Hydraulic properties of concentrated flow of a bank gully in the dry‐hot valley region of southwest China

To quantify spatiotemporal variation in hydraulic properties of bank gully concentrated flow, a series of scour experiments were run under water discharge rates ranging from 30 to 120 l min^?1. Concentrated flows were found to be turbulent and supercritical in the upstream catchment area and downstream gully beds. As discharge increased, values of the soil erosion rate, Reynolds number (Re), shear stress, stream power, and flow energy consumption (ΔE) increased while values of the Froude number (Fr) and the Darcy–Weisbach friction factor (resistance f ) did not. With the exception of gully headcut collapse under discharge rates of 60, 90, and 120 l min^?1, a declining power function trend (P < 0.05) in the soil erosion rate developed in the upstream catchment area, headcuts, and downstream gully beds. However, increasing trends were observed in temporal variations of hydraulic properties for downstream gully beds and the upstream catchment area. Despite significant differences in temporal variation between the soil erosion rate and hydraulic property values, relative steady state conditions of the soil erosion rate and ΔE were attained following an initial period of adjustment in the upstream catchment area, headcuts, and downstream gully beds under different discharge rates. A logarithmic growth of flow energy consumption per unit soil loss (ΔE_u) was observed in bank gullies and the upstream catchment area as the experiment progressed, further illustrating the actual reason behind the discrepancy in temporal variation between soil erosion rates and ΔE. Results demonstrate that ΔE can be used to estimate headcut erosion soil loss, but further quantitative studies are required to quantify coupling effects between hydraulic properties and vertical variation in soil mechanical properties on temporal variation for bank gully soil erosion rates. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

西北内陆河流域典型生态系统通量数据空间代表性研究

涡度通量数据的空间代表性问题是影响其数据质量不确定性的重要原因。选取了我国西北地区具有代表性的四个通量观测站生长季数据,采用FSAM模型对各站点通量贡献源区范围以及通量贡献最大值点进行了计算,给出了在不稳定与稳定两种大气层结条件下各站点源区的主要分布范围(P=80%):盈科站源区范围相对最小(90~200 m);阿柔站源区范围约为(120~140 m);关滩站源区范围约为(500~600 m);敦煌站源区范围约为(140~280 m)。同时结合各站点仪器架设高度以及不同的下垫面生态环境等因素,对通量源区的变化进行了初步分析,仪器的架设高度直接影响涡度源区范围;不同的下垫面生态环境形成不同的近地面湍流状态进而对通量源区的分布产生间接影响。结果表明各站点观测的通量信息基本均来源于所感兴趣的研究区域。     

干旱半干旱区草原灌丛化的原因及影响-争议与进展

灌丛化作为全球干旱半干旱区草原普遍发生的现象,其定义为草原生态系统中灌木/木本的生物量、密度、盖度的增加以及草本的生物量、密度、盖度的减少。草原灌丛化是气候变化和人类活动多种因素综合作用的结果。过度放牧被认为是引发草原灌丛化的主要原因之一。最新的研究结果表明过度放牧并不能导致草原灌丛化,但过度放牧后实施休牧却改变了草本与灌木的种间作用,有可能导致灌木的扩张。灌木入侵草原长期以来被认为是草原的退化,结论来源于干旱区土壤沙化的情形,在沙化的灌木林中,土壤碳库被局限于灌木株丛及其周边,使草原的碳截留和储存降低。但最近的全球性集成研究表明草原中灌木覆盖率盖度增加对生态系统可以产生积极作用,灌木可以增加土壤水分的下渗,有利于生态系统的水分储存和和养分的转化(如加强氮的矿化过程)。草原灌丛化对生态系统结构和功能影响存在景观尺度和斑块尺度上的差异。进一步研究适应灌丛化过程的管理机制,综合不断变化的气候条件因素和地域因素,采取合理的草原管理策略,对于全球草原区生产具有极其重要的意义。     

