不同地面覆盖层下土体温湿度场长期观测数据分析

本文通过建立一个不同地面覆盖层土体温湿度监测试验场,对沥青、水泥、多孔砖、草地和裸土5种覆盖层条件下的土体进行了为期2a的观测。观测结果表明:不同覆盖层介质对于下覆土体温湿度场的影响是不同的。在混凝土、沥青、多孔砖、草地和裸土5种地面覆盖层中,混凝土、沥青和多孔砖等硬质地面所对应的土体温度场明显高于裸土和草地,而在3种硬质地面覆盖层中,沥青地面的土体温度场最高,多孔砖最低。在湿度场观测中,多孔砖覆盖层下的土体湿度最大,其次是混凝土和沥青,草地和裸土的湿度最小。因此,多孔砖硬化地面具有很好的保湿性和降低地温场的效果,在城市建设中,应大力推广铺设这类多孔介质硬化地面,以提高城市的生态功能,减少城市热岛效应。     

土体剖面温度物理模型试验研究

利用自主开发的土体温度物理模型试验系统,研究了土体剖面温度随时间的变化规律,通过改变土体表面的覆盖层属性,对比分析了裸土和混凝土板覆盖下土体剖面的热传递特点。结果表明:在恒定热源作用下,土体剖面温度迅速上升到一定值之后逐渐趋于稳定,初始升温速率随深度的增加而呈指数递减,最终平衡温度随深度的增加而显著衰减;温度在土体剖面上的传递存在明显的滞后效应;混凝土板覆盖下土体的初始升温速率和最终平衡温度较裸土高;土体剖面热通量反映了土体中热量的传递特征,其变化规律与上下土层间的温度差变化规律一致。     

城郊土体剖面含水量监测与对比研究

城市化的快速发展对城市地质环境尤其是地下水环境产生了深远的影响.以南京市为研究对象,在城区和郊区分别设立长期监测站,采用PR2对南京地区2009年6～9月期间典型地表环境下1m内土体含水量的日变化进行了监测,并对监测数据进行了系统的对比分析.结果表明:土体含水量的日变化规律主要受气候因素的制约,其对日气候因素的敏感程度...     

青藏高原高寒草地植被指数变化与地表温度的相互关系

为了解脆弱的高原生态环境对升温过程的响应, 利用1982-2006年国家标准地面气象站地表温度和GIMMS-NDVI数据集, 探讨了青藏高原高寒草地植被指数和地表温度的变化特征及其相互关系. 结果表明:1982-2006年, 高寒草地NDVI、地表温度整体均呈现增加趋势, 年均NDVI、生长季NDVI、年最大NDVI(NDVI_max)与年均地表温度、生长季地表温度的上升趋势分别为0.007 (10a)^-1、0.011 (10a)^-1、0.007 (10a)^-1与0.60 ℃·(10a)^-1、0.43 ℃·(10a)^-1; NDVI_max与地表温度显著相关的地区达70.49%. 但是高原地形、气候、水文环境的空间差异性导致高寒草地NDVI与地表温度的相关关系十分复杂. NDVI_max与年均地表温度的相关性最为显著; 在返青期和枯萎期, NDVI与地表温度均为显著正相关. 不同的植被覆盖条件下, NDVI对地表温度的响应不同:植被覆盖差以及退化严重的地区, NDVI_max与地表温度呈负相关性; 反之, NDVI_max与地表温度主要表现为正相关.     

边坡稳定性温度效应数值模拟研究

气候变化引起环境温度改变,岩土体的性质随之产生相应变化。文章分析了温度对边坡稳定性产生的影响,于不同 温度状况下开展粘性土直剪试验,探究粘聚力及内摩擦角随温度变化的特征。进一步利用有限元软件ANSYS 结合实测地温 数据模拟边坡温度场演变过程,基于试验结果将温度场推导出粘聚力场,利用瑞典条分法结合粘聚力分布特征求得边坡安 全系数。通过一系列室内试验发现,下蜀土粘聚力受温度影响变化规律较为明显;土体含水量和密度不同使土体随温度升 高相应的产生热软化或热固结现象。通过ANSYS 模拟南京城郊边坡夏季高温期间温度场的演变,推算出了边坡安全系数的 变化规律。结果表明,对于高含水量的土体,在夏季高温环境下边坡稳定性降低,而城区温度更高相应边坡的安全系数通 常更低,高温对边坡稳定性具有负面作用。     

