Diagnosis of river basins as CO2 sources or sinks subject to sediment movement

Sediment movement during erosion, transport and deposition greatly affects the ecosystem of river basins. However, there is presently no consensus as to whether particular river basins act as carbon dioxide (CO₂) sources or sinks related to these processes. This paper introduces a rule‐of‐thumb coordinate system based on sediment delivery ratio (SDR) and soil humin content (SHC) in order to evaluate the net effect of soil erosion, sediment transport and deposition on CO₂ flux in river basins. The SDR–SHC system delineates CO₂ source and sink areas, and further divides the sink into strong and weak areas according to the world‐average line. The Yellow River Basin, most severely suffering soil erosion in the world, only appears to be a weak erosion‐induced CO₂ sink in this system. The average annual CO₂ sequestration is ~0·235 Mt from 1960 to 2008, a relatively small value considering its 3·1% contribution to the World's sediment discharge. The temporal analysis shows that the Yellow River Basin was once a source in the 1960s, but changed its role to become a weak sink in the past 40 years due to both anthropogenic and climatic influences. The spatial analysis identifies the middle sub‐basin as the main source region, and the lower as the main sink. For comparison, sediment‐movement‐related CO₂ fluxes of eight other major basins in four continents are examined. It is found that the six basins considered in the Northern Hemisphere appear to be sinks, while the other two in the Southern Hemisphere act as sources. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

最近60年来气候变化和人类活动对山地河流入海径流、泥沙的影响——以胶东半岛南部五龙河为例

采用Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法及线性回归等数学方法,以胶东半岛五龙河流域为例,对最近60年来气候变化和人类活动对山地河流入海径流、泥沙的影响进行了研究。结果表明,20世纪50年代以来五龙河入海径流、泥沙量均呈现出显著的阶段性逐级减少趋势。最近60年来,五龙河年径流量和输沙量主要集中在6—9月;主要受年降水量变化影响,年径流量从1980年开始显著减少,并在1966年出现较大波动;受年降水和径流变化影响,年输沙量也分别在1966和1980年呈减少突变;总体来看,年输沙量减少的趋势性要强于径流量。除气候变化影响外,1966年以来流域内大面积坡耕地改梯田和园地、林地建设等人类活动,也是造成河流径流、泥沙减少的重要原因。整体而言,最近60年来,气候变化和人类活动因素对五龙河入海水沙总量减少的贡献率分别为70%—80%和20%—30%。     

基于船载ADCP观测对罗源湾湾口断面潮流及余流的分析

基于对罗源湾可门水道的25 h连续走航ADCP观测,成功构建了沿走航断面共12个站位的连续海流时间序列,并对这些站位的潮流、余流以及潮通量等进行了分析。结果表明可门水道内的潮流为正规半日潮流,驻波性质明显,涨潮首先出现在水道中下层而退潮则首先发生在水道上层。水道内的潮流为往复流,水道南部M₂分潮流流速较大,并且其倾角自北向南逐渐增加。此外,水道两端的浅水区域内浅水分潮M₄振幅较显著。可门水道内余流呈现出两层结构,20 m以浅余流沿东北向流出海湾,并且出流的核心位置偏南,而20 m以深的余流沿西南向流入湾内,入流的流核位于偏北的近底层区域。对潮通量的积分计算表明通过可门水道进入罗源湾的潮通量约为4.81×108 m3。     

长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制

随着崇明北侧岸滩的自然淤涨和人工圈围,北支河道显著束窄,"喇叭口"顶点位置下移。在新的地形及流域来水来沙变异背景下,作为长江河口的分支强潮汊道,其悬沙运动与输移特点值得探讨。根据2010年4月小潮至大潮连续8 d的半个半月潮水沙观测,结合多年不同河段水沙观测数据得到的含沙量过程曲线显示:整个河道潮流强、含沙量高,含沙量过程曲线呈 "单峰-双峰-单峰"的变化特点;河道悬沙的输移以平流输移和"潮泵输移"为主,以"喇叭口"顶点为界,上游段河道平流输移占主导地位,"潮泵输移"次之;下游段"潮泵输移"占主导,平流输移次之。净输沙总量呈:上段河道向海,下段河道向陆,在"喇叭口"顶点附近存在一个泥沙汇聚的最大浑浊带区域。     

水下沙丘形态演化的数值模拟实验

水下沙丘在海洋、湖泊、河流等浅水砂质沉积区广泛分布。基于过程的数值实验方法探讨了沙丘形态演化问题,试图解释在沙丘形成过程中各因素的作用及它们之间的关系。模拟中考虑了以下的变量:水深、沉积物粒度、沉积层厚度以及台风作用。模拟结果显示,沙丘的空间分布控制了空间流场的参数k₂,沙丘波高受水深、沉积物粒度以及沉积层厚度等因素的影响,沉积层厚度决定了沙丘的形态是否饱满。在台风作用中,沙丘波峰的沉积物被侵蚀,高程降低,波高渐小;台风作用后,沉积物被重新输运至波峰,沙丘高度逐渐恢复。因此,沙丘的高度取决于台风作用的时间以及2次台风作用之间的间隔。沙丘形态和尺度在台风作用前后变化较小,但沙丘演化的速度却有所提高。根据台湾浅滩和北海南部地貌系统数据的验证,模拟具有较好的效果。     

