The effect of varied dam release mechanisms and storage volume on downstream river thermal regimes

Temperature plays an essential role in the ecology and biology of aquatic ecosystems. The use of dams to store and subsequently re-regulate river flows can have a negative impact on the natural thermal regime of rivers, causing thermal pollution of downstream river ecosystems. Autonomous thermal loggers were used to measure temperature changes downstream of a large dam on the Macquarie River, in Australia’s Murray-Darling Basin to quantify the effect of release mechanisms and dam storage volume on the downstream thermal regime. The magnitude of thermal pollution in the downstream river was affected by different release mechanisms, including bottom-level outlet releases, a thermal curtain (which draws water from above the hypolimnion), and spill-way release. Dam storage volume was linked to the magnitude of thermal pollution downstream; high storage volumes were related to severe thermal suppressions, with an approximate 10 °C difference occurring when water originated from high and low storage volumes. Downstream temperatures were 8 ̶ 10 °C higher when surface releases were used via a thermal curtain and the spillway to mitigate cold water pollution that frequently occurs in the river. Demonstrating the effectiveness of engineering and operational strategies used to mitigate cold water pollution highlight their potential contribution to fish conservation, threatened species recovery and environmental remediation of aquatic ecosystems.     

两次华北冷涡过程雹云结构特征及AgI催化效果数值研究

用三维完全弹性非静力平衡雹云模式模拟了不同低涡雹云演变特征和人工引晶催化效果,结果表明:冷涡雹云中不存在大量的过冷雨滴,过冷水几乎是由云滴组成的,雹胚形成以云霰转化为主,由冰相过程形成降水粒子。近地面有薄逆温层云体,云底温度高,云中垂直运动强,云中过冷云水含量增长迅速且丰富。在雹云主要上升气流到达的过冷水含量大值区下方和过冷水大值区中心部位分别一次引进×107/kg碘化银粒子进行大剂量催化试验,碘化银主要以凝结-冻结方式核化成冰,雹胚浓度增加,雹胚过多争食抑制冰雹增长,使得冰雹直径明显减小。     

基于混合回归模型的夏季高温日数预测

本文以变化比较激烈的高温日数为对象,通过加权叠加、周期波动以及尺度比较等理论分析提出一种短期气候预测观点,即长周期波动可用当地前期各种气象要素的长周期波动的某种函数表示,而短周期波动依然与大范围周边环境因子的变化有关。采用功率谱分析、逐步回归、方差分析等常用统计手段和二项式平滑方法,建立长周期波动和波动偏差比的预报方程,在此基础上得到高温日数的预报方程。应用该方法对合肥地区的高温日数进行了预测试验,利用滚动预报得到13个预报样本。在13个试测样本中,有11个样本试测较为准确,试测准确率达到84．6％。在试测不准确的2个样本中,误差有5～6d,而且它们出现在高温日数相对较多的年份,因此试测效果令人满意。     

华南地区5月降水的水汽特征分析

利用国家气候中心的降水资料及NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海温资料分析了华南地区5月降水的主要水汽通道及变异机制。发现异常多雨年的水汽主要来自南海、孟加拉湾和青藏高原南侧;异常少雨年则因西太平洋副热带高压(简称副高)偏东,来自南海的水汽缺失,只有来自孟加拉湾和高原南侧的两股水汽,因而南海的水汽是影响华南地区5月降水的重要因素。分析发现当北太平洋的准东西向海温异常是"负正负"分布时,南海地区为异常的反气旋性环流,有利于副高西伸加强;北太平洋海温距平为"正负正"异常分布时,南海地区为异常的气旋性环流,副高东退减弱。此外,北方南下冷空气的阻挡使得季风北界位置偏南,冷空气和季风在华南地区交汇导致5月降水异常增多。     