干旱区植被盖度增加对降水入渗补给地下水的影响——试验研究与数值模拟

随着西北旱区生态恢复工程的实施,该区生态环境持续改善,植被盖度不断增加。但植被冠层截留与蒸腾耗水加剧了包气带水分的亏空程度,减小了降雨对地下水的补给。采用原位试验方法,分析了植被覆盖区和裸土区不同深度土壤水势的变化规律。结果表明,受蒸发和蒸腾的共同作用,植被覆盖区平均土壤水势(-74k Pa)远低于裸土区(-16k Pa),且变化剧烈,土壤水以向上运动为主。而裸土区土壤水势高,变化小,40cm以下土壤水向下运移,因此可以持续补给地下水。采用Hydrus-1D软件进行了长序列土壤水数值模拟,定量分析了植被盖度增加与地下水补给的关系。数值模拟结果表明,在裸土条件下,降雨对地下水的补给量介于82~333mm/a之间,平均值为197mm/a,平均降水入渗补给系数为0.53。而在植被覆盖的情况下,地下水的补给量几乎为0。最后,从植被蒸腾耗水和冠层降水截留2个方面讨论了旱区植被盖度增加对降雨入渗补给地下水的影响,提出了旱区水与生态和谐发展的建议。     

基于均匀设计坡积土含水量与干密度对锚-土界面性能影响试验研究

为深入了解坡积土中锚杆锚-土界面剪切变形特性随土体含水量和干密度的变化规律,本文采用自主研制的基于微元法锚-土界面摩阻性能测试方法和装置,引入均匀试验设计原理设计试验方案,测得不同含水量和干密度下锚-土界面的剪应力-剪切变形全过程曲线,其形状符合三折线模型。基于试验结果,回归得到了锚-土界面峰值抗剪强度随土体含水量和干密度变化的经验关系式。同时,试验结果表明:（1）锚-土界面峰值抗剪强度随土体含水量增加而降低,且土体干密度越大其降低幅度越大;（2）峰值抗剪强度随土体干密度的减小而降低,且土体含水量越小,其降低的幅度越大。     

黑龙江省漠河地区土地覆被与地表温度时空变化特征研究

以我国高纬度多年冻土区漠河县城区及郊区862 km²的区域为研究对象,基于RS和GIS技术对该区地表覆被变化和地表温度进行研究。结果表明：地表类型和地表温度反演结果与现场比对结果一致;从1988年到2015年,经过火灾后重建和城镇化发展,建设用地面积增加了11.33 km²;以2015年为例,冬季由于积雪覆盖,有79.02%的区域无植被覆盖,夏季有80.91%的区域为高植被覆盖。冬季地表温度和高程具有高度相关性,高程每升高100 m,地表温度平均升高2.27℃,表明该区地表温度也存在显著的逆温现象。该区城镇热岛效应全年存在,城镇区域地表温度高于全区平均值,夏季最显著,最高温差可达6.37℃。地表温度与NDVI具有明显的负相关关系;不同土地利用类型地表温度由低到高的顺序为水体-林地-草地-裸地-建筑用地。     

