Experimental study on bar formation in a scouring process

Bars are widely thought to be large sediment bodies formed under sediment supply. Nevertheless, little has been known on how they form in sediment scouring processes. In this study, we carried out a flume experiment to study the formation of bars without sediment supply. The experiment was divided into two stages. In the first stage, the discharge was successively increased; in each discharge step, the disturbance from upstream and downstream boundaries had little influence on the flow. We observed that no bars formed in this stage. In the second stage, we kept a small discharge at the flume inlet. In this stage, the bars emerged from the fluctuated bed topography with millimeter-scale bed forms by headcut initiated from the outlet. As the headcut migrated upstream, the accompanying undercut gradually forced the unconfined flow run into the low-elevation zone, lowering the water level and inducing the outcrop of regions free from the incision (i.e., bars). At the end of the experiment, a relatively stable topography formed under the joint effect of the upstream migrating headcut, the following undercut after the headcut and the lateral erosion on the emerged bars. The requirements for the formation of bars and the distinctive characteristics of the bars induced by headcut were investigated. This study shows that bars can form in a scouring process under appropriate conditions, and the headcut may be one of the precipitating factors for the formation of bars in natural rivers.     

天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动振动反应分析

本文对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动的振动反应进行了研究。天兴洲大桥是目前在建的世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥,由于具有四线铁路,其主梁在列车制动及行车移动荷载作用下会沿纵向产生大幅振动,因此对其列车制动及行车移动荷载反应进行研究尤为必要。文中,首先根据车辆动力学的原理建立了列车制动动力学模型,获得了列车制动力纵向荷载及在制动过程中列车行走所产生的竖向荷载,并建立制动力传递有限元模型,应用有限元分析软件来获取钢轨上制动力及列车行走时引起的桥梁结构节点上的作用力时程。最后对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动及行车移动荷载的振动反应进行了仿真分析,发现了其主梁纵向列车制动反应具有位移大且速度极小的特点。     

西江河口段溶解无机碳稳定同位素组成的时空变化

从2006 年9 月至2007 年6 月间对西江河口段溶解无机碳稳定同位素组成(δ¹³CDIC) 及 其相关的水体理化参数进行了一个水文年的季节性采样调查。夏、秋两季δ¹³CDIC 平均值(-13. 91‰、-13.09‰) 小于春、冬季节(-11.71‰、-12.26‰), 呈现出明显的季节性。δ¹³CDIC 与温度 呈负相关(p = 0.000; r = -0.646), 而与氧化还原电位正相关(p = 0.000; r = 0.569), 表明河段 表层水体δ¹³CDIC 受到季节性变化的水体理化性质等河道有机质氧化分解条件的控制; 夏季洪水期δ¹³CDIC 与航测距离呈正相关, 而春季枯水期的δ¹³CDIC 与航测距离负相关。δ¹³CDIC 的这种时空变异证明了研究河段河- 海作用过程影响了水体的理化性状进而控制了河道表层水体DIC 的性质。研究河段δ¹³CDIC 的上述时空分布规律与流域所处的地理环境关系密切, 汛期的夏季受陆源有机质的强烈分解作用的影响, DIC 的同位素组成向海洋方向变轻; 枯期的春季因海洋作用加强以及咸潮的入侵, 河道DIC 的同位素组成向海洋方向变重。     

南水北调中线水源区浮游植物

通过对南水北调中线水源区水体浮游植物的调查,结合理化指标的逐月测定,结果表明:该水域共有浮游植物8门40属71种(包括变种),其中以硅藻门的种类占优势,浮游植物的种类和数量随季节和水域不同而呈现差异,浮游植物对水体污染具有较好的指示作用,水体为寡污型水体.本研究为建立中线水源区长期生态研究数据信息库及库区生态环境保护政策制定提供科学依据.     

利用Sentinel-1A/1B雷达卫星数据监测南极接地线回退状况

南极接地线位置的准确确定对南极物质平衡计算、冰川动力学等具有重要意义。本文阐述了双差干涉测量（DDInSAR）提取接地线的基本原理,并利用欧空局Sentinel-1A/1B雷达卫星数据,基于双差干涉测量技术分别提取了东南极毛德皇后地沿岸冰架与西南极阿蒙森湾西侧Dotson冰架的接地线,将提取结果与已有接地线产品MEa-SUREs进行对比分析。结果表明,利用Sentinel-1A/1B雷达卫星数据,基于DDInSAR方法可对南极接地线进行提取及更新,并可对接地线的回退状况进行持续监测。通过监测,发现在Dotson冰架区域,接地线发生了较大的回退,1996—2018年的22年间,该区域的接地线大约回退2~5 km,其中最大回退距离达7.4 km。     

