水面蒸发与散热系数公式研究(一)

根据自1976年以来全国水面蒸发与散热研究协作组在我国各典型地区的原体与室内实验资料和大量水文站历史资料,通过理论分析和统计检验,确定丁影响水面蒸发的诸因子及其非线性相互作用,引入了新的无量纲参数(w_e、Pv、Pe)和公式结构,用实测资料统计确定厂公式中的常系数,得到了用开敞湖面一般水文气象资料计算逐日蒸发和散热系数的公式。经全国各典型气候带内各季节湖泊(水库)和受热污染水体上原体观测和室内专题实验共1860组口平均资料检验,公式的精度高于现有其他公式。全文分两部分,这是第一部分,内容包括:影响水面蒸发的土要无量纲参数;感热输送和大气饱和度对蒸发影响的修正;水面蒸发计算公式的结构及其经验系数。     

水面蒸发与散热系数公式研究(二)

根据自1976年以来全国水面蒸发与散热研究协作组在我国各典型地区的原体与室内实验资料和大量水文站历史资料,通过理论分析和统计检验,确定了影响水面蒸发的诸因子及其非线性相互作用,引入了新的无量纲参数和公式结构,用实测资料统计确定了公式中的常系数,得到了用开敞湖面一般水文气象资料计算逐日蒸发和散热系数的公式。经全国务典型气候带内务季节湖泊(水库)和受热污染水体上原体观测和室内专题实验共1860组日平均检验,公式的精度高于现有其他公式。全文分两部分,本文刊出第二部分,内容包括:公式的检验;水文气象要素对α的影响;水面散热系数的计算和结语。     

1958-2017年太湖蒸发量年际变化趋势及主控因子

湖泊蒸发对气候变化非常敏感,是水文循环响应气候变化的指示因子,因此研究湖泊蒸发的控制因素,对于理解区域水文循环有重要意义.本文利用太湖中尺度涡度通量网避风港站观测数据校正JRA-55再分析资料,驱动CLM4.0-LISSS模型,并利用2012-2017年涡度相关通量数据和湖表面温度数据检验模型模拟蒸发结果,验证了该模型在太湖的适用性;估算了1958-2017年间太湖的湖面蒸发量,并利用Manner-Kendall趋势检验分析了湖面蒸发的变化趋势,寻找太湖实际蒸发的年际变化的主控因子.结果如下:校正后的JRA-55再分析资料模拟的太湖蒸发与观测值之间存在季节偏差,但是季节偏差在年尺度上相互抵消,再分析资料可用于年际尺度太湖蒸发变化的模拟;1958-2017年间太湖蒸发量以1977年为界,先下降(-3.6 mm/a),后增加(2.3 mm/a);多元逐步回归结果表明,向下的短波辐射是太湖1958-2017年间太湖蒸发变化的主控因子,向下的长波辐射、气温、比湿也对湖泊蒸发年际变化有一定影响,但是风速对蒸发量的年际变化影响不大.     

鄱阳湖夏季水面蒸发与蒸发皿蒸发的比较

水面蒸发是湖泊水量平衡要素的重要组成部分.基于传统蒸发皿观测蒸发不能代表实际水面蒸发,而实际水面蒸发特征仍不清楚.本研究基于涡度相关系统观测的鄱阳湖水体实际水面蒸发过程,在小时和日尺度分析了水面蒸发的变化规律及其主要影响因子,并与蒸发皿蒸发进行比较.研究表明,实际水面蒸发日变化波动剧烈,变化范围在0~0.4 mm/h之间.水面蒸发的日变化特征主要受风速的影响.鄱阳湖8月份日水面蒸发量与蒸发皿蒸发量在总体趋势上具有很好的一致性.8月份平均日水面蒸发速率(5.90 mm/d)比蒸发皿蒸发速率(5.65 mm/d)高4.6%.水面日蒸发量与蒸发皿蒸发量的比值在8月上、中、下旬平均值分别为1.24、1.00、0.92,呈现下降的趋势.鄱阳湖夏季水面日蒸发量与风速和相对湿度相关性显著,而蒸发皿蒸发与净辐射、气温、饱和水汽压差和相对湿度均呈显著相关.这是由于蒸发皿水体容积小,与湖泊相比其水体热存储能力小,因此更容易受到环境因子的影响.     

