寒区工程与冻融力学

从环境与生态、减灾防灾与中国 2 1世纪寒区建设实际和全球气候变化等方面进行论述 ,指出 :寒区工程学研究对象广泛 ,涉及低温环境 (0℃以下 )和冻融变化对工程建设影响的问题都属于它的研究范围 ;多年冻土向季节性冻土转化 ,冻融变化的交替作用将引发泥石流、滑塌、滑坡、冰锥等一系列灾害 ,给寒区工程和生态系统造成破坏 ;另外 ,由于人类工程活动对环境的反作用 ,也不同程度地加剧了滑塌、滑坡、地震、泥石流等灾害的发生 ;中国西部和寒冷地区蕴藏着丰富的自然资源 ,如何加快西部大开发和寒区经济建设 ,并在开发和建设中减灾防灾、改善和保护环境 ,是一个重要问题。同时 ,进一步提出作为地学、物理学与力学的交叉学科———冻融力学的概念、研究对象、研究方法和研究任务 ,指出 :冻融力学研究正温—负温环境交替变化对材料的物理、力学性质的影响 ,研究冻融灾害的规律及其预防措施 ,是一门具有很强寒区工程背景的应用学科 ;冻融力学以包括冻土 (负温或零温度状态含有冰的各种土 ,而负温下的干土称为寒土 )在内的冰水介质 (含冰含水的介质 )为研究对象。从研究对象和研究范围来看 ,冻土力学只是冻融力学的一部分 ;从研究内容来看 ,冻融力学比冻土力学要丰富得多。文末给出若干有益建议和设想。     

赤道太平洋海域上层海洋热含量及其变化机制的诊断分析*

基于1992—2015年国际共享的ECCO v4 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean Version 4)同化产品, 利用热含量控制方程定量地诊断赤道太平洋(118°E—75°W, 5°S—5°N, 0~300m)和Niño 3.4区(170°W—120°W, 5°S—5°N, 0~80m)这两块区域热含量变化机制。对于去掉季节平均后的年际变化, 在赤道太平洋地区, 时间趋势项主要由经向输送和海表热通量项共同驱动。通过5°N断面的输送决定了时间趋势项的幅值和正负符号。在Niño 3.4区, 时间趋势项主要由海表热通量项和热量输送项共同驱动, 其中垂向输送对总输送贡献最大。赤道太平洋地区经向热量输送异常领先于Niño 3.4区垂向热量输送异常, 这解释了在年际尺度上赤道太平洋热含量异常领先Niño 3.4指数变化的原因。尽管EP(Eastern Pattern)型El Niño和CP(Central Pattern)型El Niño有许多不同之处, 合成分析表明, 两类El Niño的共同点为: 在赤道太平洋地区, 两类El Niño事件的热量输送异常在发展期和衰退期由经向输送主导; 在Niño 3.4区, EP型El Niño和CP型El Niño的热量输送在发展期和衰退期由垂向输送主导。     

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。     

长白山岳桦苔原过渡带动态与气候变化

应用样带网格调查方法 ,对长白山岳桦苔原过渡带上岳桦径级结构、分布格局以及过渡带的环境因子进行调查 ,并与最近几十年的极端低温进行了对比研究 ,用格局的差异和径级结构的动态变化来揭示全球变暖对岳桦苔原过渡带的影响。结果表明 :全球气候变暖对长白山岳桦苔原过渡带产生很大影响 ,气候变暖使得岳桦苔原过渡带中的岳桦分布主要以幼苗和幼树为主 ,其中岳桦的径级分布呈倒J字型 ,过渡带中岳桦种群格局呈聚集型分布。整个岳桦种群随着全球气候变暖有一种整体向上迁移的趋势 ,尤其以岳桦苔原过渡带最为明显 ,岳桦苔原过渡带变宽 ,岳桦向苔原侵入的程度加剧。     

沈阳市细河周边农田土壤和大气中有机氯农药和多氯联苯初步研究

在2010年5月调查了沈阳市细河沿岸表层土壤中有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)的污染现状,评价土壤中OCPs残留的生态风险。沈阳细河沿岸表层土壤中HCHs浓度范围分别为2.32～15.90 ng/g,平均浓度为8.99ng/g。DDTs浓度范围分别为9.06～111.6 ng/g,平均浓度为37.08 ng/g。7种PCBs异构体总平均浓度为1.01ng/g,大部分采样点OCPs和PCBs未超过国家土壤环境质量标准,推断近期可能有林丹的使用但没有新的DDTs污染源输入,但个别地点土壤中的DDTs残留浓度对生态系统健康构成了潜在的威胁。大气蒸汽态HCHs浓度为18.97 ng/m3;DDTs浓度为42.27 ng/m3;PCBs浓度为20.59 ng/m3。研究表明大气长距离传输对该区域的OCPs污染也有较为明显的影响。初步运用逸度概念模型进行分析,发现HCHs和DDTs的逸出方向为从土壤向大气挥发。     

