华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟

在中国科学院禹城综合试验站,采用涡度相关技术对夏玉米生长期间净辐射(Rn)、水汽通量(LE)、感热通量(Hs)和土壤热通量(G)进行了观测,并应用农田生态系统模型RZ-SHAW对水热过程和作物水分利用效率进行了模拟和分析.结果表明,夏玉米水汽通量具有明显的日变化与季节变化,Rn大部分用于玉米潜热的消耗,水汽通量与净辐射的比值(LE/Rn)随生长阶段呈上升趋势,在灌浆期达最大,约60%左右,但比用RZ-SHAW模型模拟的结果略低;RZ-SHAW模型模拟得到的夏玉米日蒸散量与实测值的变化比较符合;逐时水汽通量与相应时段内涡度相关实测值一致性指数(IA)均在0.75以上,均方差(RMSE)在1.0W·m?2以下.LE日变化呈倒“V”型,Hs呈倒“U”型并偏向午前,二者出现峰值的时间不同,Hs出现在11︰30左右,LE出现在13︰00左右,比Hs推迟一小时左右.CO2通量日变化呈不对称“V”型,峰值出现时间在11︰30左右.夏玉米4个生育期的群体水分利用效率(Fc+Rs)/LE在日出以后,随着光强的增强,水分利用效率迅速升高,至10时左右达到最大后开始下降,其最大水分利用效率为24.3g·kg?1,平均水分利用效率为10.3g·kg?1.     

三明市农业气候资源概况

通过分析三明市光照、水分、热量的时空分布特征及其与农作物发育生长的关系 ,指出 :三明市的农业气候资源丰富 ,其中 10℃以上活动积温为 6 6 77 9～ 5 2 4 0 2℃年 ,降水量为 14 4 0～ 182 5mm ,主要分布在 3～ 9月 (约占全年降水量的 80 %～ 85 % ) ,且随纬度、海拔高度的增加而增加 ,太阳总辐射量为 5 5 1～ 6 13MJ/m2 ,年变化为单峰型 ,2月最小、7月最大。     

内蒙古干草原羊草群落水分平衡及水分利用对策

对干草原羊草群落的水分平衡及水分利用进行了探讨 ,结果为 :1 羊草群落水分亏缺主要出现在雨季前 ,全年水分亏缺 5 7mm ;2 土壤含水量通常在 6、7月份较差 ,植物易受到干旱胁迫 ;3 羊草的水分利用效率前期高后期低。在水分充足时 ,水分利用效率受植物生长节律的控制。     

水质大涡模拟数学模型研究

建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质浓度分布进行了计算,计算结果与实测值比较吻合。研究表明,横向扩散与流动状态有关,当支流流量相对较小时,横向扩散较弱,形成岸边污染带,当支流流量相对较大时,横向扩散较强,污染带向江心移动。     

软煤和硬煤的甲烷吸附扩散特性对比

研究煤的吸附和放散特性,对于查明煤与瓦斯突出中甲烷的作用,提高煤层气采收率或矿井抽采率具有重要作用。通过自行研制的实验装置,对河南新安矿和平煤一矿软煤和硬煤甲烷吸附和扩散的性质、相同吸附压力下的吸附量和Langmuir吸附常数的差异进行分析,阐明煤表面能的控制因素,查明煤在初始解吸时刻的扩散系数。结果表明,同一煤层中软煤比共生的硬煤具有更大的Langmuir吸附体积,在同一吸附压力下同阶煤的吸附量与煤的软硬和吸附压力有关,软煤和硬煤的表面能与煤阶有关,短时间解吸时软煤扩散系数大于硬煤,长时间解吸后硬煤的扩散系数大于软煤,且软硬煤的扩散系数均随解吸时间延长和吸附平衡压力的增加而减小。      

多年冻土活动层浅层包气带水-汽-热耦合运移规律

活动层水热状态直接影响多年冻土和寒区工程的稳定性。已有研究大多基于附面层理论研究冻土温度场变化,较少研究液态水和水汽运移过程及其对冻土温度场的影响。结合多年冻土活动层包气带水-热耦合迁移的物理过程和内在机制,以温度和含水率为基本变量,建立了考虑液态水和水汽相变、水分对流传热和水汽运移的土壤-地表-大气能量平衡及土壤内部水热变化的耦合模型,分析了真实野外气象条件下活动层液态水和水汽运移规律。计算结果表明:白天温度梯度水分向土壤内部运移,夜间温度梯度水分向土壤表层运移;暖季温度梯度水分以向土壤内部运移为主,冷季温度梯度水分以向地表运移为主;就全年而言,活动层各个深度处水汽运移作用大于15%,水势梯度水汽运移极小可以忽略不计,特别是浅层土壤在无降雨状态下,水分运移以温度梯度水汽运移为主;水势梯度液态水通量受降雨影响明显,在降雨事件期间和之后,液态水和水汽下渗占主导地位,降雨降低表层土壤温度、减小土壤热传导通量,有利于土壤热稳定性。     

