Hydrological characteristics of vegetated river flows: a laboratory flume study

Abstract

Laboratory flume experiments were undertaken to measure the vertical profiles of mean flow velocity for three different flow discharges and four different stem densities of Hydrilla verticillata. The data were used to calculate three parameters, namely Manning's roughness coefficient, the Reynolds number and the Froude number. In addition, empirical equations were obtained for the vertical distribution of measured flow velocity within the transitional zone and above the plant canopy. The results show that: (a) the vertical distribution of measured flow velocity exhibits three zone profiles; (b) Manning's roughness coefficient decreases with increasing depth-averaged flow velocity; (c) the relationship between Manning's roughness coefficient and the depth-averaged flow velocity is within the smooth left inverse curve; (d) Manning's roughness coefficient significantly changes with increasing density of Hydrilla; (e) the Froude number is independent of the density of Hydrilla; and (f) both the Reynolds number and the Froude number increase with increasing depth-averaged flow velocity.

Citation Shi, J.Z., Li, Y.-H., Hughes, J.M.R., and Zhao, M., 2013. Hydrological characteristics of vegetated river flows: a laboratory flume study. Hydrological Sciences Journal, 58 (5), 1047–1058.

Editor Z.W. Kundzewicz     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

Local sea level change scenarios for the end of the 21st century and potential physical impacts in the lower Ria de Aveiro (Portugal)

Sea level change is an important consequence of climate change due to its impact on society and ecosystems. Analyses of tide-gauge data have indicated that the global sea level has risen during the 20th century and several studies predict that the mean sea level will continue to rise during the 21st century, intensifying coastal hazards worldwide. In Portugal, the Ria de Aveiro is expected to be one of the regions most affected by sea level change.The main aim of this study is to evaluate the potential impacts of the mean sea level change on the hydrodynamics and morphodynamics of the Ria de Aveiro. With this purpose, local mean sea level change was projected for the period 2091-2100 relative to 1980-1999, for different Special Report on Emission Scenarios (SRES) scenarios developed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). These projections revealed an increase in the mean sea level between 0.28 m under scenario B1 and 0.42 m under scenario A2.The results obtained for sea level rise scenario A2 projection were used to force the morphodynamic model MORSYS2D, previously implemented for the Ria de Aveiro. The modelling results were compared with model forecasts for the present sea level. The residual sediment transport and its balance at the lagoon inlet were computed and analysed for both situations. While the residual sediment transport is generally seaward, sediments tend to deposit inside the inlet due to the weak sediment transport at its mouth. The direction of the residual flux will not change with the sea level rise, but sediment fluxes will intensify, and accretion inside the inlet will increase.The rise in mean sea level will also affect the lagoon hydrodynamics. The tidal prism at the lagoon mouth will increase by about 28% in spring tide. In the lower lagoon only a slight increase of the tidal asymmetry is predicted.     

中国东部夏季降水年际变化与同期东海潜热通量的关系

利用1985~2008年OAflux3、NCEP＼NCAR再分析资料与中国大陆东部108个站点的降水资料,应用回归和合成方法,分析了中国东部夏季降水的年际变化与同期东海及邻近海域潜热通量变异的关系。结果表明:东海及邻近海域(以下称东海)夏季潜热通量年际变化显著的区域位于东海区域,为与同期中国东部降水密切相关的关键区域。当东海的潜热通量偏高(低)时,中国东部长江以南地区上空盛行偏东北(西南)风异常,这将不(有)利于水汽由南向北的输送,从而可能使到达长江中下游流域及以北地区的水汽偏少(多);并且,长江中、下游流域为下沉(上升)气流和低层水汽辐散(辐合)正异常,对应降水偏少(偏多);华南地区为上升(下沉)气流和低层水汽辐合(辐散)正异常,对应降水偏多(偏少)。分析结果还表明,东海的潜热通量可通过影响东亚大气环流而成为引起中国东部夏季汛期降水年际异常的重要原因之一。     

