荒漠下垫面陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验

建立了一个研究荒漠下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式. 模拟了荒漠下垫面的土壤环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征.并对主要的环境物理参数进行了敏感性实验.结果表明,本模式能合理地模拟荒漠下垫面地表热量平衡、土壤体积含水量、地表植被蒸发散阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等.该模式还可进一步应用于研究区域陆面物理过程与大气边界层相互作用机制,及与中尺度大气模式耦合用于区域环境生态和气候的研究.     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

西北地区降水对陆面特征敏感性的数值试验

本文是一个用大气环境模式研究中国西北地区陆面特征改变之后影响其降水的数值试验，模式中假定西北地区的植被完全被裸陆代替，对６、７、８月进行数值积分，以便检查夏季大气环流对陆面特征的响应，数值试验的结论是：陆面反照率升高后，与之相伴随的是降水率下降，并且大气的下沉运动控制了该地区。     

一次强天气过程天山地形方案的敏感性试验研究

为定量研究天山山脉地形对新疆强降水天气的影响作用,用WRFV3.1模式对2009年5月24日夜间至26日夜间新疆地区自西向东出现的降水、大风、降温天气过程进行了数值模拟,并通过改变天山山脉的地形高度设计了一组敏感性试验。结果表明:①天山山脉的地形作用是此次强降水天气过程在天山山区形成暴雨的主要原因之一;随着地形的升高,降水分布更不对称,更不均匀,雨带在天山迎风坡一侧的带状分布特征越明显,迎风坡一侧的降水量极值越大;地形的抬升作用对暴雨在山脉迎风坡一侧的降雨量有明显的增幅作用,对其雨带分布也有显著影响\.②天山山脉对这次强降水天气过程中的西南暖湿气流有明显的分流与阻挡作用;天山山脉将西南暖湿气流分为南北两支,使北支的水汽混合比极大值减小,湿区范围增大;使南支的水汽混合比极大值增大,湿区范围增大。③天山山脉的地形抬升作用为“5·25”强降水过程在天山山区发生暴雨天气创造了水汽的垂直上升运动条件,对昆仑山北坡暖湿气流的垂直上升运动也有一定的贡献作用。④天山山脉地形对准噶尔盆地西北部直至天山山脉北侧的气流有明显的阻挡与减缓作用,对三十里风区、百里风区、汗腾格里峰北坡强风带的形成有直接而重要的作用;地形高度越高,产生垂直运动的地形抬升机制越强,地形强迫抬升作用产生的垂直上升运动越剧烈\.⑤天山山脉明显地减轻了寒潮天气过程中南疆塔里木盆地的降温幅度,对准噶尔盆地北部的寒潮降温幅度也有一定的减缓作用,对塔里木盆地的“保温”作用较准噶尔盆地明显。     

北极大气边界层初步模拟试验

应用一维K闭合OSUPBL模式和ARCSCM极地柱模式,采用SHEBA观测资料和ECM- WF的输出结果作为模式的初始场和外强迫场,对SHEBA试验所在地(75°N,150°W)单点的北极大气边界层特征,进行了初步的模拟并与SHEBA资料进行对比分析。研究表明,这两个模式都具有较好地模拟单点北极大气边界层特征的能力。OSUPBL模式在垂直高度上的高分辨率,使其能够更好地反映大气边界层内部的细微变化特征。ARCSCM模式中考虑了比较多的物理过程,且需要提供比较完整的初始场、边界条件和侧向强迫,并每小时更新,模拟结果更符合实际情况。对模式的不足和下一步的研究也进行了讨论。     

沙尘模式中湿沉降过程的参数化及模拟试验

在调研国内外固体气溶胶湿清除理论研究成果的基础上,从反映物理机制和实际可应用性两方面出发,设计了可考虑不同性质降水(降雨与降雪)拖曳作用的沙尘湿沉降参数化方案,并引入到沙尘模式中。选取2003年4月16~18日我国西北地区一次伴有降水的沙尘天气过程,进行了有无湿沉降方案的数值模拟对比试验,并针对两种降雨清除系数的简化方案做了敏感性试验。对试验的分析结果显示:降水拖曳作用引起的湿沉降对沙尘浓度的分布有比较明显的影响,这种影响从地面到对流层低层都有表现;在降水区,沙尘湿沉降速度与干沉降速度量级基本相当;在本例降水量较小的条件下,湿沉降对降雨清除系数简化方案的选取不很敏感。     