末次冰盛期时吉兰泰盐湖的湖泊状态与古气候特征

通过现代季风边缘区的吉兰泰盐湖钻孔JLT11-A孔沉积岩芯的矿物分析,结合地层盘星藻的含量探讨末次冰盛期(LGM)时湖泊的状态和古气候特征。结果显示:在LGM时吉兰泰湖泊沉积矿物主要是石英、长石为主的碎屑岩沉积,含量在85%左右,显示出陆源碎屑矿物的高输入状态,可能指示区域寒冷干旱的环境;其次是以方解石为主的碳酸盐的沉积,含量约为10%;氯化物为主的石盐类矿物一般不足5%,但持续存在,指示湖泊仍然有较高的盐度,因此地层中的淡水藻类盘星藻可能是由河流输入。由于陆源碎屑矿物输入强烈,矿物组合可能难以直接指示吉兰泰盐湖湖水状态。区域的干冷的气候与大多数的古气候记录一致,而与新疆西部的冷湿的环境不同。对比邻近区域的古气候研究结果发现,本区域在LGM时段夏季降水相对于冰消期偏多,而相对于MIS3阶段晚期偏少,整体夏季风减弱。吉兰泰盐湖末次冰盛期到末次冰消期以来矿物组合的变化表明,湖泊环境可能受到夏季太阳辐射、全球与区域温度变化以及夏季风强弱变化的影响。     

吉林省雾的气候特征及变化成因分析

利用1961~2010年吉林省雾日统计资料,对吉林省雾日的时空分布特征、变化趋势进行了详细分析,并分析了雾日变化的原因。结果表明：近50 a来,吉林省年和四季雾日的空间分布均呈东南部地区多、西部地区少的分布特征;雾日季节变化特征表现为8~9月多,10月至次年5月少,西部和中部地区雾日数月季变化呈现双峰型,东南部和东部地区呈现单峰型;雾大多数开始于夜间21时至次日早晨09时,结束于夜间22时至次日午后13时,持续时间多在6 h以下。近50 a来,除了春季雾日没有明显变化外,全省平均及各区域年和四季雾日均呈减少趋势;在2000年前后雾日数发生了一次明显的突变。雾日空间分布与海拔高度有密切关系;雾日趋于减少有人类活动导致的“热岛效应”、“干岛效应”、气溶胶密度加大等原因,也有气候趋于暖干化的自然原因。     

1990-2050年间贵州省东南部森林植被碳蓄积及固碳潜力分析

本文以贵州省东南部三州为研究区,运用连续生物量转换因子法和平均生物量法,通过2010年森林清查小班数据,建立了24类优势树种的森林植被碳密度与林龄之间的关系。同时,估算了1990-2010年间贵州省东南部森林植被生物量及其碳蓄积量,分析了碳蓄积量的时空变化特征,并预测出2050年该区域森林植被的固碳潜力。结果显示：（1）2010年贵州省东南部森林植被碳蓄积量为106.22 TgC,占贵州省森林植被碳蓄积量的63.01%,占全国森林植被碳蓄积量的1.36%;平均碳密度32.44 MgC/hm²,是贵州省森林植被平均碳密度的93%,全国森林植被平均碳密度的76%,碳密度空间分布呈现由西部向东部增加趋势且东部高于平均水平。（2）1990-2000年间森林植被碳蓄积量增加了30.67 TgC;2000-2010年间森林植被碳蓄积量增加了49.55 TgC,其中,退耕还林导致森林植被碳蓄积量增加了31.09 TgC。（3）以2010年为基准年,假设40 a后贵州省东南部森林面积保持稳定,且不考虑轮伐期的未来情景下,至2050年该区域森林植被碳蓄积量将达到153.38 TgC,其增量可达47.16 TgC,表明贵州省东南部森林具有较大的碳增汇潜力。     

