香港九龙大坑东地下蓄水方案数值研究

香港九龙大坑东地下蓄水方案(Tai Hang Tung Storage Scheme-THTSS)是香港西九龙渠道改善二期计划的一个重要组成部分,其目标是解决香港九龙繁华拥挤、人口稠密的商业中心旺角一带的洪水淹没问题。THTSS即是在经常洪水淹没区域(大坑东和界限街水渠交接处)上游足球场下面建立一个100 000 m3的地下蓄水池。本文建立了一个能处理明渠缓流和急流、封闭管道有压流、侧流堰和渠道汇合处过渡流于一体的一维水力数学模型,用1:22正态物理模型恒定流下的结果进行验证。数值模型计算了在50年一遇暴雨下,非恒定洪水在不同的侧流堰方案下的流动过程。结合物理模型试验结果,选择最佳的地下蓄水方案。计算结果表明,大坑东地下蓄水方案确实能加强旺角地区地洪水控制能力,并能通过50年一遇暴雨的洪水。     

Simulating the Carbon Cycling of Northern Peatlands Using a Land Surface Scheme Coupled to a Wetland Carbon Model (CLASS3W-MWM)

Northern peatlands store approximately one-third of the terrestrial soil carbon (C), although they cover only 3% of the global land mass. Northern peatlands can be subdivided into bogs and fens based on their hydrology and biogeochemistry. Peatland hydrology and biogeochemistry are tightly coupled to climate and, therefore, may be very sensitive to climate variability and change. To address the fate of the large peatland soil C storage under a future changed climate, a peatland C model, the McGill Wetland Model (MWM), was coupled to a land surface climate model (the wetland version of the Canadian Land Surface Scheme, CLASS3W), referred as CLASS3W-MWM. We evaluated the CLASS3W-MWM for a bog (Mer Bleue, located at 45.41°N, 75.48°W, in eastern Canada) and a poor fen (Degerö Stormyr, located at 64°11′N, 19°33′E, in northern Sweden).

CLASS3W-MWM captured the magnitude and direction of the present day C cycling very well for both bogs and fens. Moreover, the seasonal and interannual variability were reproduced reasonably well. Root mean square errors (RMSE) were <0.65 and the degree of agreements (d*) were >0.8 for the components of net ecosystem production (NEP) for both the Mer Bleue bog and the Degerö Stormyr fen. The performance of the coupled model for both bog and fen is similar to that of the stand-alone MWM driven by observed weather rather than simulated surface and soil climate. This modelling study suggests that northern peatlands are hydrologically and thermally conservative ecosystems. It was also shown that C cycling for bogs and fens was more sensitive to changes in air temperature than precipitation. Changes in temperature within the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) projected range switch the peatlands from a present-day C sink to a source, but projected changes in precipitation still maintain the peatlands as a C sink, although to a somewhat lesser degree. Increase in atmospheric CO₂ concentration enhances C sequestration for both bogs and fens. Our sensitivity analysis suggests that northern peatlands respond to changes in temperature, precipitation and doubled CO₂ concentration in a highly non-linear way. The sensitivity of C cycling in northern peatlands with respect to changes in air temperature, precipitation and the concentration of atmospheric CO₂ together is not a simple addition or subtraction of the sensitivity of the individual changes. Therefore, the sensitivity of a combination of changes in temperature, precipitation and doubled CO₂ concentration is very different from the sensitivity of peatlands to each environmental variable on their own. Our sensitivity analysis suggests that fens have a narrower tolerance to climate changes than bogs.

RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Les tourbières du Nord renferment approximativement le tiers du carbone se trouvant dans le sol terrestre, même si elles ne couvrent que 3% des terres du globe. On peut subdiviser les tourbières du Nord en tourbières hautes et en tourbières basses selon leur hydrologie et leur biogéochimie. L'hydrologie et la biogéochimie des tourbières sont intimement liées au climat et peuvent donc être très sensibles à la variabilité et au changement climatique. Pour étudier comment évoluera le stockage du carbone dans les grands terrains tourbeux sous un climat futur modifié, nous avons couplé un modèle de carbone de tourbière, le McGill Wetland Model (MWM), à un modèle climatique de surface terrestre (la version terres humides du CLASS3W canadien), c'est-à-dire le CLASS3W–MWM. Nous avons évalué le CLASS3W–MWM pour une tourbière haute (Mer Bleue, situé à 45,41°N, 75,48°O, dans l'est du Canada) et pour une tourbière basse ombrotrophe (Degerö Stormyr, situé à 64°11′N, 19°33′E, dans le nord de la Suède).