局地云量变化气候效应的数值模拟

本文用统计得到的东半球夏季平均云量资料，利用改进的云－辐射计算模式，在三维有限区域模式中模拟局地云量变化的气候效应。模拟结果表明，高原地区和热带辐合带云量变化造成的气候效应都主要表现在青藏高原地区。在低反照率时，高原地区云量减少使该地区地表加热，引起高低空气压系统加强；高反照率时结果相反。热带辐合带云量减少会引起青藏高原地区降温和气压系统减弱。     

沙漠化:从圈层耦合到全球变化

从沙漠化概念提出伊始 ,沙漠化成因机理的研究就一直成为学术界关注的焦点。沙漠化过程究竟有多少是由自然因素所致 ,多少是由人类活动所为 ,诸因素与沙漠化之间有何内在关系 ,沙尘天气发生发展过程及其诱因等 ,当属地球系统科学应解决的难题。文章从全球变化的角度 ,将沙漠系统视作一种类生命的非线性动力系统 ,指出沙漠化源于地球表层系统各圈层之间复杂的相关与耦合作用 :气候变化是控制沙漠进退的首要因素 ;陆表水持续亏损则是导致干旱、半干旱地区沙漠化发展的直接原因 ;岩石圈构造运动塑造了不同的地形地貌单元 ,奠定了沙漠分布的地理格局 ;人类的不当活动和气候变化引起的生物生产力的衰退及土地覆盖的破坏 ,造成了现代沙漠化的快速扩张。     

地面加热对沙尘暴数值模拟结果的影响研究

利用沙尘数值预报模式并针对2002年3月18—20日典型沙尘暴过程,模拟研究了地面热通量对沙尘暴的影响及其机制。结果发现,沙尘天气数值预报模式较准确地模拟了本次沙尘暴过程。模式对白天地面加热强度和夜间地面冷却强度均有一定程度的高估。地面热通量能够使沙尘暴明显增强,同时也通过导致地面风速、层结稳定度、地面摩擦速度产生明显的日变化,进而导致沙尘暴强度的日变化。地面热通量影响地面风速的方式是导致混合层形成,从而有利于产生高空动量下传。另外,沙尘暴发生时地面热通量主要影响地面和行星边界层中的天气要素,随时间推移地面热通量能够持续影响上升运动强度,且这一影响从边界层逐渐向上扩展到自由大气,并达到500 hPa以上。     

试论未来极端气候事件发展趋势的不确定性

极端气候事件是在一定时间尺度上发生的不同于气候系统平均状态的气候突变.早第三纪的最热事件（PETM）,第四纪中国黄土高原古土壤S4、S5记录的暖湿事件,砂黄土L9、L15记录的干冷事件等都是在轨道时间尺度上发生的极端气候事件.末次冰消期的YD冷事件、全新世9次冷事件是在千—百年尺度上发生的极端气候事件.这些极端气候事件出现于地球气候系统不同的冷暖背景下,它们的成因机制和表现形式有很多不确定性.20世纪以来发生的干旱、洪水、飓风、雪灾、沙尘暴等极端气候事件,无法用持续增加的温室气体的变化来解释.关于极端气候事件发生频率和强度随＂全球变暖＂而增加的结论也存在一定程度的不确定性.因此,简单地将现代极端气候事件统统归因于＂气候变暖＂既不科学也不合理.深入研究各个时间尺度上发生的极端气候事件的波动性、周期性和不确定性特征,有助于科学预测未来气候变化背景下极端气候事件的发展趋势.     

河流-河口-近海连续体碳循环研究进展

河流-河口-近海连续体(简称连续体)是连接陆地和大洋的过渡地带,也是目前全球碳收支估算的薄弱环节.这个复杂的海陆交互生态系统不仅可以通过光合作用、溶解作用吸收大气中的CO2,陆地和流域光合作用或化学风化作用固定的碳也可以被横向输送到陆架和大洋中.本文以国际上著名的切萨皮克湾以及长江-长江口-东海等为例,综述了连续体碳循...     

氯甲烷的海洋生物地球化学研究

对氯甲烷的海洋生物地球化学循环的研究进展进行述评。介绍了氯甲烷在海洋环境中的来源、分布、去除、海-气通量、大气氯甲烷的源、汇估算及海水中氯甲烷的分析方法等方面,并提出在国内海域进行氯甲烷研究的几点设想。