根河地区冻融监测和降尺度算法的验证分析

高分辨率地表冻融监测对研究根河地区碳氮循环、水土流失和土壤冻融侵蚀非常重要。本文采用Kou等(2017)提出的被动微波亮温降尺度方法和1 km空间分辨率的温度数据,将0.25°空间分辨率的被动微波亮温降尺度至0.01°空间分辨率。利用通过模型模拟与实验数据发展得到的冻融判别式算法DFA_Zhao(Discriminant Function Algorithm)和改进的冻融判别式算法DFA_Kou(Improved Discriminant Function Algorithm),基于降尺度前后的被动微波亮温监测根河地区的地表冻融。以根河地区2013年7月—2015年12月的地下0—5 cm深度的实测土壤温度检验这两种冻融判识算法的分类精度。结果显示,降尺度前后两种冻融判识算法整体判对率差异在6.72%内;DFA_Zhao算法融化判对率的均值比DFA_Kou算法高10%,DFA_Kou算法冻结判对率均值比DFA_Zhao算法高1%。两种冻融判别式算法的冻结判对率均在90%以上,升轨期的融化判对率均在80%以上,但两算法降轨期的融化判对率较低,在40%—82%之间。同时,还进一步讨论并分析了两种冻融判别式算法和被动微波亮温降尺度方法可能存在的问题,指出了可能的改进方向。     

亚洲西风急流纬向非均匀性变化成因及其对东亚夏季气候的影响

利用美国NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）的CMAP（Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation）月平均降水资料、NCEP/DOE（National Centers for Environmental Prediction/Design of Experiments）II的月平均再分析资料和中国气象局国家信息中心提供的中国160站逐月降水和平均气温资料,通过定义一个亚洲急流纬向非均匀性指数（I_Aja）,分析了1979～2019年夏季亚洲西风急流纬向非均匀性的年际变化特征,揭示了夏季亚洲急流纬向非均匀性变化异常的成因及其对东亚夏季降水和气温的影响。结果表明:夏季亚洲西风急流纬向非均匀性具有显著的年际变化特征,并存在6～8年和2年左右的振荡周期。当急流纬向非均匀性典型偏强（弱）年,东亚东部地区从低纬到高纬,降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多（偏少—偏多—偏少）的经向分布;气温则在中国西部地区和日本北部偏高（低）,贝加尔湖地区偏低（高）。引起夏季亚洲急流纬向非均匀性异常的可能原因如下:由大气非绝热加热异常而引起的热带和中纬度地区辐合/辐散运动造成的涡度源强迫,和来自西风带中波扰动能量的注入,两者共同作用形成并维持了与急流纬向非均匀性强弱变化相联系的异常环流,从而使亚洲急流东、西段强度差异增强（减弱）,进而有利于急流纬向非均匀性异常偏强（偏弱）。而上述西风带中波扰动能量的东传可能与北大西洋海表面温度异常有关。这对于深刻理解夏季亚洲急流纬向非均匀性异常的形成机理提供了有用的线索。     

气象卫星云图的分形编码研究

将Ｊａｃｑｕｉｎ基本的自动分形图像编码方法与方块编码（ＢＴＣ）方法结合起来,研究一种新的图像编码方法,并针对气象卫星云图的特征,设计卫星云图的数据压缩方案,实验结果表明,在保证重建云图质量的前提下,与基本的自动分形图像编码方法相比,编码时间和压缩比有显著改善。     

三峡消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程研究进展

流域氮污染问题是世界面临的共同难题,大型水利水电工程极大地改变了流域氮循环过程。三峡水库作为我国重要的优质淡水资源库,却面临着支流水华频繁暴发的水安全问题。如何有效削减氮污染并维持水库消落带生态系统的稳定性,是三峡水库生态安全运行中亟待解决的实际问题。水库消落带作为邻近水体的“生物地球化学循环热区”,在营养元素循环、面源污染截留、温室气体排放等过程中扮演着重要角色。随着生物信息学、分子生物学等新型研究手段在环境研究中广泛应用,氮循环过程与机理得到了更微观的诠释,氮循环功能微生物的多样性和生态位分化等方面的研究也取得了突出成果。本文基于对三峡水库消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程所开展的最新研究,结合消落带水陆交错的特殊环境条件,综述水库消落带中氮循环的关键过程和机理,分析水库消落带对流域水环境和温室气体排放的潜在影响,并对未来消落带亟待解决的问题做了进一步展望,以期为大型水库消落带生态系统的综合管理提供科学支撑。     

铁同位素在现代海洋环境的示踪研究

随着海洋环境介质铁同位素测试技术的发展,特别是海水和沉积物中不同铁赋存形式的同位素组成研究备受重视,铁同位素已经展现出对各类生物地球化学过程的崭新的示踪作用。本文在不同铁价态和赋存形式之间转化的专属分馏机制框架总结基础上,汇总了现代海洋环境中大气沉降、陆源径流、沉积物、地下水和海底热液等不同来源的铁同位素特征范围,探讨了海洋内部铁循环的生物地球化学过程,包括生物吸收、颗粒态/溶解态铁的转化以及清除作用的铁同位素分馏机制,辨析海水剖面在不同层位上铁同位素组成的主导控制因素。另外,应用溯源混合模型甄别大西洋、太平洋和南大洋等多个海域铁来源,以此验证了全球气候变化与海陆多个物理化学过程的密切关系;利用不同结晶度和反应活度的矿物铁同位素数据可示踪早期成岩过程中铁还原的深度和程度,亦有助于辨析古海洋沉积物的铁同位素数据并提高古氧化还原环境的重建精度。