陆面过程参数化模式的研究

在概述了近年来国内外陆面过程参数化研究的基础上,发展了一个改进的陆面过程参数化模式。该模式能被应用于地球表面不同土壤和植被类型的陆面过程的相互作用研究。在该模式中通过土壤结构参数和陆面过程湍流通量的参数化,可广泛应用于不同类型的区域。在模式中,大气-陆面系统包括3个子系统:近地层大气、冠层和土壤活跃层。土壤被分为4层,上两层分别相当于温度的日和季变化层,植被的根系活动也在这两层内,在最深层的温度和含水量是气候的平均值。发展的陆面过程参数化模式可应用于不同气候区域能量平衡和气候的模拟研究。对我国在该领域的研究,特别是在开发我国西北地区过程中的环境生态研究中具有重要的意义。     

农作物分布对南水北调受水区域陆面过程模拟的影响

本文将中国陆面覆盖资料(CLCV)与全球农作物分布资料融合,获取了一套包含小麦、玉米和水稻这些农作 物分布的陆面覆盖资料(CLCV- 3C),并将该陆面覆盖资料以及CLCV 应用于陆面模式CLM针对南水北调受水区域 的数值模拟试验以探讨该区域农作物分布对陆面能量水分过程模拟的影响。结果显示,与原来没有区分这三种主 要农作物分布相比,考虑农作物分布后,小麦区模拟的多年平均净辐射、感热、径流会增加,而蒸散发会减少;玉米 区和水稻区的多年平均净辐射、感热、蒸散发均会增加,而径流会减少。这些研究表明,农作物分布对南水北调受水 区域陆面水分能量过程有不可忽视的影响。     

基于陆面模式和遥感技术的地表温度比较

基于我国中部的样带基础上,采用陆面模式 (Common Land Surface Model CLM) 和遥感结合技术,对研究的样带区域的地表温度利用CLM模式进行模拟和利用遥感分裂窗技术进行反演;以观测地表温度为真值,分别比较模拟地表温度和反演地表温度空间分布特征和误差大小,分析模拟方法和反演方法对计算地表温度的可适性和应用范围,为进行大面的地表温度计算提供选择和参考依据。通过研究发现,模式模拟地表温度同实测地表温度分布的大的格局吻合非常的好, 但是因地貌类型及地表覆盖的影响,模拟地表温度对水域的模拟温度误差较大,大于3%以上,对耕地模拟误差偏小,在 (-3)% 以内,对裸地、草地和林地模拟温度吻合非常的好。反演地表温度同观测地表温度相差较大,分裂窗反演方法适合地表覆盖为草地和林地状态的地表温度的计算,裸露和农耕区域反演的地表温度误差特别的大。     

绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征影响的数值模拟

采用两维高分辩率边界层数值模式,并与一个包括植被和土壤层的生物一大气能量传输模式(BATS)耦合,模拟研究绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征的影响。结果表明,沙漠中的绿洲对大气产生"冷湿效应",使之上空形成冷湿气柱;绿洲之间的沙漠对大气呈"暖干效应",使上空形成热干气柱。在水平平流的作用下,在绿洲下游的沙漠边缘形成降水峰值,有利于降水,但沙漠区下游的绿洲则相对于整个绿洲区降水偏少,不利于形成降水。     

华东地区农田土壤有机碳动态模拟研究——模型的验证与灵敏度分析

以建成的农田土壤有机碳动态模拟模型为基础,增加土壤pH值影响函数,利用3组土壤pH值迥异的长期定位试验数据对模型进行验证。这些定位试验在地理位置、气象条件、农作方式和土壤性质等方面都具有较大差异。结果表明:修正后的模型可以较好地模拟不同pH值条件下土壤有机碳的变化趋势,模拟值和观测值间的线性相关系数(r2)为0.96(n=137);模型输入参数的敏感程度为温度>外源有机碳>土壤pH值>难分解组分初值>降水>土壤粘粒。     