北京市不同功能区土壤黑碳的含量特征及其来源分析

随着城市迅猛发展,城市土壤性质发生显著变化,不同功能区之间呈现明显差异性。为了深入讨论人为影响方式和程度、污染来源的差别对土壤碳库(特别是黑碳)的影响,本研究以北京市为对象,对比研究了城区和郊区不同功能区(公园、居民区、道路绿化带)土壤有机碳(SOC)含量、黑碳(BC)含量以及含量比值(BC/SOC)的特点,并通过BC/SOC指标对土壤受到的人类活动影响方式和程度进行详细讨论。结果显示,北京市城区不同功能区的土壤SOC富集程度不同,且公园和居民区土壤在人为管理下SOC含量趋于平均;而郊区不同功能区的SOC含量值接近,表明其受人为影响较小,更接近于自然土壤。城区不同功能区的土壤BC含量存在较大差异,由大到小是公园(0.60%~2.28%,平均值为1.56%)、道路绿化带(0.12%~2.20%,平均值为0.62%)、居民区(0.11%~1.15%,平均值为0.35%),其中公园内区域性的翻种、施肥使得BC大量聚集,道路绿化带受到来自交通环境的强烈影响;而郊区不同功能区的BC含量值低且接近,代表了区域土壤BC含量背景值。土壤BC/SOC总体介于0.11和0.5之间,且郊区BC/SOC小于城区,指示了化石燃料和生物质的燃烧均是城区和郊区土壤BC物质的来源,但所占比重不同,且城区是郊区土壤黑碳的重要来源。另外,城区个别地区BC/SOC显著偏高,反映了BC/SOC不但指示土壤污染程度,同时与城市化时间、特定的人类活动密切相关。     

新疆天山西部巩乃斯河谷积雪与森林/草地 覆盖条件下季节冻土特征分析

不同的覆盖条件下,季节冻土的特征会存在差异。为了分析积雪与森林/草地覆盖条件下季节冻土的特征,在新疆天山西部巩乃斯河上游的中国科学院天山积雪雪崩研究站的实验场地监测了森林-积雪,草地-积雪,以及草地覆盖条件下季节冻土的冻结深度,并对有无积雪覆盖条件下季节冻土发育过程中的土壤温度和土壤含水量进行了跟踪测量。结果表明：森林-积雪覆盖条件下季节冻土的冻结深度最浅,草地-积雪覆盖条件下次之,草地覆盖条件下最深。积雪的存在可以改变季节冻土的冻结深度,还会影响土壤温度和土壤含水量变化。在季节冻土的发育阶段,积雪的隔热作用使得有积雪覆盖条件下土壤温度和土壤含水量较高;在积雪消融阶段,由于积雪融水的补给,土壤含水量也相应地增加,积雪消失后由于蒸发的存在导致土壤含水量减少。     

Observation and analysis of the urban heat island effect on soil in Nanjing, China

The heat island effect in urban meteorology has received significant attention in the recent years. In order to investigate the heat island effect on urban soil, two observation stations were built, respectively, in an urban area and a rural area of Nanjing city, China. The temperatures of underground soil (0?C300?cm depth) were recorded continuously for 1?year from June 2009 to June 2010. The data show that the urban soil temperature is generally higher than the rural soil temperature, and reveal an obvious heat island effect in urban soil with average intensity of 2.02°C over the 1-year period. The intensity varies between days, months and seasons: the daily urban heat island intensity (UHII) of soil ranges from 0.37°C to 3.98°C; the monthly UHII of soil ranges from 1.34°C (November) to 3.05°C (July); the order of seasonal UHII is summer (2.45°C)?>?winter (2.03°C)?>?spring (1.63°C)?>?autumn (1.53°C). The temperature data indicate that the maximum influence depth of daily synoptic events on the subsurface temperature is approximately 60?cm; the UHII generally increases with increasing depth. In addition to soil temperature, the temporal?Cspatial variation of soil moisture in a 100?cm profile depth was also investigated in this study. It is found that the moisture content of urban soil is generally lower than that of rural soil, which reveals an obvious dry island effect with average intensity of ?7.2% over the 1-year period; the maximum single-day urban dry island intensity (UDII) in soil is ?28.0%; the maximum average monthly UDII is ?19.1%, observed in July; the seasonal UDII shows a tendency of summer (?13.8%)?>?spring (?6.3%)?>?autumn (?5.2%)?>?winter (?3.7%). In profile, soil moisture content generally increases with increasing depth, and the maximum UDII is ?25.8% at 40?cm depth. In addition, the large-scale measurement results of 600 general points also confirm that the heat island and dry island effects are exist in urban soil.     