《太湖》简介

由中国科学院南京地理与湖泊研究所孙顺才、黄漪平主编的《太湖》一书,是该所科研人员多年来对太湖及太湖平原湖泊进行多次综合调查与系统研究的科学总结。包括湖泊水下地形测量、水文要素及湖流、波浪等动力要素的观测,并在湖中打下了一系列的浅、深钻,对数以万个的水、土质样品进行了系统的分析所获得的结果。由于在野外工作中,尽可能使用了最新的仪器设备,如浅地层剖面仪、测深仪、测流仪,克服了一系列技术上和湖面作业的难关,因而获得了大量的第一手最新资料。其中许多资料还是来自湖中长期定位观测和实验室较高精度的分析,有些则包含有中日、中美合作的研究成果。因此,书中资料翔实,内容丰富,不仅方法新,还提出了一些新理论、新观点:如太湖的形成演化、湖流数值模拟、定振波定位观测等。     

太湖小时尺度水面蒸发特征及3种模型模拟效果对比

小时尺度水面蒸发可影响水面大气边界层热力和动力结构,分析湖泊小时尺度水面蒸发主要影响因素,选取准确模拟其特征的蒸发模型,将有助于改善流域天气预报和空气质量预报.基于太湖避风港站2012—2013年通量、辐射和气象观测数据,分析太湖小时尺度水面蒸发主要影响因子和3个模型(传统质量传输模型、Granger and Hedstrom经验模型、DYRESM模型)的模拟效果.结果表明:影响太湖小时尺度水面蒸发的主要因子为水气界面水汽压差和风速的乘积,而非净辐射.传统质量传输模型、Granger and Hedstrom经验模型、DYRESM模型模拟值与全年实测值的一致性系数分别为0.92、0.87和0.89,均方根误差分别为28.35、41.58和38.26 W/m~2.传统质量传输模型对太湖小时尺度水面蒸发的日变化和季节动态模拟效果最佳,其夜间模拟相对误差小于3%,除秋季外,其他季节的模拟绝对误差均小于4 W/m~2.Granger and Hedstrom经验模型系统性地高估太湖潜热通量,在大气较为稳定的午后(高估22~32 W/m~2)和冬季(高估72%)高估最为明显,模拟效果最差.DYRESM模型也系统地高估太湖潜热通量,模拟效果居中.考虑水汽交换系数随风速的变化特征将有助于改善传统质量传输模型和DYRESM模型对太湖小时尺度水面蒸发的模拟精度.     

浅水湖泊生态系统的多稳态理论及其应用

在“八五”期间太湖研究工作的基础上,发展和充实了浅水湖泊多稳态理论,简要介绍了多稳态概念模型,并将这一理论和模型贯穿于太湖富营养化防治研究中;总结了太湖各湖区的状态演化过程,提出保护东太湖生态环境和治理五里湖的策略及技术路线,并付诸于实验;证明了利多稳态理论和多稳态模型指导湖泊富营养化防治的可行性。     

湖泊蒸发观测与计算方法研究进展

湖泊蒸发是连接湖泊水分循环与能量平衡的关键纽带之一,认识湖泊蒸发过程对于理解湖-气间相互作用机制十分重要。然而,由于湖泊的形态结构、地理位置和气候背景不同,各湖泊在不同时间尺度上的蒸发特征不同。湖泊蒸发存在复杂的物理驱动过程、时间尺度相关的反馈以及空间异质性。准确地捕捉并量化湖泊蒸发过程,仍是湖沼学、水文学和气象学等学科的重要研究内容。本文首先介绍了湖泊蒸发的主要观测手段,然后概述了湖泊蒸发在日内、季节、年际、年代际四种不同时间尺度的变化特征;梳理了不同时间尺度各要素对湖泊蒸发的影响,以及湖泊蒸发与湖泊面积和深度等形态结构特性及纬度和海拔等地理因素之间的关系;对自涡度相关技术等高精度仪器应用以来的湖泊蒸发研究进展做出了总结。     