南黄海冷水中心内外夏季大型底栖动物群落分析

根据1959年、2004年和2012年夏季航次的调查数据,研究南黄海冷水中心内、外大型底栖动物群落结构及年际变化。使用Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数,平均分类差异指数以及丰度生物量比较曲线(abundance-biomass comparison curves,ABC Curves)分析群落的组成与变化,使用相对重要性指数(index of relative importance,IRI)分析群落中的优势种和重要种。研究结果显示,3个航次共鉴定大型底栖动物112种,隶属18纲69科80属;其中冷水中心(Yellow Sea cold water mass core,YSCWMC)内33种,隶属16纲65科75属;冷水中心外87种,隶属7纲30科36属。两因素方差分析(Two-way ANOVA)结果显示三航次间时空尺度上冷水中心内、外的H′、J′和d的差异均不显著,物种丰度和物种生物量也未发生明显的改变。冷水中心内部群落的H′、J′和d变化幅度较冷水中心外部群落小,表明相较冷水中心外的群落,冷水中心内的群落结构较为稳定。分类差异变异指数及ABC曲线分析也显示冷水中心内、外的群落状况良好。通过比较冷水中心内、外物种组成发现冷水中心内软体动物(Mollusk)种类最多,其丰度和生物量在冷水中心内优势明显,且三个航次间软体动物物种改变较小。冷水中心内群落中的多毛类动物(Polychaeta)和棘皮动物(Echinodermata)虽在各年份分别占据优势种地位,丰度极高,但种类极少。冷水中心外群落中的多毛类动物和棘皮动物占据绝对优势,无论是种类数还是生物量都较其他种类高。在调查航次总生物量中,冷水中心内的软体动物生物量占总生物量的38%,而冷水中心外的仅占总生物量的3%,说明软体动物较为适宜生活在低温、高盐的冷水环境中。三年间分析调查显示冷水中心内软体动物的重要种及常见种有薄索足蛤(Thyasira tokunagai)、秀丽波纹蛤(Raetellops pulchella)、短吻蛤(Periploma sp.)、胡桃蛤(Nucula sp.)和日本梯形蛤(Portlandia japonica)。冷水中心对于大型底栖动物中软体动物的生长繁殖具有重要的保护作用,能够维持其群落结构的稳定。     

Fluid sources and stable isotope signatures in authigenic carbonates from the Northern Apennines,Italy

Authigenic carbonates are frequently associated with methane cold-seep systems, which extensively occur in various geologic settings worldwide. Of interest is the relation between the fluids involved in their formation and the isotopic signals recorded in the carbonate cements. Along the Northern Apennines foothills (Italy), hydrocarbons and connate waters still seeping nowadays are believed to be the primary sources for the formation of fossil authigenic carbonate found in Plio-Pleistocene marine sediments. Four selected outcrops of dolomitic authigenic carbonates were analysed to compare signature of seeping fluids with fractionation of stable carbon and oxygen isotopes recorded in the carbonate.Along the foothills, deep methane-rich fluids spontaneously rise to the surface through mud volcanoes or are exploited in wells drilled nearby to the fossil Plio-Pleistocene authigenic carbonates. The plumbing system providing fluids to present-day cold seeps was structurally achieved in Late Miocene and Plio-Pleistocene. δ¹³C values of methane, which vary from −51.9 to −43.0‰ VPDB, indicate that gas composition from the deep hydrocarbon reservoirs is relatively uniform along the foothills. On the contrary, δ¹³C in fossil authigenic carbonates strongly varies among different areas and also within the same outcrop.The different carbon sources that fed the investigated carbonates were identified and include: thermogenic methane from the deep Miocene reservoirs, ¹³C-enriched CO₂ derived from secondary methanogenesis and microbial methane from Pliocene successions buried in the Po Plain. The δ¹³C variability documented among samples from a single outcrop testifies that the authigenic carbonates might represent a record of varying biogeochemical processes in the hydrocarbon reservoirs. The sources of stable oxygen isotopes in authigenic carbonates are often ascribed to marine water. Oxygen isotopic fractionation in the dolomite cements indicates that marine pore water couldn't be the sole source of oxygen. δ¹⁸O values provide a preliminary evidence that connate waters had a role in the carbonates precipitation. The concomitant occurrence of active cold seepages and fossil record of former plumbing systems suggests that generation and migration of hydrocarbons are long-lasting and very effective processes along the Northern Apennines foothills.     

