毛乌素沙地不同下垫面的风沙运动特征

 基于野外实地观测,研究了毛乌素沙地不同下垫面的风沙运动特征。平坦流沙地上的风速随高度呈对数分布; 沙丘上的风速梯度在高度上的变化随植被盖度增大而增强; 相近风速下,0~60 cm高度范围内的输沙强度从大到小依次为流动沙丘丘顶＞平坦流沙地＞半流动沙丘丘顶＞裸露黄土梁地＞黄土梁翻耕地＞玉米留茬地＞半固定沙丘丘顶。同一植被盖度下,沙丘顶部输沙率随风速增加而增大,粗糙度随风速增加而减小。当风速小于起沙风速时,粗糙度随植被盖度的增加而增大; 当风速大于起沙风速时,平坦流沙地和沙丘顶部的粗糙度随风速增大有增加趋势,产生这种现象的可能原因是跃移层沙物质对气流的阻力随风速增大而增大。根据各类沙源地的起沙强度和总面积,风沙灾害防治的重点是植被盖度较小的沙地和黄土梁地。     

塔克拉玛干沙漠公路中段两侧不同下垫面的小气候分析

塔里木沙漠公路位于塔里木盆地,纵贯塔克拉玛干大沙漠,集沙漠特征与温带大陆性气候于一体,不少地段曾因流沙较为严重,造成了工程施工的难度,通过对沙漠公路塔中段两侧不同下垫面进行小气候分析,比较其差异来说明自然沙面、草方格、低矮防护林带、沙石路面等的不同防沙能力。从几种防沙效果来看,沙石路面短期内有一定的压沙作用,但长期效果不好;草方格短期效果较好,但随着时间推移,防沙效果逐渐减弱;防护林带体系随着林带的逐渐长成,效果将会越来越好,属于生态型防沙,意义重大而且深远。     

黄河中游重蚀区不同下垫面的水沙效应

通过大量野外工作,对研究区降水、径流和输沙作了系统分析,揭示了黄土、风沙和基岩等不同下垫面的水沙效应,加深了对水沙过程强度大、集中、时空多变等特点的认识,为预测灾变性雨洪的水沙效应提供了科学依居。     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

中国东北地区及不同典型下垫面的气温异常变化分析

利用6个代表站1905-2001年较长时期的月平均气温,对缺测年代的数据进行了插补,建立了东北地区近百年平均季、年气温序列。对所建温度序列与同一区域内26个代表站平均温度序列的近46年同期资料做了相关分析,检验了序列的代表性。在所建序列基础上,分析了东北百年气温的年代、年和季节等不同时间尺度变化特点和地域分布特征,采用谱分析方法探讨了序列的周期性变化特征,并采用Mann-Kendall和Yamamoto方法对经过滑动平均的气温序列进行了突变分析。结果表明,东北近百年年平均温度表现为明显的增暖趋势,但为起伏式增暖;冬季增温非常强烈,夏季在1995年以前不仅没有升温,反而有明显降温趋势,但1995年以后夏季气温明显升高,春秋季的升温趋势与冬季类似,但幅度小得多;在区域内,增温强度似乎并不随纬度增大,纬度较低的沈阳增温最强;三种典型下垫面中以山地的增温幅度最强;功率谱分析表明了百年气温变化的2.3年和4.2年的主周期,其中2.3年周期比较显著。     

夏季不同天气背景条件下黑河中游不同下垫面的辐射特征

 利用2005年“绿洲系统能量水分循环观测实验”（JTEX）获得的资料分析了夏季晴天和阴天西北干旱区金塔绿洲不同下垫面的辐射收支特征。结果表明:由于下垫面的水热特性不同,绿洲与沙漠、戈壁的辐射特征有很大差异,而沙漠和戈壁的差异则较小。相同天气背景条件下,不同下垫面的向下辐射基本一致,绿洲的向上辐射最小,净辐射最大。地表辐射特征会随天气状况有较大变化。     