浅水湖泊湖沼学与太湖富营养化控制研究

自2007年无锡暴发饮用水危机事件以来,太湖经历了前所未有的高强度、大规模治理,各种治理措施累计投资已经超过千亿元.监测显示,在治理初期太湖的氮、磷浓度下降明显,水质有所好转,但最近几年关键水质指标总磷与浮游植物叶绿素α浓度出现了波动,蓝藻水华有所反弹.研究表明,太湖的外源负荷并没有减少,这与城镇用水量增加、污水排放标准偏低、面源污染削减不足有很大的关系;同时,内源负荷也因为蓝藻水华的持续而加重,浅水湖泊水深浅、扰动强的特点强化了磷的循环利用效率,加剧了内源负荷对湖泊富营养化和蓝藻水华的影响.气候变暖叠加营养盐富集的复合效应、流域风速下降以及暴雨事件频次和强度增加等气象水文条件变化,都促进了太湖蓝藻水华的暴发;蓝藻水华的时空分布特征则受湖泊水动力的决定性影响.太湖治理的曲折过程,凸显了大型浅水湖泊湖沼学研究的不断深入与发展,未来需要继续加强多学科交叉研究,特别是基于湖泊-流域系统的气象水文、生物地球化学和生物生态学的学科交叉.对于太湖生态环境的综合治理和管理,既要注重湖泊与流域相结合,更需要重视自然科学和人文科学的有机融合,才能真正达到控制太湖富营养化、维护流域水环境安全与社会经济可持续发展的目标.     

用稳定同位素方法估算大型浅水湖泊蒸发量——以太湖为例

湖泊蒸发量的准确估算对于水文学、气象学和湖泊学等研究有重要的意义.基于2013-2015年太湖水量收支资料、气象观测数据和稳定同位素观测资料,采用稳定同位素质量守恒模型、水量平衡法和Priestley-Taylor模型估算太湖蒸发量,分析太湖蒸发量的季节变化和年际变化特征,并以Priestley-Taylor模型结果为参考值,评价水量平衡法和同位素质量守恒方程的计算精度.结果表明:5-9月太湖蒸发量较高,冬季最低.2013-2015年太湖年总蒸发量分别为1069、894和935 mm,蒸发量的年际变化受到天气条件的影响.2013年12月2014年11月期间,用Priestley-Taylor模型计算的湖泊蒸发量为885 mm;同位素质量守恒模型的估算结果较一致,为893 mm;而水量平衡方程的估算结果明显偏高,为1247 mm.     

太湖水环境面临的主要问题、研究动态与初步进展

本文对太湖水环境研究作了一个简单的回顾,指出了这几十年工作所取得的成就,如太湖进出污染物调查和水质评估,太湖水体光辐射观测与模拟等,结合国家有关主湖治理措施与方案,提出了“九五”工作应该着重在湖泊生态管理模型,水土界面主蓝藻水华爆发机制等领域,通过对当前国际上在这些领域中研究进展情况的回顾,特别介绍了在湖泊水动力学的观测,解释,模拟和应用方面,在湖泊藻类生长以及水结出现与湖泊光照条件,营养盐水平的     

苏联俄文版新书——《震源物理研究中的实验方法和计算方法》简介

本书是一本学术报告汇编,汇集了1985年12月在兹韦尼戈罗德召开的全苏第4次震源物理科学讨论会上宣读的论文报告。这些报告阐述了近年来苏联运用野外观测、实验室实验、理论分析等方法研究震源物理过程所取得的成果。很大一部分报告阐述了研究震源区地球物理介质和地质-构造状态的成果。本书可从整体上反映苏联科学家在研究震源物理方面所取得的成就。     

巢湖对冬季陆面辐射和热量过程的影响

从物理气候学的观点出发,分析了湖泊对水体和陆地辐射平衡和热量平衡各分量的影响。以巢湖地区冬季观测资料为例,揭示了在晴稳天气湖陆风环流对陆面显热输送的影响,以及在冷平流天气,湖泊对上下风方陆面显热输送的影响。     