几种典型戈壁床面风沙流特性比较

通过不同材料覆盖的戈壁床面风沙流特性风洞模拟实验,发现对于棱角状砾石戈壁床面,地表动力学粗糙度随风速的增加而增加;而卵石床面,地表动力学粗糙度随风速的增加呈减小趋势。戈壁床面风速随高度的分布同样满足对数规律,棱角状砾石床面对风速的减弱程度相对于卵石床面更趋于显著。沙粒与戈壁床面棱角状砾石发生碰撞时其起跳高度增大,引起含沙量随高度分布不再满足流沙地表的指数衰减规律,而呈“象鼻效应”,出现拐点。戈壁地表输沙率与风速服从幂函数关系,但其幂指数远大于流沙地表。输沙率与风速之间幂函数关系中幂指数的取值主要受控于地表粒度组成。     

基于多时相冠层结构参数对冠层光谱的敏感性分析

遥感反演的前提需对模型的输入参数进行敏感性分析.该文选取冬小麦返青期、拔节期、孕穗期和抽穗期,考虑输入参数之间的相关性,以辐射传输模型(PROSAIL)为研究对象,对比分析了局部敏感性和全局敏感性方法在模型不确定性和LAI敏感性上的差异.结果表明,随着冬小麦的生长,模拟光谱与实测光谱吻合度提高,模型模拟的不确定性降低;与局部敏感性方法相比,全局敏感性方法的模型不确定性降低,模拟精度提高,冠层光谱对LAI的敏感性有明显变化,植被指数对LAI的敏感性则相对稳定;与NDVI相比,TGDVI对LAI更敏感.     

敦煌绿洲边缘植物群落与土壤养分互馈关系

植物群落与土壤性状相互作用研究对于认识生态系统结构与功能有着重要的意义。通过对敦煌绿洲边缘典型植物群落21个样地（20m×20m）的植被和土壤系统取样调查,在分析植物群落及其土壤养分特征的基础上,采用CCA典范对应分析法研究了土壤养分对植物群落物种分布的影响。结果表明：调查区域植被群落共出现植物27种,隶属于15科,26属,以藜科（Chenopodiaceae）植物居多,占总物种数的29.6%。柽柳（Tamarix chinensis）群落的物种丰富度最大,胡杨（Populus euphratica）群落的物种丰富度最小。植被0~80 cm土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量排序为柽柳>黑果枸杞（Lycium ruthenicum） > 梭梭（Haloxylon ammodendron） > 沙拐枣（Calligonum mongolicum）,全磷、全盐、速效氮含量排序为柽柳 > 黑果枸杞 > 沙拐枣 > 梭梭,全钾含量排序为黑果枸杞 > 柽柳 > 梭梭 > 沙拐枣,pH值排序为梭梭 > 沙拐枣 > 黑果枸杞 > 柽柳。不同植被覆盖各养分指标之间差异显著。随土层深度的增加,柽柳和黑果枸杞群落土壤全氮、有机质、全盐、速效氮、速效钾含量逐渐降低,表聚效应明显,土壤全磷、全钾、速效磷含量逐渐增大后减小,梭梭与沙拐枣养分层次特征不明显。4种植被群落土壤pH值随土层深度的增大呈波动的趋势。CCA排序结果表明植被群落物种分布的土壤环境调控因子重要性排序为全氮 > pH > 全钾,土壤全氮是植物群落物种分布的最重要调控因子。     

边坡滚石运动学参数敏感性

滚石是边坡工程中一种常见的动力地质灾害.正确估算滚石运动轨迹是经济合理地进行防护结构设计的基础.滚石运动轨迹受多种参数的影响,准确把握各运动学参数对防护结构设计控制指标的敏感性,可以更加有针对性地进行滚石灾害防治工作.因此,将正交试验设计与基于运动学的滚石运动轨迹数值计算方法相结合,以景(德镇)鹰(潭)高速公路DK27+120里程附近边坡滚石灾害为例,将3类防护结构设计控制指标作为试验指标,将5种影响滚石运动轨迹的参数作为试验因素,应用正交试验表安排滚石运动轨迹数值计算试验,进行3指标5因素正交试验.通过试验结果的极差分析与方差分析,对滚石运动学参数的敏感性以及显著性进行分析和检验,确定影响防护结构设计控制指标的主要参数,为滚石灾害的防治提供科学依据.     

