两种陆面模式对中国区域土壤温度模拟的对比分析

为研究不同陆面模式对中国区域土壤温度的模拟效果,基于中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气驱动数据分别驱动Noah和Noah-MP陆面模式进行中国区域土壤温度的模拟（简称:CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP试验）,使用2010—2018年中国气象局2380个土壤温度观测站点10和40 cm观测数据以及美国全球陆面数据同化系统（The Global Land Data Assimilation System,GLDAS）驱动的Noah模式（GLDAS_Noah试验）模拟的土壤温度结果,从空间分布、季节、分区等角度进行了评估,实现了不同驱动数据相同陆面模式和相同驱动数据不同陆面模式的对比分析。结果表明: GLDAS_Noah、CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP试验均能合理模拟出中国区域土壤温度空间分布,但在量级上有一定差异,主要表现在中国东北、新疆、青藏高原等积雪区。对于相同陆面模式不同驱动数据,均方根误差显示CLDAS_Noah试验在季节与分区上均优于GLDAS_Noah试验,间接表明CLDAS大气驱动数据优于GLDAS大气驱动数据,且大气驱动数据是提高土壤温度模拟精度的重要因素之一;对于相同驱动数据不同陆面模式,总体上CLDAS_Noah-MP试验棋拟效果优于CLDAS_Noah试验,其中CLDAS_Noah试验模拟的10和40 cm深度土壤温度在冬季积雪区误差明显大于CLDAS_Noah-MP试验,可能与Noah-MP模式改进了积雪方案有关,但10和40 cm深度下CLDAS_Noah-MP试验在东北、华北、青藏高原地区对春季土壤温度模拟误差明显大于CLDAS_Noah试验,可能与Noah-MP模式融雪方案有关。总之,本研究对于后续开展土壤温度多模式集成、土壤温度站点资料同化,最终研制中国区域高质量土壤温度数据集具有一定的参考意义。      

BCC_AVIM陆面过程模式冻融过程参数化的改进与检验

考虑冻融过程对陆气相互作用的重要性,参考国内外学者对于冻融过程的参数化方案研究,对BCC＿AVIM陆面过程模式的冻融过程参数化方案进行了改进与检验。改进的内容主要包括：（1）加入了过冷水概念,改进土壤冻结判断条件与含冰量更新标准;（2）加入平衡温度概念代替原方案中恒定的冻结温度;（3）在导水率的参数化方案之中加入不可渗透分数。用改进前后方案分别模拟玛曲站2018-2019年,2019-2020年两次冻融过程。发现改进后的方案在冻融过程中相比原方案：（1）增大了冻结状态温度模拟值、振幅减小、变化趋势更加接近实测;（2）增大了冻结状态中含水量的模拟值,变化趋势与实测相关性更好;（3）土壤中冰的产生日期延后,冰的融解日期提前,最大含冰量模拟减小;（4）冻融过程各阶段的转变日期模拟更接近实测;（5）新方案对于强冻融年份的模拟提升效果更优于弱冻融年份。     

Plant drought tolerance trait is the key parameter in improving the modeling of terrestrial transpiration in arid and semi-arid regions

陆面过程蒸腾作用的模拟制约着天气,气候降水预测的精确度.近几十年来,为了更好地描述植被蒸腾的水力约束,陆面过程模式发展了基于植物性状的植物水力胁迫方案.然而,我们对于植物性状在蒸腾模拟中的地位仍然缺乏了解,植物性状对蒸腾的重要性仍需进一步量化.本研究利用Morris方法评估植物性状参数在通用陆面模式植物水力胁迫方案(CoLM-P₅₀HS)中的重要性,针对17种植物性状,筛选出最为重要的:耐旱性状(P₅₀),气孔性状,和光合作用性状.在12个FLUXNET站点中,参数的重要性由归一化敏感度来衡量.P₅₀的重要性随着降水的减少而增加,而气孔性状和光合作用性状的重要性则随着降水的减少而减少.在干旱或半干旱地区,P₅₀比气孔性状和光合作用性状更重要,这意味着当植物经常经历干旱时,水力安全策略比植物生长策略更关键.而耐旱性状的巨大变异性进一步暗示了多种植物水力安全策略的共存.忽视P₅₀的变异性可能会对陆面过程模式蒸腾作用的模拟造成严重误差.因此,为了更好地表示植物水力功能的变异性,需要增加对耐旱性状的观测并耦合到陆面模式中.     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