近50多年来淮河流域气候水分盈亏时空变化

水分盈亏是区域干湿气候划分的重要依据。基于淮河流域63个气象台站1957—2014年逐日观测数据,运用累积距平、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析及ArcGIS反权重空间插值法,结合Penman-Monteith蒸散计算模型获得淮河流域水分盈亏量的周期特征、突变特征及其时空分布特征,并分析其主要影响因子。结果表明:(1)水分盈亏月变化基本符合5月最低,7月最高。(2)从季节分布来看,水分亏缺面积秋季春季冬季夏季,亏缺程度春季最强。从平均年水分盈亏量分布来看,水分盈亏量由南向北递减。且不论季节还是年状况,山地及河流对区域水分盈亏量的南北递减存在滞后作用。(3)从各因子气候倾向率的时空分布来看,江苏东南部、山东西部、河南大部、湖北中部水分盈亏量变化的主导因子为潜在蒸散量,其他区域的主导因子为降雨量。(4)淮河流域水分盈亏量存在周期特征,第一主周期为10 a。     

大气水分循环方程

任何地点的降水量可能来自地球的任何地点的水分蒸发。为了定量描述大气中的这种水分循环的复杂过程,我们引入了两个概念性的工具:大气水分辐合函数和大气水分辐散函数,并且建立了用它们描述大气水分循环的方程组。     

1961—2016年中国西北地区陆地水分收支的年代际变化特征

利用观测气象数据集（CN05.1）、地表水文数据集（VIC-CN05.1）以及大气再分析数据（JRA55）分析了我国西北地区1961-2016年暖季（5-9月）陆地水分收支的长期和年代际变化特征。通过对陆地水分收支（Land Water Availability,LWA）时间序列作Mann-Kendall突变检验,将1961-2016年划分为3个时段进行进一步分析（P1：1961-1978年;P2：1979-2008年;P3：2009-2016年）。主要结论如下：在1961-2016年间西北地区LWA呈上升趋势,区域平均的LWA时间序列具有明显的年代际特征。三个时段的LWA距平百分率分别为-5.45%、-0.46%和13.99%,总体表现为"减少-不变-增加"的特征,尤其是近些年地表水资源增加明显。三个时段的LWA距平百分率空间分布差异显著,尤其在新疆中部、甘肃东部和陕西。西北地区总体上水汽通量输送和垂直速度与降水年代际变化特征基本一致,且区域特征明显。西北地区蒸发受降水、向下长波辐射通量和风速变化影响显著。     

毛乌素沙地植被水分利用效率的时空格局

水分利用效率（WUE）是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标,明晰其动态变化规律有助于判断区域植被生态建设是否与当地的自然条件相适应。利用基于CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型得到的植被净初级生产力（NPP）数据和MODIS系列产品中的蒸散发（ET）数据,估算了2001—2016年毛乌素沙地植被的WUE,并探讨了其时空演变特征及与气象因子的关系。结果显示：（1）WUE的多年平均值为0.62 gC·mm^-1·m^-2,空间上自东向西递减,在不同植被类型间表现为栽培植物>灌丛>草甸>草原>荒漠;（2）WUE以0.009 gC·mm^-1·m^-2·a^-1的速率上升,东部地区变化尤为显著,NPP的快速增长是WUE呈增加趋势的主要原因;（3）WUE与各气象因子的相关程度由大至小依次为太阳辐射、降水量、风速和气温,分布在西部地区的荒漠植被WUE受气象因子影响最小。经过一系列生态建设工程的治理,毛乌素沙地大部分地区自2001年以来NPP和WUE均呈增加趋势,即生态系统在变“绿”的同时还实现了水分的高效利用,有利于当地生态环境的健康发展;但在水热条件较差的中西部地区,新建设的植被生长缓慢且导致蒸散发产生强烈变化,使WUE呈减少趋势,暴露出植被建设规模与水资源承载能力不匹配的问题,需引起格外重视。