Le CLASS3W–MWM a très bien capturé la grandeur et la direction du recyclage actuel du carbone, tant pour les tourbières hautes que pour les tourbières basses. De plus, la variabilité saisonnière et interannuelle a été raisonnablement bien reproduire. Les écarts-types étaient <0,65 et les degrés de concordance (d*) étaient >0,8 pour les composantes de la production nette de l’écosystème tant pour la tourbière haute Mer Bleue que pour la tourbière basse Degerö Stormyr. La performance du modèle couplé pour la tourbière haute et la tourbière basse est semblable à celle du MWM autonome piloté par des conditions observées plutôt que par un climat simulé de la surface et du sol. Cette étude par modèle suggère que les tourbières du Nord sont des écosystèmes hydrologiquement et thermiquement conservatifs. Il a aussi été démontré que le recyclage du carbone pour les tourbières hautes et basses était plus sensible aux changements dans la température de l'air que dans les précipitations. Des changements de température de l'ordre de ceux projetés par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) font que les actuels puits de carbone que constituent les tourbières se transforment en sources, mais les changements projetés dans les précipitations maintiennent encore les tourbières comme des puits de carbone, quoique dans une moindre mesure. L'accroissement de la concentration du CO₂ atmosphérique améliore la séquestration du carbone à la fois pour les tourbières hautes et les tourbières basses. Notre analyse de sensibilité suggère que les tourbières du Nord réagissent aux changements dans la température et les précipitations et à une concentration doublée de CO₂ d'une façon fort peu linéaire. La sensibilité du recyclage du carbone dans les tourbières du Nord par rapport aux changements dans la température de l'air, les précipitations et la concentration du CO₂ atmosphérique ensemble n'est pas une simple addition ou soustraction de la sensibilité aux changements individuels. Par conséquent, la sensibilité à une combinaison de changements dans la température et les précipitations et à une concentration doublée de CO₂ est très différente de la sensibilité des tourbières à chaque variable environnementale prise seule. Notre analyse de sensibilité suggère que les tourbières basses ont une plus faible tolérance aux changements climatiques que les tourbières hautes.     

A Tidal Flow Model for the Gulf of Kachchh,India

A vertically integrated model has been used to study the tidal circulation and currents in the Gulf of Kachchh along the west coast of India. The model is fully nonlinear and uses a semiexplicit finite difference scheme to solve the basic hydrodynamic equations on a staggered grid. The model is forced by prescribing the tides along the open boundary of the model domain. The flow is simulated both with and without the presence of the proposed tidal barrage across the Hansthal Creek in the Gulf of Kachchh. The results show a considerable change in the behavior of the tidal flow in the presence of the barrage.     

Rights-based management in the Western and Central Pacific Ocean tuna fishery: Economic and environmental change under the Vessel Day Scheme

Defining, strengthening and enforcing rights over fisheries resources is frequently identified as central to overcoming ‘the tragedy of the commons’ and associated environmental and economic challenges in fisheries systems. Though economic theory generally suggests that output control (e.g. quotas) creates the strongest incentives for efficiency and conservation, input controls (e.g. on effort) remain common. This paper explores the rationale for, and implications of, employing a transferable effort scheme in one of the largest and most valuable fisheries. In 2007, eight Pacific Island countries implemented the Vessel Day Scheme with the aims of strengthening their rights over tuna resources and control over economic and environmental trends. Four years since implementation, the scheme has significantly increased economic returns for the island states and generated improvements in data reporting. However, it has not generated a firm limit on fishing effort and its structure has made it difficult to directly target the biological concerns of individual species within the multi-species fishery. In the future, outcomes of the Vessel Day Scheme will continue to be tempered by the structural limitations of effort-based regulatory scheme, market conditions in the sector and the willingness of firms and island states to clarify, abide by and enforce the technical components of the scheme.     

A Data-Adaptive Filter of the Tahiti-Darwin Southern Oscillation Index and the Associate Scheme of Filling Data Gaps

The Tahiti-Darwin Southern Oscillation index provided by Climate Analysis Center of USA has been used in numerous studies. But, it has some deficiency. It contains noise mainly due to high month-to-month variability. In order to reduce the level of noise in the SO index, this paper introduces a fully data-adaptive filter based on singular spectrum analysis. Another interesting aspect of the filter is that it can be used to fill data gaps of the SO index by an iterative process. Eventually, a noiseless long-period data series without any gaps is obtained.     

