Exploring the stemflow dynamics and driving factors at both inter- and intra-event scales in a typical subtropical deciduous forest

Numerous efforts have been made to understand stemflow dynamics under different types of vegetation at the inter-event scale, but few studies have explored the stemflow characteristics and corresponding influencing factors at the intra-event scale. An in-depth investigation of the inter- and intra-event dynamics of stemflow is important for understanding the ecohydrological processes in forest ecosystems. In this study, stemflow volume (F_V), stemflow funnelling ratio (F_R), and stemflow ratio (F_%) from Quercus acutissima and Broussonetia papyrifera trees were measured at both inter- and intra-event scales in a subtropical deciduous forest, and the driving factors, including tree species and meteorological factors were further explored. Specifically, the F_V, F_R and F_% of Q. acutissima (52.3 L, 47.2, 9.6%) were lower than those of B. papyrifera (85.1 L, 91.2, 12.4%). The effect of tree species on F_V and F_% was more obvious under low intensity rainfall types. At the inter-event scale, F_V had a strong positive linear correlation with rainfall amount (G_P) and event duration (D_E) for both tree species, whereas F_R and F_% had a positive logarithmic correlation with G_P and D_E only under high-intensity, short-duration rainfall type. F_R and F_% were mainly affected by wind speed and the maximum 30-min rainfall intensity under low-intensity, long-duration rainfall type. At the intra-event scale, for both tree species, the mean lag time between the start of rainfall and stemflow was the shortest under high-intensity, short-duration rainfall type, while the mean duration and amount of stemflow after rain cessation were the greatest under high-amount, long-duration rainfall type. The relationship between stemflow intensity and rainfall intensity at the 5-min interval scale also depended greatly on rainfall type. These findings can help clarify stemflow dynamics and driving factors at both inter- and intra-event scales, and also provide abundant data and parameters for ecohydrological simulations in subtropical forests.     

A two-layer model for studying 2D dissolved pollutant runoff over impermeable surfaces

Dissolved pollutants in stormwater are a main contributor to water pollution in urban environments. However, many existing transport models are semi-empirical and only consider one-dimensional flows, which limit their predictive capacity. Combining the shallow water and the advection–diffusion equations, a two-dimensional physically based model is developed for dissolved pollutant transport by adopting the concept of a ‘control layer’. A series of laboratory experiments has been conducted to validate the proposed model, taking into account the effects of buildings and intermittent rainfalls. The predictions are found to be in good agreement with experimental observations, which supports the assumption that the depth of the control layer is constant. Based on the validated model, a parametric study is conducted, focusing on the characteristics of the pollutant distribution and transport rate over the depth. The hyetograph, including the intensity, duration and intermittency, of rainfall event has a significant influence on the pollutant transport rates. The depth of the control layer, rainfall intensity, surface roughness and area length are dominant factors that affect the dissolved pollutant transport. Finally, several perspectives of the new pollutant transport model are discussed. This study contributes to an in-depth understanding of the dissolved pollutant transport processes on impermeable surfaces and urban stormwater management.     

生态地貌学研究体系及其功能提升探讨

地球表层是人类生存的家园,地表形态直接或间接影响人类生活、生产和社会经济活动。地貌学和生态学是与人类关系密切的学科。自然实体与人文实体都依附于地表,研究生态与地貌关系的科学便统称为生态地貌学,直接影响人类生存选址、生存保障、生产方向、产业布局、交通、城乡建设等,因此,生态地貌学是保障人类生存与社会经济可持续协调发展的基础性与应用性极强的学科,是国家实现生态文明战略的基础性学科。生态地貌学研究生态与地貌两者相互作用形成的生态地貌综合实体,学科体系包含地貌基础学科、生态基础学科及其相互作用形成的生态地貌学科。生态地貌学科下又包含生态地貌区划学、生态地貌类型学、生态地貌资源学、生态地貌岩态学、生态地貌遥感与GIS技术、生态地貌管理与规划等分支学科,是目前仍然属于探索性的学科。生态地貌结构可表达为：由地貌与生物成分、类型、区域组合、数量构成及其空间排列组合方式。从生态地貌结构理论出发,对其功能进行系统梳理,主要可以归纳为区域结构、类型结构、资源结构、岩态结构等多种类型。不同结构类型具有不同的功能,主要功能有提升中国自然地理区划质量与空间定位功能、生态评估与生态设计功能、土地利用评估与利用结构调整功能、地质地貌灾害成因和防灾减灾对策功能等。故该研究意在实现生态地貌功能间协调、高效可持续,通过对各功能进行整合,形成功能体系,并从调控管理上提出了提升功能能力的设计路径。     

岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式分类

岩溶山区特殊的地质结构导致崩塌、滑坡等地质灾害时常发生，带来了严重的人员伤亡和经济社会损失。研究岩溶山区崩滑灾害特征，建立相应的变形破坏地质模式，对于岩溶山区崩滑灾害风险防控与治理工程具有重要理论意义与指导价值。文章以典型地质灾害形成演化过程为例，在系统地分析研究区典型崩滑灾害地质背景、影响因素、动力学与运动学特征的基础上，提出了岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式，得出以下主要结论:（1）影响崩滑成灾基本因素（崩滑灾害体势能、岩溶结构面、岩组结构、斜坡地貌和斜坡结构）、影响因素（水文地质条件、工程活动、地震、降雨）和变形运动特征（运动形式和变形机制）三个方面，据此建立了岩溶山区崩滑灾害地质分类指标体系。（2）结合研究区特征对模型体系里面的每个要素进行系统分析，崩滑灾害的发生是各个要素相互组合、相互作用的结果。（3）总结了研究区内5种典型崩滑地质模式:高势能反倾降雨型高速远程滑坡—碎屑流模型、高势能斜倾视向采矿型高速远程崩滑灾害模型、超高势能横向陡倾地震型高速远程滑坡、高势能采矿型高速崩塌—碎屑流模型、低势能差异风化崩塌模型。为后续开展物理模拟、数值模拟、稳定性计算和变形破坏预测等工作奠定基础。下一步将更加深入全面地建立研究区的崩滑灾害模式，并进行崩滑灾害的危险性分级工作。      

微量硫化物、硫酸盐硫同位素EA-IRMS在线测试分析

常规EA-IRMS硫同位素测试中, 硫化银(Ag2S)的需样量为0.2~1.0 mg, 硫酸钡(BaSO4)的需样量为0.35~1.5 mg, 较大的需样量已难以满足珍贵样品及微区样品的分析要求, 因此如何减少测试样品量已成为EA-IRMS测试分析工作中急需解决的问题。通过对EA-IRMS测试系统的研究发现, 在采用常规方法测试样品时, 由于初始He载气流速(100 mL/min)、进入分流接口时的流速(10 mL/min)与进入离子源时流速 (0.3 mL/min)的差异导致样品燃烧产生的目标气体中99.7%的气体被浪费, 样品的总体利用率仅有0.3%。因此如何减少样品在测试过程中的损耗, 提高样品的利用率, 从而减少需样量的关键在于缩小载气流速的差距。本实验在常规EA-IRMS测试技术基础上进行了关键改进,在元素分析仪和分流接口之间设计增加一个由六通阀和自动加热冷阱构成的装置, 自动加热冷阱可在Load模式时收集SO2气体, 六通阀在Load-Inject模式之间切换时可改变He载气流速, 通过与分流接口匹配的反吹He载气(10 mL/min)将冷阱中富集的SO2气体送入分流接口, 从而保证进入分流接口前样品燃烧产生的SO2气体全部收集。这一改进, 理论上可以将样品的利用率提高10倍, 该系统需硫量降至3~13 μg, 并且可以提高反应管的寿命, 降低清灰的频率, 提高工作效率。同时有效避免了拖尾的产生, 提高分析结果的精密度。本次微量样品实验获得的硫同位素数据与常规方法一致, 分析精度优于0.15‰(1SD), 测量值与真值的差异在0.4‰以内, 达到国际同类实验室先进水平。此外, 该方法可为微量有机碳、氮同位素EA-IRMS测试分析工作的开展提供参考经验。     

阿勒泰地区植被覆盖度及ET对气温变化的响应

研究气温对植被覆盖度和ET (Evapotranspiration，ET)的影响，对干旱区应对气候变化、维系生态系统稳定具有重要意义。基于阿勒泰地区及周边7个气象站，CRU数据集中的气温数据及MODIS ET数据，采用Mann-Kendall非参数检验、植被盖度反演等方法，对阿勒泰地区气温变化对植被覆盖度及ET的影响进行了研究。结果表明：（1）在1901—2016年过去的116 a间，阿勒泰地区年平均气温以0.18 ℃·(10 a)^-1速率增加，在1982年由突变前的2.2 ℃增加到突变后的3.5 ℃。（2）2000—2017年阿勒泰地区植被覆盖度变化的空间差异明显，植被覆盖度增加的面积与降低的面积总体相当；全区66.71%的区域植被覆盖度变化与气温呈负相关，而呈正相关的比例仅占18.55%，且全区气温变暖而盖度降低区域的占比达31.71%。（3）2000—2016年阿勒泰地区ET总体呈降低趋势，整个区域61.65%的面积温度降低、ET降低，而19.92%的区域表现为温度增加而植被ET降低。     