用遥感资料建立分块产流模型

用遥感资料建立的分块产流模型，充分考虑了降雨的空间分布不均匀性，解决了以往分块产流计划中产流参数难以分块选择的缺陷，提高了产流计算的精度。利用遥感资料提取产流参数，可以从参数与流域自然地理特征关系进行分析，使之更符合水文现象的一般规律，并可用于无资料地区。     

基于GIS和RS的喀斯特流域SCS产流模型应用

参数λ是SCS产流模型的一个重要参数,模型研究者将标准值λ=0.2作为模型的参数值。但模型参数没有考虑地貌类型对产流的影响,喀斯特地区不同地貌类型下地表坡度、土层厚度、地层岩性、基岩裂隙的发育程度等方面均存在很大差别,而这些因素都直接影响着流域的产流机制。在考虑地貌类型对喀斯特流域产流影响的基础上,通过率定不同地貌类型下的λ值对SCS模型进行改进。以GIS和RS技术作为获取流域地貌类型、土壤类型和土地利用方式等空间信息的主要手段,运用实测降雨径流资料对参数λ进行率定。由于喀斯特地区很少存在具有单一地貌的流域,仅靠实测数据很难确定各地貌类型的λ值,本文尝试通过对地貌结构与λ值关系的分析确定适合喀斯特流域的参数λ,从而建立起喀斯特流域SCS产流模型。模型在贵州平湖流域的应用结果表明,建立的喀斯特流域SCS产流模型的模拟精度较SCS产流模型有了很大提高,说明建立的喀斯特流域SCS产流模型比较合理,可以应用于喀斯特典型流域。     

青藏高原的气候植被模型研究进展

气候植被研究是全球变化研究的重要内容, 而模型研究是气候植被研究的重要手段。青藏 高原以其特殊的自然环境特点, 形成了气候与植被独特的适应机制, 为许多通用气候植被模型所 不能反映, 加之所受到人类活动的干扰相对较少, 决定其为植被气候研究的重要实验场地。本文 回顾了气候植被模型发展的相关历程, 评述了每类模型的特点及其不足。从植被格局研究和植被 生产力研究两个方面, 对青藏高原的气候植被研究进行了总结和分析, 认为模型研究是气候植被 研究的重要手段, 而青藏高原的研究在这方面还比较落后, 同时对青藏高原气候植被模型研究中 存在的一些问题, 如数据精度、模型的适宜性和结果验证等进行了讨论。认为今后青藏高原气候 植被模型研究的重点应是进一步明晰气候植被的关键过程, 立足高原环境特点开发有高原特色 的气候植被模型。     

青藏高原山地系统动力学模型研究

以地球系统科学为研究思路。研究了青藏高原山地系统各圈层相互作用的统一构造动力模型、力学模型和数值模拟等。关于青藏高原山地系统动力学特征。主要研究高原山地系统现今构造应力场演化特征和高原山地系统统一构造动力模型。认为均起源于喜马拉雅运动期印度一欧亚板块碰撞引发的统一的板块汇聚动力体系和各圈层与之相应的一系列运动学和动力学过程。关于青藏高原山地各圈层力学系统描述，主要把山地各圈层块体质点作为一个力学系统来描述。求解速度向量、位移向量、密度场、温度场、应力张量等物理量和状态空间。最后求解运动方程。关于青藏高原山地系统的非稳定性问题。将给定的载荷历史分成许多小的增量步。对每一个增量步求解一个非线性边值问题。使用失稳量准则判断山地系统的稳定性。关于青藏高原山地各圈层多体系统力学描述。青藏高原是由多圈层多块体不同物质结构组成的。皆可用若干塑性、流变体、流体和弹性组成的系统模型予以有效地描述。主要研究内容有：高原山地系统碰撞隆升的分类和现象、山地主动碰撞构造体特性和山地被动碰撞体(靶体)特性等力学模型。文中初步分析和推断了演变的历史与现状。探讨了青藏高原隆升的动力学过程。     