一种洪涝灾害事件信息建模方法

我国洪涝灾害频发且危害巨大,为有效防灾、减灾和救灾,需建立洪涝灾害事件信息模型,表示和共享洪涝灾害信息。然而,目前事件信息模型主要是表示静态信息,缺乏对洪涝灾害事件动态过程的表示。本文从观测角度出发,建立顾及洪涝灾害事件阶段和动态过程的洪涝灾害事件信息模型。围绕洪涝灾害事件信息模型,提出了10类需建模的元素,并以MOF（Meta Object Facility）建模框架构建了十元组模型,通过映射方法实现模型编码方案与事件模式语言的映射。最后,以2010年梁子湖洪涝灾害模拟为例,开展了模型分阶段建立过程实验。结果表明,本文提出的模型能表示洪涝灾害事件的动态信息和实现洪涝灾害事件的动态建模。     

铅垂断层向错引起的地表重力变化

利用直立长方体组合模型以及坐标旋转理论,对铅垂断层向错引起的重力变化进行数值模拟,分别计算深度为1、5、10 km的铅垂断层在单一方向上、两个方向上向错引起的地面重力变化。结果表明,当断层在单一方向产生向错时,以左端点为基点的W1、W2向错引起的地面重力变化场均呈现以断层为轴线的对称分布|以中点为基点的W3向错引起的地面重力变化场构成四象限反对称分布。当断层在两个方向上同时产生向错时,以左端点为基点的W1W2向错引起的地面重力变化场呈现以断层为轴线的对称分布,整体显示W2向错起主导作用|以中点为基点的W2W3向错引起的地面重力变化场呈现非对称分布,整体也显示出W2向错起主导作用,断层附近的扭错现象为W3向错的作用。随着断层深度的增加,断层向错引起的地面重力变化值递减,但影响范围逐渐扩大。     

基于Gassmann方程的流体替换方法在珊溪水库地震研究中的应用

引入基于Gassmann方程的流体替换方法,在分析地震波P波速度、波速比与岩石孔隙度和饱和度关系的基础上,应用于珊溪水库地震波速比和P波速度变化特征研究,得到:(1)珊溪水库震中区岩石始终处于接近水饱和的饱水状态,波速比和P波速度"下降-回升"的变化实质上反映了震中区岩石"孔隙度增大(饱和度减小)-饱和度增大"的变化,每一丛地震的波速比由极小值逐渐增大为极大值是由于岩石从不饱和状态变化到饱和状态;(2)根据每一丛地震波速比的变化,计算得到珊溪水库流体扩散率αs=1.06×104 cm2 s-1,该数值与美国南卡罗莱纳水库、巴西Acu水库、广东新丰江水库的流体扩散率基本一致;(3)震源区岩石孔隙度上限值为8.7%~2.0%,该数值与华东勘测设计研究院通过室内岩石物理力学性质试验测定的珊溪水库坝址区新鲜流纹斑岩的孔隙度平均值一致。     

鄂尔多斯盆地北部泊尔江海子断裂对上古生界天然气成藏的控制

为了揭示泊尔江海子断裂对鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区上古生界天然气成藏的控制作用,应用地震和钻井资料,在断裂活动性分析的基础上,根据断层泥比率和断层连通概率法对泊尔江海子断裂的侧向和垂向封闭性进行半定量评价,探讨断裂和天然气富集区的关系。结果表明：泊尔江海子断裂呈现3次明显的活动高峰期,分别为加里东期-早海西期的断裂形成期、印支期-早燕山期的挤压逆断裂活动期、中晚燕山期的走滑撕裂活动期,而中晚燕山期的走滑撕裂控制了上古生界天然气主要成藏期。断裂的封闭性具有“横向分段、纵向分层”的特点;横向上,以断层泥比率(SGR)等于0.3为界将泊尔江海子断裂分为侧向优势输导区和侧向封闭区;纵向上,在石千峰组和上石盒子组断裂启闭系数基本都小于1.0,断裂垂向封闭,在下石盒子组和山西组断裂启闭系数主要集中在4.0~10.0,断裂垂向开启。在断裂侧向优势输导区,断裂南部主力烃源区生成的天然气,经断裂发生垂向和侧向运移,易在断裂北部地区富集成藏;在侧向封闭区,则易在断裂南部地区富集成藏。