华北地区夏季水资源特征分析及其对气候变化的响应（Ⅰ）:近40年华北地区夏季水资源特征分析

近年来 ,淡水资源匮乏问题已经成为全人类普遍关注的严重问题。华北地区是我国的政治、经济和文化中心 ,该区水资源严重不足 ,缺水问题一直困扰着该区经济的发展和人民生活水平的提高。本文利用NCEP/NCAR的 40a(195 8— 1997年 )再分析资料分析发现 ,近 40a来 ,华北地区年平均水资源略有盈余 ,但水资源年内分布很不均匀 ,一年内仅 6 9月份水资源有盈余 ,其它各月均有不同程度亏损。对华北地区水资源最充足的夏季水资源各分量进行EOF分析 ,结果表明 ,华北地区夏季水资源各分量空间分布的最主要特征都表现为全区一致型 ;最主要的时间变化趋势都表现为自 6 0年代至 80年代中期持续下降 ,80年代中期以后略有回升 ,但回升幅度较小 ,降水仍然低于 40a来的平均水平。对各物理量进行M -K突变检验的结果表明 ,各量在 6 0年代中期前后都发生了一次突变过程 ,但发生时间略有差别     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(II):无云大气条件下模拟试验结果分析

冻土层的变化与地-气交接面的能量交换过程有直接的联系.地-气交接面的能量交换过程包含了辐射、对流、热传导三种最基本的热物理过程.利用以此为基础建立的青藏铁路沿线地表和路基表面热力学数值模式(RSTM), 将安多站的实测资料作为模式输入, 针对梯形路基与边坡朝向和坡度有关的坡面温度变化及两侧坡面温差变化的问题, 对无云大气条件下不同坡度和坡向的表面温度变化特征进行了模拟分析.结果表明, 对于就地取土修筑的路基而言, 安多段路基上表面温度在各季节都高于气温, 在夏季具有明显的高表面温度值, 尽管在夏季任何坡度和坡向的路基坡面都具有冷却效应, 但路基仍处于高温状态; 冬季路基上表面温度虽略低于0 ℃, 但路基偏南方向坡面的强烈增温效应, 使南坡表面温度远远超过冻土融化温度的临界状态, 而路基两侧坡面热效应的相反作用, 通过影响冻土层的冻融过程, 可能引起路基纵向裂缝的发生.因此, 对冻土路基采取有效的防护措施是非常必要的.用实测资料进行的检验表明, RSTM具有良好的模拟性能, 对不同防护措施下青藏铁路路基热状况的预测具有良好的应用前景.     

虚拟水战略新论

根据在我国干旱区的实践, 更新了对虚拟水战略的解释.首先, 辨析Allan虚拟水战略具有的局限性, 在此基础上采用扩展的分析框架, 重新定义了虚拟水战略: 贫水地区为了实现水安全, 提高生活质量, 充分利用各种社会资源, 打通优化配置水资源(实体水+虚拟水)渠道的一个过程; 然后, 阐述了实施虚拟水战略的关键是要找到发展二、 三产业的具体途径--即在更大的范围内形成正反馈环.最后, 结合生态经济的实践, 论证了甘肃河西干旱区张掖市当前采取的生态经济之路就是在实施虚拟水战略.     

气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土概率预报(Ⅱ):活动层厚度与沉降变形

利用土壤表层温度计算Stefan公式中融化指数,并结合铁路沿线地下冰和土体干密度分布特征,由Stefan公式集合预报未来100 a逐年最大季节融化深度;利用铁路沿线地下冰和干密度分布特征计算冻土融化时最大沉降量空间分布,与Stefan公式计算得到的活动层厚度变化数据叠加分析,得到未来100 a逐年的沉降量空间分布及其置...     

适宜环境与生态研究的e-science探讨

环境与生态研究从定性、定量向多学科、多尺度、大范围的团队参与的综合集成研究方向发展,计算机、网络、数据、模式模型技术的逐渐成熟与完备,为环境和生态需要的e science支持平台建设提供了技术和研究基础。分析环境与生态集成研究典型模型基本过程得出,适合环境和生态研究的e science由数据平台、模型模式平台、协同与沟通平台、管理平台组成。其中：①定点、定位、互联网、传感器网格、空间数据采集与处理,以及再分析数据生成的数据支持平台是e science的基础;②包括模型库、模式库、协同建模环境、模拟环境、软件开发环境的模型平台是e science支持集成研究的核心;③模型、模式之间的协同,以及数据平台中数据接口和扩展接口驱动的开发与集成环境,数据与模型模式和模拟计算的内部协同工作平台是e science应用的关键;④完善的结果展示、输出和资源调度的管理平台是e science的窗口。以生态经济、水文研究为例进行的初步实验表明,四层结构的e science框架基本符合环境和生态研究过程的需要。     