青藏高原城镇化发展的特殊思路与绿色发展路径

青藏高原城镇化肩负着捍卫国家安全屏障与护卫国家生态安全屏障及“亚洲水塔”的特殊使命,对守护好世界上最后一方净土、确保“地球第三极”同全国一道基本实现现代化、让青藏高原各族人民生活更幸福、使青藏高原生态安全屏障更牢固、使国家安全屏障更坚固都发挥着不可替代的重要作用。本文详细论述了青藏高原新型城镇化与内地截然不同的特殊驱动过程、特殊发展道路、特殊发展目标、特殊发展格局、绿色发展模式与路径,认为青藏高原城镇化是一个在高寒缺氧环境下,由单一投资拉动、游客带动、服务驱动、对口支援等特殊驱动形成的低度开发型、文化传承型、守土固边型、护卫水塔型、小聚大散型、社会包容型、生态富民型城镇化过程。未来发展思路是：以守土固边为先导,保障国家安全,快稳有度,确保边境和农村地区有足量人口,到2035年高原常住人口将达到1600万人,城镇化率宜为52.5%左右,将长期稳定在城镇化发展的中期阶段,全面提升城镇化发展质量;以绿色发展为主导,不断提高生态产品和生态服务能力及水平,突出特色,彰显民风,弘扬文化,住在镇里,牧在乡里,就近就地镇民化,建设高原美丽城市与城镇;以小聚大散为布局原则,聚散有度,在散聚中形成由“三圈四带多节点”构成“星星点灯”式固边型城镇空间格局,突出“三圈”（西宁都市圈、拉萨城市圈和柴达木城镇圈）、“四带”（青藏铁路沿线城镇带、川藏铁路沿线城镇带、唐蕃古道沿线城镇带、边境地区固边城镇带）和“多节点”（多个重要城市节点和重要固边城镇）的集聚效应;以通道建设为保障,超前建设青藏高铁等基础设施,筑牢国家安全保障线,加快引进“新基建”上高原,建设高原智慧城市;加快边境城市土地制度改革,建设边境土地改革试验特区,以国土安全为重,在国家重大战略布局和国土空间规划中优先考虑边境城市。     

基于SCS-CN model模型的北京市功能区产流风险分析（英文）

Urbanization significantly increases the risk of urban flooding. Therefore, quantitative study of urban rainfall-runoff processes can provide a scientific basis for urban planning and management. In this paper, the built-up region within the Fifth Ring Road of Beijing was selected as the study area. The details of land cover and urban function zones(UFZs) were identified using GIS and RS methods. On this basis, the SCS-CN model was adopted to analyze the rainfall-runoff risk characteristics of the study area. The results showed that:(1) UFZs within different levels of runoff risk varied under different rainfall conditions. The area ratio of the UFZs with high runoff risk increased from 18.90%(for rainfall return period of 1 a) to 54.74%(for period of 100 a). Specifically, urban commercial areas tended to have the highest runoff risk, while urban greening spaces had the lowest.(2) The spatial characteristics of the runoff risks showed an obvious circular distribution. Spatial cluster areas with high runoff risk were mainly concentrated in the center of the study area, while those with low runoff risk were mainly distributed between the fourth and fifth ring roads. The results indicated that the spatial clustering characteristic of urban runoff risk and runoff heterogeneity among different UFZs should be fully considered during urban rainwater management.     