不同强度冷空气对太湖水热交换的定量影响

作为冷季主要的天气事件,冷空气过境会改变湖泊上方的气团性质,对湖泊的水热通量产生影响,进而影响湖泊的生物物理和化学过程.以亚热带大型浅水湖泊——太湖为研究对象,基于2012-2017年5个冷季（11月-翌年3月）的太湖中尺度通量网观测数据,量化不同强度冷空气（寒潮、强冷空气和较强冷空气）对太湖水热通量的影响.结果表明：在5个冷季中,寒潮、强冷空气和较强冷空气发生的总次数分别为4、11和33次,累积持续天数分别为14、31和78天.冷空气过境显著增强太湖的水热通量,3种冷空气过境使太湖的感热通量分别增至无冷空气时的10.3、6.0和4.3倍,潜热通量分别增至无冷空气时的4.0、2.1和2.7倍.虽然冷空气影响天数仅占冷季天数的16.4%,但对整个冷季的潜热和感热通量贡献分别为34.9%和51.7%,以较强冷空气贡献最大.冷空气影响时,水-气界面的温度梯度是太湖感热通量的主控因子,而潜热通量的主控因子为风速.与深水湖泊相比,太湖等浅水湖泊对冷空气过境的响应更快,寒潮过境时尤为明显.     

大型浅水湖泊水体对流混合速率分析

湖泊水体的对流混合是最基本的物理过程,其能显著影响湖泊生态系统温室气体等循环,但浅水湖泊水体对流混合的研究鲜有报道.本研究基于太湖(面积2400 km2,平均水深1.9 m)中尺度通量网的原位、高频、连续和多点的观测数据,分析该大型浅水湖泊水体对流混合速率w*的时空特征.结果表明太湖水体w*的均值为2.49 mm/s,因太湖的风速、水温和辐射等物理参数无空间变化,w*也无明显的空间变化.但是研究表明w*呈现显著的昼夜变化和季节变化,且昼夜变化幅度强于季节变化.总体上夜间w*是白天的4倍多,冬季w*(均值1.79 mm/s)明显低于春季(均值2.42 mm/s)、夏季(均值2.91 mm/s)和秋季(均值2.82 mm/s).太湖w*主要受风速和能量收支影响,白天风速是主要驱动因子,夜晚能量收支是主要驱动因子.     

三峡水库水面蒸发年内滞后效应分析

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水面蒸发的响应模式更为复杂,而目前对其认识非常薄弱。本文利用2013年8月—2020年7月三峡水库巴东站水面蒸发场和陆面蒸发场的蒸发和气象观测数据,分析了水面蒸发的季节变化及其年内滞后效应。结果表明:水面蒸发场蒸发量在年内的8和12月呈现双峰变化,与只有8月单峰值的陆面蒸发场蒸发量显著不同。水面蒸发场蒸发量相对净辐射、平均气温和水面温度分别存在4、3和2个月的滞后,而陆面蒸发场蒸发量相对滞后时间均在1个月以内;水面与陆面蒸发场相比,水温、蒸发量和水面与大气饱和差之间的滞后时间分别为1、3和4个月,而平均气温和净辐射之间不存在滞后。本文揭示出三峡水库巴东段水面蒸发年内滞后效应主要受到水库水温引起的水面与大气饱和差在季节上滞后的影响,需通过深入分析水温的时空变化来明确整个三峡水库的水面蒸发特征。     

环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状调查

环太湖地区经济发达,人口密集,近年来面临严重的富营养化、生境退化和外来水生物种入侵等环境问题.为明确环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状,于2018年开展本地和外来水生植物多样性调查.结果表明:(1)在环太湖地区共计进行65个群落样方调查分析,记录到38种水生植物,分属22科29属;(2)环太湖地区31个河道样方中入侵沉水植物水盾草重要值最高,其次为另一种入侵漂浮植物凤眼蓝,在34个湖泊沿岸带样方中凤眼蓝重要值最高;(3)环太湖地区河道和湖泊沿岸带样方生物多样性分别随着水盾草和凤眼蓝盖度的增加而降低,表明外来入侵植物影响水生植物生物多样性.环太湖地区湖泊需加强防范凤眼蓝漂浮生长分布范围扩大和水盾草沿河道入侵太湖湖区.这一地区同时面对水生植物覆盖面积减少和外来植物入侵问题,建议进行全太湖流域水生植物分布区域和生物多样性摸底普查,加强对外来入侵植物传播的监控,建立水生植物自然保护区.     