热带西太平洋海面高度变化与华南3—4月降水异常的关系

随着海洋观测技术的进步,新的海洋数据在大气海洋研究中得到应用。卫星海面高度观测反映了海洋的热力及动力状况,是海洋状况的重要指标。利用多颗卫星观测融合的海面高度异常（Sea Level Anomaly,SLA）资料分析了海面高度异常与华南前汛期3—4月降水异常的关系。结果表明,从气候状况而言,华南前汛期3—4月降水的主要影响系统为西太平洋副热带高压（简称西太副高）,其外围的西南气流为华南提供充足的水汽输送;年际尺度,华南前汛期3—4月降水指数与850 hPa等压面上100~140 °E范围内的副高脊线的南北位置为显著负相关关系,与青藏高原东南侧（105~115 °E,20~25 °N）的西南风为显著正相关关系。利用大气向外长波辐射（OLR）及再分析资料的分析表明,西南太平洋（150 °E~170 °W,10~5 °S）的海面高度异常将引起菲律宾以东广大洋面上OLR异常及相应的潜热释放异常,当这一海域的海面高度偏高时,西太副高位置较常年偏北,青藏高原东南侧西南风将偏弱,不利于向华南地区的水汽输送及辐合,华南降水偏少。      

影响江南春雨年际变化的前期海洋信号及可能机理

基于诊断,本文计算了1982~2014年江南春雨的开始时间、结束时间和总降水量,分析了江南春雨的气候特征和年际变化,探讨了前冬Nino3.4区域海温异常与江南春雨的联系及可能机理。结果表明,江南春雨的起止时间和总降水量都具有显著的年际变化,前冬赤道东太平洋海温与江南春雨总量存在显著的正相关。前冬Nino3.4指数为正时,一方面通过Walker环流在赤道120°E附近区域激发出异常下沉运动以及低层异常反气旋,增强了南海地区低层西南气流以及水汽输送,另一方面与东太平洋海温变化相联系的印度洋增暖在赤道印度洋引发低层东风和孟加拉湾北部反气旋环流异常,进一步增强了江南地区的水汽输送;高层南亚地区则存在西风异常,对应江南上空辐散和抽吸作用加强,导致上升运动进一步增强,使得江南春雨总量增加;前冬Nino3.4指数为负时则次年春雨偏少;并且前冬El Ni?o事件的强度对春雨异常也有影响,前冬El Ni?o强（弱）的年份,海温异常的信号能（不能）持续到春季,江南春雨总量通常偏多（偏少）。另外,加入了前冬南极涛动指数和印度洋海盆一致模所建立的江南春雨总量的多元线性回归方程,其回归结果比基于单独的Nino3.4指数能更好地反映江南春雨的异常,可用于季节预测。     

赤道太平洋海域上层海洋热含量及其变化机制的诊断分析

基于1992—2015年国际共享的ECCO v4 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean Version 4)同化产品,利用热含量控制方程定量地诊断赤道太平洋(118°E—75°W, 5°S—5°N, 0～300m)和Ni?o 3.4区(170°W—120°W, 5°S—5°N,0～80m)这两块区域热含量变化机制。对于去掉季节平均后的年际变化,在赤道太平洋地区,时间趋势项主要由经向输送和海表热通量项共同驱动。通过5°N断面的输送决定了时间趋势项的幅值和正负符号。在Ni?o3.4区,时间趋势项主要由海表热通量项和热量输送项共同驱动,其中垂向输送对总输送贡献最大。赤道太平洋地区经向热量输送异常领先于Ni?o3.4区垂向热量输送异常,这解释了在年际尺度上赤道太平洋热含量异常领先Ni?o3.4指数变化的原因。尽管EP(Eastern Pattern)型El Ni?o和CP(Central Pattern)型El Ni?o有许多不同之处,合成分析表明,两类El Ni?o的共同点为:在赤道太平洋地区,两类El Ni?o事件的热量输送异常在发展期和衰退期由经向输送主导;在Ni?o 3.4区, EP型El Ni?o和CP型El Ni?o的热量输送在发展期和衰退期由垂向输送主导。     

Validation and application of soil moisture active passive sea surface salinity observation over the Changjiang River Estuary

Using sea surface salinity(SSS)observation from the soil moisture active passive(SMAP)mission,we analyzed the spatial distribution and seasonal variation of SSS around Changjiang River(Yangtze River)Estuary for the period of September 2015 to August 2018.First,we found that the SSS from SMAP is more accurate than soil moisture and ocean salinity(SMOS)mission observation when comparing with the in situ observations.Then,the SSS signature of the Changjiang River freshwater was analyzed using SMAP data and the river discharge data from the Datong hydrological station.The results show that the SSS around the Changjiang River Estuary is significantly lower than that of the open ocean,and shows significant seasonal variation.The minimum value of SSS appears in July and maximum SSS in December.The root mean square difference of daily SSS between SMAP observation and in situ observation is around 3 in both summer and winter,which is much lower than the annual range of SSS variation.In summer,the diffusion direction of the Changjiang River freshwater depicted by SSS from SMAP is consistent with the path of freshwater from in situ observation,suggesting that SMAP observation may be used in coastal seas in monitoring the diffusion and advection of freshwater discharge.     

东海黑潮及其上游硝酸盐输送年际变化的模拟研究

利用一个太平洋区域分辨率为12.5 km的ROMS-CoSiNE海洋物理-生态耦合模式1997-2016年的积分结果,对东海黑潮硝酸盐输送的年际变化进行分析。结果显示:东海黑潮的硝酸盐输送存在约3 a与7 a的年际变化周期,且在100~400 m深的次表层与400~800 m深的中层水中变化较为显著。东海黑潮上游海水中,南海水及直接汇入东海黑潮的西太平洋海水对黑潮硝酸盐的年际输送变化具有重要影响。其中,南海水主要影响东海黑潮中层水的硝酸盐输送,而西太平洋海水对东海黑潮次表层水硝酸盐的输送影响较为显著。