基于PROSAIL模型的广州市过渡带森林植被冠层可燃物含水率估算

基于PROSAIL模型,结合野外实测叶片等水分厚度、干物质重量、叶面积指数数据,构建一种基于归一化红外指数和归一化干物质指数的植被冠层可燃物含水率估算方法。首先,在PROSAIL模型输入实测参数模拟植被冠层光谱曲线,计算归一化红外指数、归一化干物质指数用于叶片等水分厚度、干物质重量的反演。结果表明：归一化红外指数与叶片等水分厚度、归一化干物质指数与干物质重量存在明显的线性关系,基于该关系建立叶片等水分厚度、干物质重量的经验估算模型,经验证估算结果精度较高;将该经验模型推广至利用Landsat 8数据拟合植被冠层可燃物含水率,并与实测数据进行验证,结果显示R²达到0.743,RMSE达到34.2%,具有较高的精度。文章提出的植被冠层可燃物含水率估算模型,可实现广州市过渡带森林大面积、较高精度植被冠层可燃物含水率监测,为预防森林火灾提供参考。     

离心实验在污染物迁移研究中的应用

离心实验模拟以其可以获得与原型一致的应力水平并且能够大大缩短原型历时而被应用于污染物迁移实验研究。在离心相似理论及离心实验模拟的相似基础上,重点回顾了离心机在饱和带水分、非饱和带水分、保守性溶质、NAPLs、重金属、核素迁移以及污染场地修复方面的实验应用。最后讨论了离心模拟中土壤预制和加速度选择的问题,并简单介绍了离心监测方法。可以得出结论:离心机能够成功用于各类物质迁移的实验研究中,离心实验模拟能够为理论和数值等分析方法快速提供真实可靠的参数依据,但离心实验的理论基础和监测方法需要进一步完善,此外也应积极开展更接近实际情况下的离心实验模拟研究。     

“一带一路”区域可持续发展生态环境遥感监测

2013年9月和10月,习近平主席在出访中亚和东南亚国家期间,先后提出了共建"丝绸之路经济带"和"21世纪海上丝绸之路"(简称"一带一路")的重大倡议。要全面保护"一带一路"区域生态环境,实现2030年可持续发展目标,是一个具有挑战性的问题。遥感技术对生态环境监测与评价发挥着十分重要的作用。本研究利用多尺度、多源遥感数据,对2015年"一带一路"区域的生态环境状况进行监测和分析,旨在提供可持续发展目标生态环境遥感监测的本底。本文选取了几个重要的生态环境方面开展监测与分析,主要包括宏观生态系统结构和植被状况、太阳能资源分布、水资源平衡、主要生态环境限制因素对经济走廊建设的影响、主要城市生态环境质量等。监测区域覆盖亚洲、非洲、欧洲和大洋洲的陆上区域。研究结果为生态环境评价与保护提供了有效的决策依据,有助于"一带一路"建设积极推进。     

靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明：体积含水率变化分为浸水稳定（2个）、快速增加（1个）和缓慢增加（1个）共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0～10m内β0值取1.05,10～27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路...     

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ18O和δ2H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1) 裂缝区的优先流比例为18.2%;(2) 在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3) 在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4) 在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。      

基于原位双环、试坑浸水试验和数值模拟反演的Q3黄土饱和渗透系数对比研究

为准确获取原状Q3黄土的竖向和水平饱和渗透系数,进行了原位、室内试验测试以及数值模拟反演,并应用大型试坑浸水试验检验了所获饱和渗透系数的可靠性。进行了不同内径尺寸的原位双环入渗试验,获取了竖向饱和渗透系数,并应用室内试验测试了竖向和水平饱和渗透系数以及持水曲线;应用COMSOL软件对双环入渗试验进行数值模拟,检验了所测饱和渗透系数的可靠性,利用正交试验获得了最优的竖向和水平饱和渗透系数取值,并利用反演结果对试坑进行数值模拟,将其水分入渗情况与实测值对比。研究结果表明：在现场进行双环入渗试验时选取较大内径的双环获得的竖向饱和渗透系数更为合理。针对双环入渗试验,数值模拟反演所得最优饱和渗透系数在竖向上接近于原位试验所得竖向饱和渗透系数、水平向上接近室内所测水平向饱和渗透系数,竖向饱和渗透系数比水平向饱和渗透系数更加显著地影响水分入渗过程。通过对大型试坑水分入渗情况的验证,检验了反演所得最优饱和渗透系数的可靠性。     