基于GIS和RS技术的北京市功能区产流风险分析

城市化进程加大了城市区域暴雨洪水灾害发生的风险,定量研究城市降雨产流特征,可以为城区的科学规划和管理提供科学依据。以北京市五环内地区为研究对象,利用GIS和RS技术提取了五环内的土地覆被信息,并结合不同地区用途进行了功能分区。在此基础上,结合SCS-CN水文模型分析了研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征,并定量识别了北京市五环区域内的产流风险区。结果表明:在不同重现期降雨下,五环内地区不同等级产流风险区分布格局差异明显。高产流风险区占全区的面积由重现期1 a的18.90%增加到重现期100 a的54.74%;由于不透水面比率不同,不同功能区的产流特征也存在显著差异,其中商业用地区产流风险最高,平均产流量为24.76mm(重现期1 a),天然绿地区产流量最低,均值为7.36mm(重现期1 a);随着降雨重现期的增加,各功能区之间的产流量存在趋同效应;五环内产流风险格局呈现出中心高、四周低的环状分布特征,高产流风险聚集区大多分布在城市中心的商业和居住区,低产流风险聚集区主要为大型公园和天然绿地,分布在四环与五环之间。城市防涝规划工作应该充分考虑城市产流风险聚集区分布以及不同功能区的降雨产流风险特征,分层统筹,科学拟定规划方案,同时还要充分利用城市自身的"生态"优势,多角度解决城市暴雨洪水问题。     

青藏高原工程走廊冻土分布模型及其变化趋势

青藏高原工程走廊多年冻土是地气系统相互作用的产物,气候环境决定了其分布的宏观格局,但局地因素如坡向等,在一定条件下,对小区域多年冻土的影响往往会超过大气候背景。通过Pearson相关性分析,选取了对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向,结合区域内29个钻孔点的长期地温监测数据,建立了年平均地温与高程、纬度及坡向之间的多元线性模型。根据青藏高原冻土工程地温分带指标,制作出了走廊内符合实际的冻土分布图。运用随气候变化的响应模型,预测了走廊内50 a后多年冻土将发生较大的变化:1.低温稳定区、低温基本稳定区的空间分布面积逐渐减小,分布界线向高海拔迁移;2.高温不稳定区较大范围地向高温极不稳定区转化;3.高温极不稳定区将处于长期的退化过程。     

现行普适降水入渗产流模型的比较研究:SCS与LCM

产流计算是水文模拟的关键环节之一。在一定的空间尺度上,产流是一个十分复杂的非线性过程。目前在不同水文模型中,产流计算并不唯一。本文通过对比同时期提出的LCM模型与SCS模型,基于理论及数值分析发现:(1)SCS模型在其比例相等假设下,是LCM模型的一种简单线性化表示。LCM模型更加反映流域宏观产流的非线性。(2)LCM模型参数与SCS模型参数存在严格的数学关系。LCM模型参数的确定可以利用SCS模型参数研究成果。(3)LCM模型参数很容易通过野外实验进行测定,而SCS模型参数很难实测,也可通过LCM模型参数为SCS模型参数确定提供依据。(4)SCS模型揭示了流域产流期内总降雨损失与总降雨量存在倒数线性关系,而LCM模型通过泰勒展开发现具有同样规律。     

基于改进线性光谱解混和 SCS-CN 模型的广州主城区降雨产流模拟

城市降雨产流特征的定量研究对于城市雨水资源开发利用、科学规划和管理具有十分重要的意义。以广州市主城区为研究对象,提出一种改进的线性光谱解混方法提取遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度,并结合SCS-CN 产流模型进行城区降雨径流模拟。首先利用线性光谱解混方法提取 2015-10-18 Landsat 8 OLI 遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度;然后利用归一化建筑物指数和归一化植被指数进一步优化解混结果;最后结合优化的不透水面、植被和土壤盖度计算合成的 CN 值,并应用 SCS-CN 产流模型分析研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征。结果表明：改进的线性光谱解混方法能较好地提高不透水面、植被和土壤盖度的提取精度;不透水面盖度越高的区域,CN 值越高;CN 值对地表径流深模拟有显著的影响;在不同重现期降雨条件下,研究区地表径流深空间分布格局差异显著;总体上,降雨量越大,不透水面盖度越高,形成的地表径流深越深,内涝发生的可能性越大。     