影响辽东半岛两次相似路径台风对比分析

1109号台风“梅花”和1215号台风“布拉万”是自黄海海域北上影响辽东半岛的台风,两次台风降雨量和风力的预报均出现偏差。利用常规气象资料、加密气象自动观测站资料及NCEP再分析资料对两次台风过程进行对比分析。结果表明：500 hPa中高纬度110°-120°E附近低槽、鄂霍次克海阻塞高压、副热带高压强度和形状的改变及北方冷空气对台风北上路径和强度有重要影响。北方冷空气对北上台风引起的降雨十分关键,降雨主要由台风外围螺旋雨带造成。日本海高压伸向中国东北地区的高压脊对大风的形成有重要作用,台风登陆后影响时间的长短与登陆后冷空气的配合有密切关系。     

1971-2011年辽宁寒潮时空分布特征

利用1971-2011年辽宁省58个常规观测站日最低气温资料,分析辽宁寒潮时空分布特征。结果表明：1971-2011年辽宁寒潮年平均频次空间分布存在两个大值中心,一个位于辽宁东北部地区,另一个位于辽西建平地区;11月大范围强寒潮出现最多。近41 a辽宁区域性寒潮在20世纪70年代出现最多,呈不显著的下降趋势;寒潮在10月中旬至翌年5月上旬均可出现,12月上旬至翌年2月下旬是寒潮集中出现时段,出现最多的是1月;区域性寒潮出现次数存在20、13、8a和4a的变化周期。影响辽宁区域性寒潮的主要天气形势有小槽发展型、横槽型和低槽东移型。寒潮物理量预报指标主要有：寒潮前至少有一日升温过程;500 hPa冷中心温度≤-40 ℃;地面冷高压主体中心气压为1050 hPa以上,分裂小高压中心气压为1030 hPa以上;500 hPa和850 hPa急流普遍为24 m.s-1和12 m.s-1以上;850 hPa辽宁附近等温线密集程度≥5条/10纬度;风向与等温线夹角基本大于60°。     

1961—2012年中国冬半年霾日数的变化特征及气候成因分析

利用全国664站1961—2012年逐日霾观测资料、降水量、平均风速和最大风速资料,分析中国霾日数变化特征及其气候成因。结果表明：我国年霾日数分布呈明显东多西少特征,中东部大部地区年霾日数在5～30 d,部分地区超过30 d,西部地区基本在5 d以下。霾日数主要集中在冬半年,冬季最多,秋季和春季次之,夏季最少,12月是霾日数最多的月份,约占全年霾日数的2成。我国中东部地区冬半年平均霾日数呈显著的增加趋势（1.7 d/10a）,霾日数显著增加时段主要在1960年代、1970年代和21世纪初,在1970年代初和21世纪初发生了明显均值突变。从区域分布来看,华南、长江中下游、华北等地霾日数呈增加趋势,而东北、西北东部、西南东部霾日数呈减少趋势。持续性霾过程增加,持续时间越长的霾过程比持续时间短的霾过程增加更为明显。不利的气候条件加剧了霾的出现。霾日数与降水日数在中东部地区基本以负相关为主,中东部冬半年降水日数呈减少趋势（-4 d/10a）,表明降水日数的减少导致大气对污染物的沉降能力减弱。另一方面,霾日数与平均风速和大风日数以负相关为主,而与静风日数则以正相关为主,冬半年平均风速和大风日数减小,静风日数增加,表明风速减小导致空气中污染物不易扩散,从而更易形成霾天气。     

西北地区东部季节干旱的时空变化特征分析

干旱作为我国西北地区东部影响最大的气象灾害, 可引起农业减产、水资源短缺、土地荒漠化和生态环境恶化等严重问题.在国家新一轮西部大开发战略实施之初, 在全球气候变暖背景下, 有必要对干旱发展的最新特征和演变趋势进行详细分析研究, 为加强防旱、抗旱,促进经济发展提供科学决策依据和参考.采用国家干旱标准综合干旱指数(CI指数), 利用西北地区东部74个气象代表站逐日气温、降水资料, 分析了西北地区东部不同级别干旱日数在各个季节的时空分布和变化趋势. 结果表明: 在气候变暖背景下, 西北地区东部从长期趋势看, 春、夏、秋季干旱呈加剧趋势, 冬季干旱呈减轻趋势. 21世纪以来春、夏季干旱进一步加剧, 尤其是夏季加剧更显著, 而秋、冬季干旱出现了减弱的新趋势. 在西北地区东部主降水期3-11月重-特旱加剧趋势比轻-中旱加剧显著, 南部干旱化趋势比北部更加明显. 尤其是宁夏同心地区春旱加剧非常显著, 已成为西北地区东部重-特旱最严重的地区.对于干旱发展的这一新动态, 必须引起有关部门的高度重视, 采取科学、有效手段加强防旱、抗旱.