冻融循环作用下含水率对粗颗粒填料水分迁移影响的宏细观试验研究北大核心CSCD

冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下,不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制,采用荧光素为追踪剂,以CT细观机理观测为研究手段,开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验,探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明,冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深,初始含水率越大,不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明,经历多次冻融循环后,试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化,试样的密度普遍增加,孔隙率以减小为主,进而导致土体发生相应变形。     

冻融条件下浅层黄土中温度与水分的空间变化相关性

黄土高原是西北典型的季节性冻土区,在黄土斜坡冻结和融解过程中土体内的温度、水分变化显著,导致土体中含水量及地下水位发生相应的变化,诱发一系列的滑坡、崩塌等地质环境问题。选择甘肃永靖县黑方台黄土斜坡为研究区,原位监测冻结至融解过程中黄土的温度和含水量,研究冻融条件下黄土斜(边)坡冻结层温度和水分及变化特征及其关系。结果表明,本次监测点黄土冻结深度为52cm,黄土剖面温度表现为3个特征带:温度稳定传递带、温度变动带、温度交替显著带。温度在黄土斜(边)坡冻融过程中对水分具有控制性作用,含水量随温度变化划分为3个阶段:1小于2℃,含水量随温度呈现非线性递增趋势;22~6℃,含水量随温度呈现波动性下降;3大于6℃,水分由小幅增加直至稳定,温度影响权重减小。随着冻结土层完全融解,被冻结水分融解后向下运移,最终导致剖面含水量急剧增加,因此,冻结至融解过程中含水量发生急剧增加,是导致浅层黄土滑塌的重要因素。     

冀中南太行山东麓苹果需水特征和水分适宜性分析

研究冀中南太行山东麓苹果生长的需水特征和水分适宜性,分析苹果年度生长期内适宜补灌期,为苹果生产充分利用水资源和科学灌溉提供理论依据。运用河北省内丘富岗苹果和素有"太行山第一驿站"之称的顺平苹果物候观测资料及气象资料,利用FAO推荐的彭曼公式和参考作物系数法,进行苹果需水量计算,分析需水特征和水分适宜性。结果表明,冀中南太行山东麓苹果年度生长期需水量呈阶段性线性下降,幼果期-着色期需水量占全生长期需水量80%,萌芽-开花期和成熟落叶期需水量分别占10%。顺平和内丘全生长期多年平均水分适宜度均在0.7以上,中部(顺平)水分适宜度优于南部的(内丘),且2011年以来水分适宜度显著优于1981-2010年的;果实膨大期、着色期、成熟-落叶期水分适宜性较好,萌芽期、开花期、幼果期水分适宜度均小于0.5,降水不能满足果树此阶段需水要求,尤其是幼果期,水分适宜度最差。因此,苹果适宜补灌期为春季3月下旬-5月下旬。     

阶段性干旱胁迫对小麦光合生理特性及产量结构的影响

在人工遮雨的条件下,采用盆栽的种植方式探究"皖麦68"营养生长期(返青期—开花期)及生殖生长期(开花期—成熟期)轻度干旱胁迫(土壤相对含水量为55%±5%)及复水(土壤相对含水量为70%±5%)对其光合生理特性及产量结构的影响。结果表明:返青期至成熟期充分供水(CK)的小麦旗叶光合参数和产量最高。开花至成熟期复水(DN)的小麦叶片在复水后光合能力迅速恢复,表现出了超补偿效应:光合速率(16.43μmol/(m~2·s))甚至超过了CK(15.01μmol/(m~2·s));采用非直角双曲线模型拟合小麦旗叶的光响应曲线,其中DN的曲角θ最大;DN产量较CK略有降低但千粒重为34.51 g,高于CK(34.44 g)。开花至成熟期轻度干旱(ND)及全生育期轻度干旱(DD)的小麦光合特征参数与产量均显著降低。DD产量最低、品质最差,但其收获指数I_H高于CK、仅次于DN。在小麦返青期—开花期进行水分管理适量减少灌溉,开花期—成熟期复水能够提升籽粒的干物质积累量,获得较高的产量及品质。