一种用于突发性场地污染模拟的解析模型

为了及时有效地应对各种突发性环境污染事故,有必要开发一种简单实用、适于各类型污染物的场地污染数学模型。通过污染事故发生后污染物在包气带、饱和带迁移转化的概化,建立了污染物运移的自由入渗模型以及降雨入渗模型并给出各自相应的解析解。无降雨时,考虑污染物在重力作用下随包气带向下渗透的作用,建立一维垂直入渗模型。有降雨时,考虑污染场地(包气带)中污染物迁移和转化的对流作用、扩散作用及挥发、生物降解、吸附、根系吸收等作用,建立包气带剖面二维溶质运移模型和饱和带平面二维溶质运移数学模型。建模过程中,假定降雨量的平均分布及土壤质地、水力参数以及有机物成分、种类均相同,同时假定污染物与多孔介质间的作用为线性吸附,植物根系对污染物的吸附遵循一级动力学。基于模型的解析解,实现案例的模拟计算。模拟结果表明:该模型具有适用范围广、模拟高效快捷等优点,能够较准确预测污染发生后污染物在土壤中的动向、到达饱和带的时间以及饱和带中污染物的迁移情况。     

雷州半岛高桥红树林沉积物中砷的分布

采用五态连续提取法(SEP)对雷州半岛高桥红树林群落内外不同深度的沉积物砷含量进行测定.结果表明,高桥红树林湿地0~60cm深处沉积物中除Al-结合态砷和Ca-结合态砷含量低,难以检出外,交换态砷、残渣态砷、Fe-结合态砷皆可检出,沉积物砷积累以残渣态砷和 Fe-结合态砷为主,总砷测定含量为7.34±0.39~10.32±0.48 mg/kg,其中以20~40cm深处沉积物总砷测含量最多;不同深度沉积物砷含量中林内与林区外裸滩呈现不同的分布规律,林外裸滩-林缘-林内的表土总砷含量的分布呈波浪式分布,以林缘为最高,总砷达9.97±1.29 mg/kg,林内显著大于林外裸滩(p值<0.05),林内沉积物对砷的吸附强度较林外裸滩高     

运输效率研究述评及基于交通运输地理学视角的研究展望

运输效率是衡量运输系统运行状况及发展潜力的综合性指标。国外学者立足经济学与管理学, 在运输效率评价的计量模型、指标体系以及运输效率的影响因素与机理等方面进行了深入分析;国内研究总体上还处于国外研究方法体系与成果引进阶段, 但中国学者开创性地将运输效率与地域空间相结合, 开始关注运输效率的空间格局及其与区域经济系统的耦合研究。近年来, 运输的能源效率与二氧化碳排放效率日渐引起学者的关注。从交通运输地理学角度, 突出运输效率的空间地域性, 在区域运输效率影响因素分析与定量测度基础上, 对运输效率格局、过程、机理及效应展开系统研究, 具有一定科学意义和应用价值。     

间歇性输水影响下的2001-2011 年塔里木河下游生态环境变化

采用2001-2011 年野外调查资料和卫星遥感影像数据,对生态输水影响下的塔里木河下游地下水、植被变化特征进行分析,并探讨了典型断面植被对地下水埋深变化的响应关系。结果表明:(1) 各断面地下水位变化过程与河道来水过程密切相关,近10 年来经历了显著抬升(2000-2005 年)—缓慢降低(2006-2009 年)—小幅抬升(2010 至今) 的过程,主要表现为随生态输水量的改变呈波动变化;地下水位抬升幅度与生态放水量的相关系数达0.78,与生态放水持续时间的相关系数为0.70。(2) 2001-2011 年塔河下游植被覆盖面积总体上呈增加趋势,其中灌木林地和草地变化显著,林地和耕地面积呈小幅度变化;植被覆盖度的变化主要表现为2001-2006 年显著提高和2006-2011 年小幅变化。(3) 植被覆盖度随地下水位的抬升呈现出增加的趋势;垂直河道的方向上,同时期植被覆盖度与地下水埋深空间分布特征一致,均以输水河道为轴向两侧植被覆盖度(地下水埋深) 逐渐降低(增大);平行河道的方向,植被覆盖度对地下水埋深的响应幅度随着离大西海子水库距离的增加而减小。     

A Wind Tunnel Investigation of the Shear Stress with A Blowing Sand Cloud

In a blowing sand system,the wind provides the driving forces for the particle movement while the moving particles exert the opposite forces to the wind by extracting its momentum.The wind-sand interaction that can be characterized by shear stress and force exerted on the wind by moving particles results in the modification of wind profiles.Detailed wind pro-files re-adapted to blown sand movement are measured in a wind tunnel for different grain size populations and at differ-ent free-stream wind velocities.The shear stress with a blowing sand cloud and force exerted on the wind by moving par-ticles are calculated from the measured wind velocity profiles.The results suggest that the wind profiles with presence of blowing sand cloud assume convex-upward curves on the u(z)-ln(z) plot compared with the straight lines characterizing the velocity profiles of clean wind,and they can be better fitted by power function than log-linear function.The exponent of the power function ranging from 0.1 to 0.17 tends to increase with an increase in wind velocity but decrease with an increase in particle size.The force per unit volume exerted on the wind by blown sand drift that is calculated based on the empirical power functions for the wind velocity profiles is found to decrease with height.The particle-induced force makes the total shear stress with blowing sand cloud partitioned into air-borne stress that results from the wind velocity gradient and grain-borne stress that results from the upward or downward movement of particles.The air-borne stress in-creases with an increase in height,while the grain-borne stress decreases with an increase in height.The air-borne shear stress at the top of sand cloud layer increases with both wind velocity and grain size,implying that it increases with sand transport rate for a given grain size.The shear stress with a blowing sand cloud is also closely related to the sand transport rate.Both the total shear stress and grain-borne stress on the grain top is directly proportional to the squ