典型岩溶峰丛洼地坡面土壤水分空间变异性

采用网格法测量典型坡面上旱季（12月）和雨季（5月）的表层(0~5 cm)土壤含水量,以地统计学方法分析其空间变异性,结果表明:（1）与单一土地利用坡面相比,人为扰动强、土地利用多样的岩溶峰丛坡地表层土壤含水量表现为坡上未被扰动的自然植被区明显高于坡下人为改造的区域;旱季时坡地林地表层土壤平均含水量（32.8%）明显高于位于坡下的梯田空闲地（24.2%）、梯田橘园（20.0%）、梯田菜园（22.0%）、坡地裸地（23.5%）;雨季时,坡地裸地（30.2%）和梯田橘园（32.1%）有明显增大,梯田空闲地（17.8%）剧烈减小,坡地林地（32.2%）土壤含水量依然最高;（2）旱、雨季整个坡面上空间结构比分别为21.0%、8.7%,表现为雨季的空间相关性更好;旱、雨季表层土壤含水量变异系数分别为20.1%和31.7%,属中等程度变异;雨季表层土壤含水量的变程（77.5 m）显著高于旱季（8.0 m）,雨季的土壤含水量具有较好的空间变异结构;（3）裸岩周围空间的土壤含水量随与裸岩的距离增大而减小,梯田石坎周围空间的土壤含水量随与梯田石坎的距离增大而递减。      

The impact of land use and land cover changes on soil moisture and hydraulic conductivity along the karst hillslopes of southwest China

The understanding of the temporal and spatial dynamics of soil moisture and hydraulic property is crucial to the study of several hydrological and ecological processes. Karst environments are extremely fragile because of thin soil and small soil water holding capacity. A marked intensification of agricultural land use and deforestation due to increase of population and thus expansion of agricultural areas has made the karst environment even more delicate. In this study, the soil moisture contents (SMC) and hydraulic conductivities (K) along four karst hillslopes were measured in situ by time domain reflectometry and the Guelph Permeameter, respectively, at test plots, each of which has a different vegetative cover, landform, land surface slope, soil property and content of rock fragment. The statistical results from the measurements show that land cover changes strongly affect the distribution of soil moisture and hydraulic properties. Compared with SMC in the bare soil areas, SMC values are 30.5, 20.1 and 10.2% greater in the forest, shrub and grass areas, respectively. Vegetation roots significantly increase permeability of low-layer silt soils. Measured K values were 0.8, 0.6 and 0.01 cm/min for the forest, agriculture and bare soil areas, respectively. When the forest was destroyed by fire or cut to become an agricultural area or bare soils, SMC would be reduced by 13.1 and 32.1%, respectively. If deforestation leads to strong rock desertification, SMC was reduced by 70%. Bedrock fractures significantly reduce the SMC in the overlying layer, but increase K values. SMC values of 30–45% would be reduced to 17–30% for the soil layer embedding rocks with and without fractures, respectively. K values could be increased from 1.0 to 8.5 cm/min. SMC are sensitive to terrain. A slope angle increase of 1° would reduce SMC about 0.82%. These changes resulting from land cover and land use alterations offer useful information to further investigate the response of ecosystem evolution to hydrodynamic processes.     

基于遥感和景观分类的北京市裸露农田分析和治理对策

基于遥感影像的决策树分类,结合土地利用图,将北京市农业地表覆盖划分为春玉米、冬小麦、果园、林木苗圃、牧草地、设施农业和畜禽饲养地。考虑海拔、坡度和土壤质地三个因子将北京市分成10个景观区,在景观分区和不同农业用地基础上划分出39类农业景观单元。利用基于遥感影像计算的归一化差异植被指数,结合实地调查验证,分类出北京市冬春季裸露农田。结合景观分类,分析了不同景观单元冬春季地表裸露情况。结果表明：2007—2008年冬春季裸露农田共8.05×104 hm2,主要分布在延庆盆地、密云水库北岸和城区边缘的近郊农业区;海拔和土地利用方式对裸露情况影响较大,其中山区春玉米和平原果园裸露情况绝对面积较大,分别占到总裸露农田面积的40%和17%,牧草地、林木苗圃与设施农业地裸露程度较高。基于不同景观单元裸露程度,结合绿肥种植、保护性耕作、生草覆盖等裸露农田治理方法,探讨了北京市农业产业和景观一体化建设策略。     