开发干热岩的选址问题研究

干热岩是一种绿色环保、可再生、潜力巨大的地热资源。在借鉴前人研究成果的基础上,总结出在干热岩选址过程中应考虑莫霍面隆起区、热源岩石、沉积盆地、地热异常及强烈的构造活动等5个因素,供今后干热岩发电选址工作参考。     

浙江上虞—三门高速公路K270＋700边坡变形破坏分析及治理

浙江上虞—三门高速公路是连接浙东南沿海经济圈与浙中部地区的重要交通枢纽,2011年10月26日,该高速公路管理处养护人员发现桩号K270＋700处边坡有明显变形现象。本文在现场调查分析的基础上对上三高速公路K270＋700边坡进行了系统研究,研究分析表明,该边坡的破坏模式为两组控制性结构面相切产生的楔形块体沿交线方向发生滑移破坏。最后,针对边坡的破坏模式和现状情况提出应急抢险和永久性治理相结合的综合治理措施。     

内外动力地质作用与斜坡稳定性——以虎跳峡地区为例

内容概要全书共八章四十一节,全面介绍了内外动力作用对于斜坡灾害防治的意义及其国内外研究现状,系统阐述了虎跳峡地区的基本地质条件及其斜坡灾害发育状况,并初步揭示了河谷深厚覆盖层的成因及其与内外动力作用关系,系统分析了斜坡变形破坏规律及其相关动力因子;在典型斜坡稳定性剖析基础上,提出了斜坡演变的内外动力作用机制与耦合模式;进而应用强度折减法和3D数值分析等技术,深入探讨了反倾岩体斜坡和大型堆积体的稳定问题,提出了岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法和大型     

水合物地层中考虑相变的轴对称热传导问题

沉积层中水合物热分解是一个含有水合物相变的热传导过程,相变界面的演化过程是水合物分解规律及相关灾害分析的最基本的问题。本文在试验观测和分析实际物理过程的基础上,建立了水合物沉积层中考虑混相-多相变阵面-多区域的热传导理论模型,并针对轴对称问题进行了系列数值模拟;模型试验测定了四氢呋喃水合物沉积物中不同热源温度下水合物相变阵面的演化过程。通过对比,水合物分解相变阵面扩展的数值与试验结果吻合较好。     

基于粒子群算法的岩体结构面产状模糊C均值聚类分析

结构面产状分析是进行岩体力学分析及稳定性评价的基础,玫瑰花图、等密度图等传统的图形分析方法较为粗糙,无法对产状数据进行准确分析,采用模糊聚类方法则可以得到较为准确的优势产状,但需要事先指定分组数及初始聚心,且模糊聚类算法为局部寻优算法,初始划分对最终的数据分析结果影响较大。为了得到较为客观的分组结果及优势产状,同时能够针对大量结构面产状数据进行聚类分析,提出了基于粒子群算法的岩体结构面产状模糊C均值聚类算法。采用粒子群算法进行模糊C均值聚类算法初始聚心的求解,在计算过程中可同时确定最佳分组数,避免了人为指定的主观性,克服了模糊C均值聚类算法易陷入局部极小值和对初始划分敏感的不足。最后,通过工程实例中不同方法的聚类效果对比分析该算法的有效性,并将该方法应用于实测结构面产状数据的分析,得到较为符合实际的优势结构面分组。     

综合评价法确定岩质顺向坡软弱结构面的强度参数

岩质边坡的勘察相对较为简单,不像土质边坡那样当岩土结构复杂时使得勘察较为困难,但当岩质边坡为顺向坡、且有软弱夹层时,其软弱结构面抗剪强度指标的确定一直是勘察人员难以把握的问题。结合工程实例,通过结构面大型现场直剪试验、规范查表法及反算法等综合评价法,确定了岩质边坡软弱结构面的抗剪强度指标,并对各方法进行了详细的介绍和分析,以供类似工程作对比参考。