影响青藏高原植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用

利用一陆面过程模式,初步模拟研究了青藏高原夏季风盛行期植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用。结果表明,气候以及大气CO2浓度变化对青藏高原地区的植被生理过程有较明显的影响,高温、高温和高CO2浓度将加强高原植被的光合作用和呼吸作用,有利于植被生长。高原植被也可通过生理过程,产生净CO2呼收,降低大气CO2含量,起到调整温室效应的作用,从而影响全球气候变化;当气温升高、大气CO2增加时,这种作用更加有效。青藏高原地区大气CO2浓度加倍,对高原地区气候的直接影响不明显。植被的存在也会影响区域气候变化,并可通过改变高原热源,进而影响高原及其周边地区气候变化。文中还归纳出了植被生理与气候相互作用的简单概念模型。     

雾水的D和18O同位素研究进展

凝结水的D、18O同位素研究目前主要集中在雾水方面,露水和土壤吸附水的相关研究仍属空白.由于形成时的温度较高,大多数雾水的D、18O同位素较当地雨水富集,但不同类型雾的同位素特征存在差异.平流式海洋雾为单级的蒸发-冷凝封闭循环系统的首次凝结,D、18O同位素较当地雨水显著富集;热带云雾林中的地形雾与降雨同时发生,且水分源于同一云团,δD、δ18O值差异较小;内陆辐射雾因部分水汽源于当地水分的再循环,过量氘和δD、δ18O值高于降雨.目前有少量研究用D、18O同位素指示雾水对植被、地下水和地表径流的补给作用,但以定性分析为主,基于端元混合模型的定量评价极少.露水和土壤吸附水的稳定同位素研究是干旱区凝结水研究的重要方向;D、18O同位素与其它同位素或化学指标的结合有助于促进凝结水生态水文效应的研究进展;短间隔、高密度的长期观测和用于稳定同位素分析的凝结水采样器的设计是需要进一步开展的工作.     

氚同位素在黑河流域水循环研究中的应用

通过对黑河流域不同水体如降水、河水、深井（>80m） 、浅井（<80m）及泉水的氚（T）含量的测定,结合文献资料和国际原子能机构数据,对流域不同水体氚（T）含量的空间分布特征进行了分析,并对黑河流域浅层和深层地下水的补给来源、年龄及其更新时间进行了研究。结果表明：1）黑河上游、中游及下游河水T含量分别为50.0TU,33.3TU及20.9TU,呈逐渐降低趋势;上游和中游降水T含量变化也呈相似的规律,说明黑河流域河水来自黑河源区降水,且河水从上游到下游流动过程中与地下水进行转换。尤其是在临泽到正义峡段,河水的平均T含量为31.9TU,说明张掖和临泽灌溉抽提的地下水对河水有补给作用。2）黑河上游和中游山前平原的深层地下水T含量大于30.0TU,补给年龄小于50a;中游盆地及下游深层地下水T含量低于10.0TU,地下水年龄在50a以上,为次现代水,更新速度慢。3）黑河上游地下水和河道附近区域的浅层地下水的T含量高于30.0TU,补给年龄低于50a;远离河道浅层地下水T含量低于10.0TU,补给年龄大于50a。说明黑河源区降水是上游地下水的补给源,出山径流是黑河干流附近浅层地下水的主要补给源,地下水补给年龄低于50a,更新期短;远离河道区域的浅层地下水T含量低于10.0TU,为次现代水,更新速度慢。本研究结果对合理科学地利用黑河流域水资源具有借鉴意义。     

地学研究中的可视化计算与应用

地学研究中广泛遇到三维乃至更高维数据场的分析、解释和显示的问题。科学计算可视化研究的核心问题就是把多维数据变换为人的视觉所能感受到的计算机图像,使研究者能够观察它们的模拟和计算过程,并进行交互控制。因此,科学计算可视化被广泛应用于资源、环境、地震、气象等地学研究领域,极大地改观了传统的研究方法,丰富了地学发现的过程,给予地球科学家更为深刻的洞察力,并且预示出一系列新的交叉学科。     

天山寒区冰缘植物珠芽蓼叶片抗冻蛋白的发现

以生长在天山海拔3450m处的珠芽蓼（Polygonum viviparum)为实验材料,从叶片中提取质外体蛋白,经SDS-PAGE分析,发现在分子量为15.2～72.3kD范围内出现七条多肽,PAS染色显示这些多肽中均含有糖基,通过光镜组织切片显示,在珠芽蓼叶片细胞的质外体中存在丰富的蛋白质,PAS染色确定其含有糖蛋白,通过测定其热滞值,进一步确定质外体蛋白是具有抗冻活性的糖蛋白,说明抗冻蛋白是维持珠芽蓼抗冻性的重要物质基础。