敦煌绿洲地下水微量元素分布特征及其成因

采用多元统计和水文地球化学分析对中国西北地区敦煌绿洲地下水微量元素分布特征及其成因进行了研究.结果表明:地下水中大多数微量元素含量较低,水质总体良好.地下水微量元素具有明显的地带分布规律,从山前洪积扇扇顶补给地带,到中下游细土平原径流排泄区,多数金属元素含量增加,部分在中游出现极大值.蒸发浓缩作用和水岩相互作用控制了研...     

甘肃敦煌旅游业与城市发展协调性及趋势分析

利用甘肃省敦煌市1987—2012年的社会经济统计数据,将信息熵赋权法和TOPSIS评价法相结合,对敦煌旅游业与城市发展协调性进行测算,并借助ARIMA模型预测短期内协调性发展状态和趋势。1987—2012年敦煌旅游业与城市发展协调性呈持续递增的态势,协调系数由1987年的0.134增长到2012年的0.933,增幅较大,说明二者发展保持着良性互动、协调发展的状态。ARIMA模型的预测结果显示,2013—2017年协调性将继续优化,保持和谐互动的发展势头。敦煌旅游业与城市发展协调性的不断优化,与其所处的发展环境、政策机遇密切相关。西部大开发战略、敦煌水资源合理利用和生态保护综合规划、华夏文明传承保护创新实验区规划的实施以及丝绸之路经济带的建设成为敦煌旅游业与城市发展的动力和机遇。     

敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源

基于敦煌盆地2012年11月至2013年11月降水氢、氧稳定同位素数据 (δD、δ¹⁸O和d-excess),结合GNIP降水同位素监测资料和HYSPLIT 4模型对降水后向气团传输路径模拟结果,对敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源进行研究。结果表明:敦煌盆地降水δD和δ¹⁸O存在明显的季节效应,即降水δD和δ¹⁸O具有夏高冬低的变化特征;同时降水δD和δ¹⁸O表现出显著的温度效应,温度每升高1 ℃,δD增加6.89‰,δ¹⁸O增加0.92‰。敦煌盆地局地大气水线(LMWL)为δD=7.45δ¹⁸O+2.72(R²=0.98),受降水二次蒸发的影响,其斜率和截距均低于全球大气水线(GMWL)。降水d-excess受当地气温和相对湿度的影响,冬半年(11月至次年4月)偏正,夏半年(5-10月)偏负。从全年来看,敦煌盆地降水水汽主要来源于西风输送,冬季和春季受极地气团的影响,夏季部分降水事件受西南季风和局地再循环水汽的影响。     

敦煌莫高窟窟前林带防护效应的风洞实验

洞窟环境包括窟内的温度、湿度、光照、气流等环境因素的适宜程度,对保护洞窟内的壁画和彩塑是十分重要的。洞窟环境不仅因洞窟所处的位置、大小、型制、有无窟门及窟门形式等而异,而且与窟外整个大环境密切相关。不同风况对洞窟内的气流交换起着重要的作用,也是造成石窟壁画彩塑风沙尘粒沉积、崖面风蚀的主要原因。通过风洞模拟实验,从窟前流场、洞窟环流、崖角形状及其受力等几个方面研究了窟前林带的防护效应和崖角防风蚀机理。结果表明：从控制洞窟水汽因素来讲,窟前以通风结构林带最佳,疏透结构林带次之,紧密结构林带欠佳。控制窟前林带灌溉强度,建立多次、少量的窟前林带灌溉制度,同时,在偏东风条件下尽量减少对窟前林带的灌溉,是控制林带生长和底层洞窟侧渗的重要一环。考虑到促进洞窟自然通风的需求,采用一定疏透度的窟门和采取必要的强迫通风,能够较大改善洞窟的自然通风和环境适宜状况。     

敦煌盆地重点区土地荒漠化变化特征及原因分析

敦煌是河西走廊的西大门,阻挡着库塔姆格沙漠的东侵,近年来随着敦煌绿洲的萎缩引发了"敦煌是否会成为第二个楼兰"的忧虑。该文以敦煌绿洲为重点研究区,运用遥感解译的方式分析20世纪90年代以来敦煌绿洲的土地荒漠化特征。得出如下结论:1)敦煌绿洲的土地荒漠化有越来越严重的趋势;2)人口的不断增加、社会经济的快速发展、对水土资源的无序开发是造成土地荒漠化的主要原因之一;3)风蚀作用成为土地荒漠化的另一个主要原因。