青藏高原东缘高寒草甸地上生物量的估测模型

探索简单、快捷的获得草地单个物种及群落地上生物量资料的方法,可以为合理保护和利用草地资源提供重要技术支持。在传统的直接收获法测定草地地上生物量的基础上,结合物种的种群特点,利用与生物量密切相关的高度、盖度、密度等植被生态参数,建立了青藏高原东缘高寒草甸各植物种的最适地上生物量估测模型。其中禾叶嵩草、垂穗披碱草、高山韭等物种生物量最适模型为幂函数方程,其他物种最适模型除却长毛风毛菊是二次项方程外均为线性方程。这些模型拟合精度较高,经检验,单个物种生物量估测值与实际观测值之间的相关系数均0.9,且大部分平均相对误差10%。对于草地群落地上总生物量,估测值与实际观测值相关系数为0.965,各样方的相对误差大都10%,平均相对误差为5.672%,说明利用这些模型估算青藏高原东缘高寒草甸地上生物量切实可行。     

青藏高原植物形态和解剖适应性研究进展

与低海拔地区相比，青藏高原的太阳辐射、水分条件、氧分压、气温等环境条件都有明显差异，青藏高原的植物在细胞壁厚度、栅栏细胞层数、通气组织大小、异细胞数量和分布、表皮附属物类型等方面与低海拔地区的相比也有较大的不同。综述了在青藏高原特殊的生态条件下，植物在形态和解剖方面的适应性表现，分析了该领域目前的研究特点和存在的一些问题，并在全球环境变化背景下，对其发展前景进行了展望，指出了未来的发展趋势。     

青藏高原草地地上生物量和理论载畜量

准确模拟和预测草地地上生物量(Aboveground biomass,AGB)和理论载畜量对于维持草地生态系统平衡、优化放牧管理至关重要。当前很多研究以围栏外草地AGB为基础,估算了青藏高原草地AGB的现存量。但是,牛羊啃食后的草地AGB现存量无法准确评估草地理论载畜量。围栏内草地不受家畜采食影响,其年际变率由环境因子驱动,可视为草地潜在AGB (potential AGB,AGB_p),更适用于草地理论载畜量的评估。本研究以青藏高原345个围栏内AGB观测数据为基础,结合气候、土壤和地形数据,利用随机森林算法构建草地潜在地上生物量估算模型,并对当前气候条件(2000-2018年)和未来20年(2021-2040年)4种气候变化情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的草地AGB_p和高寒草地理论载畜量进行模拟与预测。结果表明:(1)随机森林算法可准确模拟当前气候条件下的青藏高寒草地AGB_p(R²=0.76,P<0.001);2000-2018年青藏高寒草地AGB_p平均值为102.4 g m^-2,时间上增加趋势不明显(P>0.05);AGB_p年际波动和生长季降水显著正相关(R²=0.57,P<0.001),和生长季温度日较差显著负相关(R²=0.51,P<0.001)。(2)当前气候条件下,青藏高寒草地平均理论载畜量为0.94 SSU ha^-1(standardized sheep unit ha^-1);在过去20年约有54.1%草地理论载畜量呈提升状态。(3)和当前相比,未来20年青藏高原中部和北部草地AGB_p和理论载畜量呈下降态势。因此,建议未来在厘清气候变化影响下草畜关系的基础上进行有针对性的草牧业规划和管理,以缓解区域气候变化引起的草畜矛盾。     

超渗-超蓄产流模型在评价水保措施减水效益中的应用

根据治理与尺度对黄土区产流模式的影响,建立用地评价水土保持的措施减水效益的超蓄产流模型,并将径流成份直接区分为地表径流和地下径流。同时着重介绍所建模型参数的率定及其在减水效益中的应用。在3个典型流域（青阳岔、岔巴沟和小理河）的应用结果表明,该模型效果良好,具有较好的应用前景。