温度对非饱和土抗剪强度影响的试验研究

在室内试验的基础上,对不同含水量和干密度的粘性土试样进行了不同环境温度下的直剪试验,获得了南京地区非饱和下蜀土重塑土抗剪强度与温度的关系.试验结果表明:温度对粘性土的抗剪强度有比较复杂的影响.当含水量大于约18%时,土的抗剪强度随着温度的升高而降低,表现出强度的热软化现象;而当含水量等于或低于18%时,土的抗剪强度在干密度等于1.67g·cm-3时,几乎不受温度影响,而当干密度小于1.67 g·cm-3时,土的抗剪强度随着温度的升高而增加,呈现出强度的热同结现象.与此同时,还对土的热固结和热软化现象的机理进行了分析.     

中国东北地区20世纪末土地利用变化的土壤碳源汇效应

土地利用变化是土壤有机碳库变化的重要原因之一。文中选择中国东北地区,利用多目标区域地球化学调查数据,结合20世纪80年代和2000年土地利用数据,分析了不同土地利用方式下土壤有机碳密度分布特征,以及由于土地利用方式变化形成的土壤碳源汇效应。结果发现：（1）不同土地利用下土壤表层有机碳密度（SOCD）差异较大,沼泽地、有...     

基于遥感与GIS的中国城镇用地扩展特征

利用中国1990—2000年土地利用矢量数据和自然区划图,将中国分为6级城镇用地区。第一级城镇用地分类包括辽东胶东山地丘陵、华北平原、鲁中山地丘陵、淮河及长江中下游平原、粤桂闽丘陵平原、华北山地丘陵。这些地区城镇用地比重高,城镇扩展速度快,城镇扩展面积占全国城镇扩展面积的71．47％,城镇扩展造成耕地面积减少占全国的69．88％;其中华北平原占全国的24．54％,淮河及长江中下游占20．15％。城镇扩展占用的主要是耕地资源,占其扩展面积的78．96％;其次农村居民点用地占10．2％,林地占4．48％,草地占2．6％,水体占1．56％,独立工矿用地占1．43％,未利用地占0．77％。城镇居民点用地扩展占用大量的耕地资源,从而造成耕地资源的大量减少,威胁中国的粮食安全。     

毛乌素沙地裸地与植被覆盖下非冻结期土壤水分时空分布特征

在水资源短缺的沙地生态系统中,土壤水分是植被恢复和水资源管理的主要控制因子,正确认识沙地土壤水分的分布特征及时空变化规律是促进沙地水资源可持续发展的基础。以毛乌素沙地为研究区,利用原位试验观测、经典统计学分析和聚类分析相结合的方法,揭示了有无植被覆盖下的土壤剖面水分时空变化特征,探讨了植物生长对土壤水分布的影响。结果表明：在2016年非冻结期内,地下水水位埋深较浅时,裸地与植被覆盖情况下土壤平均含水率均随土壤深度的增加而增大,可将0～350 cm土层划分为气候影响层、过渡层与地下水影响层。裸地剖面平均含水率为23.59%,变异系数为4.24%,属于弱变异,剖面含水率在观测期间明显上升,并在8月中旬强降雨时上升速率达到最大;植被覆盖下土壤剖面平均含水率为17.74%,变异系数为15.61%,属于中等变异,剖面含水率在观测期间显著下降,在8月沙柳发育成熟后剖面含水率下降最快。在垂向深度上,植被对土壤剖面含水率的影响近似呈高斯曲线变化,对过渡层含水率的影响最大,占总影响的50%以上,对气候影响层与地下水影响层的影响相对较小,且随着植物生长,气候影响层受到的相对影响逐渐减弱,地下水影响层受到的...