全球变化下青藏高原湖泊在地表水循环中的作用

青藏高原是地球上最重要的高海拔地区之一,对全球变化具有敏感响应.青藏高原作为"亚洲水塔",其地表水资源及其变化对高原本身及周边地区的经济社会发展具有重要的影响.然而,在气候变暖的情况下,构成高原地表水资源的各个组分,如冰川、湖泊、河流、降水等水体的相变及其转化却鲜为人知.湖泊是青藏高原地表水体相变和水循环的关键环节.湖泊面积、水位和水量对西风和印度季风的降水变化非常敏感,但湖泊面积和水量变化在不同区域和时段的响应也不尽相同.湖泊水温对气候变暖具有明显响应,湖泊水温和水下温跃层深度的变化能够对水—气的热量交换具有明显影响,从而影响了区域蒸发和降水等水循环过程.由于湖泊水量增加,高原中部色林错地区湖泊盐度自1970s以来普遍下降.根据60多个湖泊实地监测建立的遥感反演模型研究发现,2000—2019年湖泊透明度普遍升高.对不同补给类型的大湖水量平衡监测发现,影响湖泊变化的气象和水文要素具有较大差异.在目前的暖湿气候条件下,青藏高原的湖泊将会持续扩张.为了深入认识湖泊变化在青藏高原区域水循环和气候变化中的作用,需要全面了解湖泊水量赋存及连续的时间序列变化,需要深入了解湖泊理化参数变化及对湖泊大气之间热量交换的影响,需要更多来自大湖流域的综合连续观测数据.     

中国西部湖泊水体δD与δ18O的空间变化特征及其影响因素

湖泊水体的氢氧同位素(δD、δ~(18)O)是研究区域大气降水和水文循环的重要手段之一,目前对其的研究主要以单一湖泊为主.以2016年夏季在中国西部地区采集的33个湖泊水体为研究对象,分析其氢氧同位素的变化特征,并结合当地夏季大气降水、湖水盐度、海拔与纬度等资料,探讨中国西部33个湖泊水体δD、δ~(18)O的空间分布特征及其影响因素.结果表明:33个湖泊水体的δD与δ18O组成主要受控于大气降水,但受蒸发分馏的影响,湖水线的斜率与截距低于大气水线.湖泊水体与夏季大气降水氢氧同位素存在明显的空间分异,这种分异与湖水盐度无关,主要受到区域降水水汽来源不同的影响.青藏高原南北两侧由于水汽来源及蒸发条件的不同,使得青藏高原湖泊水体的氢氧同位素呈现出"北高南低"的特点,新疆西北部受西风影响,湖泊水体的氢氧同位素明显偏负,内蒙古及邻近地区受东南季风的影响,湖水受到蒸发分馏作用使其δD与δ~(18)O偏正.不同区域湖泊水体的氘盈余(d_excess)反映了不同的水汽源地的湿度状况而不能指示湖水的蒸发状况.受降水影响,青藏高原地区湖水氢氧同位素组成与海拔高度呈负相关,与纬度呈正相关.     

近太湖新银鱼——银鱼移植新对象

近太湖新银鱼不仅在形态上与太湖新银鱼很相似,而且它们的个体大小、生长速度、食性等方面也十分相近。近几年在湖北地区的湖泊、水库相继发现了近太湖新银鱼,并在湖北省广水市徐家河水库成为优势种类,形成了较大生产规模。从目前研究的结果来看,近太湖新银鱼也是适宜我国湖泊、水库移植的银鱼种类。