积物粒度变化特征

通过对北戴河西海滩养护前、养护初、3个月和一年后表层沉积物样品粒度实验,获得沉积物粒度参数,并结合Gao—ACollins粒径趋势模型,对海滩养护后沉积物粒度变化特征及其对养护海滩的影响进行了研究。结果显示经波浪等动力作用后,养护后的新海滩沉积物整体呈粗化、分选性变好趋势;海滩沉积物以推移质和跃移质为主;沉积物净运移趋势由离岸搬运为主变为沿岸搬运占优势;填沙物质特征对填沙区及其上、下游沉积物粒度特征有影响,但这种影响随时间推移逐渐减小;潜堤等硬工程设施对养护海滩的稳定具有积极作用。一年后,养护海滩保存良好,填沙物质的选择较合理。     

Shoreline Change Modeling on Emergency Beach Nourishment Project on West Beach of Beidaihe, China

By use of a shoreline-change numerical model (GENESIS) based on one-line theory, a preliminary modeling study on shoreline changes caused by a beach nourishment project in Beidaihe, China, is presented in this paper. Firstly, the GENESIS model is verified and model sensitivity to the major parameter changes is discussed by simulating a hydraulic model test. The beach nourishment project, after that the shoreline change is kept being monitored, is a small-scale emergency one carried out to use two bathing places on the west beach in the summer, 2008. In this paper the shoreline changes caused by the beach nourishment project are modeled by the GENESIS model, and the computed results fit well with the measured shorelines. With the same model and parameters, a long-term performance of the project is predicted, and the result shows that the bathing places only can be suitable for bathing in 2 to 3 years without subsequence nourishment project. Therefore, it is proposed to nourish the beaches in time to keep the service life of the beach in recent years and carry out the beach nourishment project for the whole west beach as soon as possible.