Coastal exposure to oil spill impacts from the Finisterre Traffic Separation Scheme

This study analyzes the coastal exposure to potential oil spills coming from the various corridors that constitute the Finisterre Traffic Separation Scheme (NW Iberia). A Lagrangian model was executed with results from a realistic configuration of an ocean model during 2012, validated here against High-Frequency (HF) radar-derived surface currents. Virtual particles were released each hour and followed during the next 4 days. A series of maps summarize which regions would be impacted and when. We have learnt, for example, that Cape Finisterre is the most affected area under a wide range of scenarios and that a sensitive area such as the National Park of the Atlantic Islands would require protective actions in less than 24 h if oil spills from the south eventually occurred. A complete analysis by corridor and during specific wind events is available through a web tool, which could be useful for decision makers in case of contingency.     

2010年黄河调水调沙期间河口泥沙输运过程的数值模拟

利用EFDC三维数学模型,以整个渤海的水动力环境为背景,加入利津站逐日水沙数据和河口区域的风场数据,模拟了2010年黄河调水调沙期间河口入海泥沙输运过程。黄河调水调沙期间,河口泥沙的输运方式主要受到径流输入的悬沙浓度的变化的影响。通过模拟结果估算了不同传输方式相互转化的悬沙浓度阈值。在没有强风浪扰动的情况下,径流输入悬沙浓度小于13.5g/L时,河口泥沙的传输方式为表层羽状流;输入的悬沙浓度在13.5g/L-24.5g/L之间时,羽状流遭到破快,河口淡咸水由于密度接近发生混合;当输入的悬沙浓度在24.5g/L-29.0g/L时,在底层河口泥沙以低密度异重流的方式传输,在表层则同时形成羽状流;输入的悬沙浓度大于29.0g/L时,黄河入海径流在河口处迅速潜没,形成高密度异重流。高密度泥沙异重流携带大量沉积物沿着海底斜坡向海输运,其初始速度可达1m/s以上。异重流在传输过程中受到底床摩擦力的阻碍作用和泥沙沉降,速度和密度降低,逐渐向混合状态转化,最后以羽状流的形势向海传输。黄河入海泥沙在夏季主要堆积在河口三角洲附近的一个相当有限的区域。     

现行黄河口滨海区冲淤时空演变及其影响因素

自黄河入海流路人工改道清 8 汊后,受自然因素变化和人类活动干预影响,入海水沙出现新的情势,河口滨海区水下地形也发生相应调整。本文基于 1997—2018 年实测水深断面资料,建立水下地形数字高程模型 （DEM）,综合研究了黄河 口滨海区冲淤的时空演变及其影响因素。结果表明,1997—2018 年黄河口滨海区整体呈淤积状态,累积淤积量为 5.36 * 108 m3。从时间上来看,水下地形演变经历 3 个阶段：缓慢冲刷 （1997—2002 年）、快速淤积 （2002—2007 年）、缓慢淤积 （2007— 2018 年）。从空间上来看,现行河口区呈淤积状态,而孤东近岸和老河口区呈冲刷状态。在水下地形不同的发展阶段,维持冲淤平衡的临界输沙量也有所不同,调水调沙之前为 1.65*108t/a,调水调沙以来为 1.09* 108t/a。来水来沙对河口滨海区的冲淤演变起着主导作用,2016—2017 年调水调沙中断,河口滨海区大面积冲刷。2018 年防洪调度的实施使水下地形迅速淤积。黄河口滨海区演变除了受来水来沙的直接影响,还受泥沙粒径和口门位置的影响。     

中国土地承载力计算方法研究综述

土地承载力是土地资源评价的重要指标。回顾总结了我国土地承载力计算方法研究进展,将目前的土地承载力的计算方法分为三类:根据环境因子潜力结构计算土地生产潜力的方法(包括环境因子逐段订正模型和气候因子综合模型)、根据植被潜力结构计算土地生产潜力的方法和系统动力学方法,并讨论了各类方法的使用范围、优点及局限性。最后对土地承载力研究领域的发展方向作了简要评述。     

地表通量研究进展

通过对国内外地表通量中的显热和潜热通量的研究进展从试验仪器、计算模型和遥感反演三个方面分别进行综述。目前广泛应用于地表通量研究的仪器有波文比、涡度相关仪和闪烁通量仪。计算模型主要有涡度相关法，波文比法、空气动力学法，能量平衡一空气动力学阻抗法(即遥感法)、Penman—Monteith模型、互补相关模型和SR模型等。遥感反演主要立足于地表热量平衡方程，通过反演方程中的净辐射、土壤热流量和显热通量，进而推算出潜热通量。在最后还对目前地表通量研究中的热点问题进行了分析。