不同顶管组合方式的管幕冻结温度场模型试验

拱北隧道作为港珠澳大桥珠海连接线的关键性工程， 在国内外首次成功运用了管幕冻结技术。以此为背景， 为更加全面地掌握饱和软土地层中管幕冻结温度场的分布特点， 开展了不同顶管组合方式下的管幕冻结温度场模型试验研究。试验结果表明： 各测点温度曲线在积极冻结期前4 h急剧下降， 随后逐渐减缓， 降至砂土冰点后趋于平稳， 三种布管方式均满足冻结设计要求； 冻结管中低温盐水提供的冷量首先传递给顶管管壁， 再以“面”的形式均匀地传递给周围土体； 积极冻结21 h后， 采用四根空顶管组合的C区冻结壁竖向范围最大， 空管管壁正上方冻结壁平均厚度约为105 mm， 在满足管幕刚度设计要求的前提下， 可采此布管方式以达到快速形成冻结帷幕的目的。限位管开启后的4 h内， 实顶管中线垂直距离100 mm范围内测点温度曲线虽有明显回升但仍维持在冻土冰点以下， 超出此范围后温度变化影响逐渐减弱， 且顶管间冻结壁稳定存在， 表明限位管在满足管间有效封水的条件下， 能在一定范围内起到定向限制地层冻胀的作用。优化后的双圆形冻结管在满足冻结设计要求的同时， 更加便于安装且经济环保。     

隧道工程地震易损性分析研究综述与展望

易损性分析是隧道工程领域防震减灾研究的重要方法。首先,详细综述了国内外隧道地震易损性研究历史与现状;其次,归纳了国内外隧道地震易损性分析主要方法,并总结了各种方法的实际适用性;接着,提出了隧道地震易损性评估步骤,并且讨论了以数值模拟为主要手段的理论易损性曲线建立中的3个关键内容:(1)输入参数确定;(2)破坏状态分级;(3)相关不确定性参数计算;最后,指出该领域一些亟待解决的问题和未来研究发展的方向。结果表明:隧道地震易损性分析能通过考虑相关不确定性因素,反映了隧道在地震荷载作用下的性能,有利于未来的风险评估和损失估算,对基于性能的隧道抗震设计的发展具有重要意义。     

Application of Avaatech X-ray fluorescence core-scanning in Sr/Ca analysis of speleothems

Application of X-ray fluorescence core-scanning(XRF-CS) on both marine and lake sediments has achieved remarkable results. However, its application has not been widely extended to the research on speleothems. In this study, we measure the Sr abundance and the Sr/Ca ratios of three stalagmites(two aragonite stalagmites, one calcite stalagmite) using the state-of-the-art fourth-generation Avaatech high-resolution XRF core scanner. Through comparisons among different scan paths and among different scan resolutions, as well as comparisons with inductively coupled plasma optical emission spectrometer(ICP-OES), Itrax XRF, and Artax XRF results, we confirm that the Avaatech XRF core scanner could precisely, quickly, and nondestructively analyze the high-resolution Sr abundance of speleothems. Furthermore, we combine the stalagmite δ~(18)O records to explore the paleoclimatic significance of the measured stalagmite Sr/Ca.     

近六百年来长江三角洲地区城镇空间与城镇体系格局演变分析

基于历史文献、古地图和现代遥感数据,引入历史学古代城镇形态复原方法,复原（提取）明代以来长江三角洲地区113座城镇7个时间断面（1461年、1820年、1930年、1970年、1980年、2000年和2010年）下的城镇边界,采用扩张速率、扩张效率、首位度指数和位序-规模法则,分析了近六百年来区域城镇空间与城镇体系等级规模演变格局。取得以下研究结果：\mathrm{①}研究时段内,区内城镇用地总规模由205.98 km²增加到6442.19 km²,扩大了31.27倍;城镇扩张经历了萌芽阶段（明清时期）、起步阶段（民国至改革开放前夕）、成长阶段（改革开放至2000年）和加速阶段（2000—2010年）,城镇扩张速率不断加快,但扩张效率有待提升;\mathrm{②}在城镇等级规模空间格局上,明清时期南京与苏州为区内的一级城镇,民国后,上海逐渐取代其地位,从五级城镇发展成为区域核心城镇,四级以上城镇主要集中在长江干流沿岸和太湖流域,五级以下城镇大多集中在安徽;城镇体系呈首位型分布,城镇首位度较高,且改革开放后的城镇首位度较明清与民国时期要高,不同等级规模城镇之间差距扩大,大城镇优势较强。近30年,长江沿岸城镇发展加速,苏锡常都市圈、南京都市圈等逐渐形成并快速发展。