The numerical scheme development of a simplified frozen soil model

In almost all frozen soil models used currently, three variables of temperature, ice content and moisture content are used as prognostic variables and the rate term, accounting for the contribution of the phase change between water and ice, is shown explicitly in both the energy and mass balance equations. The models must be solved by a numerical method with an iterative process, and the rate term of the phase change needs to be pre-estimated at the beginning in each iteration step. Since the rate term of the phase change in the energy equation is closely related to the release or absorption of the great amount of fusion heat, a small error in the rate term estimation will introduce greater error in the energy balance, which will amplify the error in the temperature calculation and in turn, cause problems for the numerical solution convergence. In this work, in order to first reduce the trouble, the methodology of the variable transformation is applied to a simplified frozen soil model used currently, which leads to new frozen soil scheme used in this work. In the new scheme, the enthalpy and the total water equivalent are used as predictive variables in the governing equations to replace temperature, volumetric soil moisture and ice content used in many current models. By doing so, the rate terms of the phase change are not shown explicitly in both the mass and energy equations and its pre-estimation is avoided. Secondly, in order to solve this new scheme more functionally, the development of the numerical scheme to the new scheme is described and a numerical algorithm appropriate to the numerical scheme is developed. In order to evaluate the new scheme of the frozen soil model and its relevant algorithm, a series of model evaluations are conducted by comparing numerical results from the new model scheme with three observational data sets. The comparisons show that the results from the model are in good agreement with these data sets in both the change trend of variables and their magnitude values, and the new scheme, together with the algorithm, is more efficient and saves more computer time.     

浅谈露水的观测

根据露水与雨水和露水与植物吐水它们之间的区别,提出对露水观测记录的一些浅见,为大家观测提供参考.     

小乔木根系根土间作用力的室外拉拔试验研究

小乔木根系在边坡生态防护中具有相当高的比例,研究土壤贫瘠小乔木根系的护坡机理及影响因素,对进一步提高或改进边坡生态防护技术具有理论和实际意义。在综合国内外相关研究成果的基础上,通过室外拉拔试验研究了红黏土边坡湿地松根系在大气降雨、含水率、根系几何参数等变动情况下根系对坡面土体加固能力的影响。试验结果表明强降雨条件下,表层土体的含水率大于深层土体的含水率,含根土体含水率大于素土含水率,表明小乔木根系有助于坡面土的雨水入渗;最大拉拔力随含水率的增加表现为单调递减或在最优含水率附近最大的先增大后减小的趋势,两者间为二次函数的关系;最大拉拔力随根系体积的增加总体表现单调递增,但在含水率为22%和24%时,最大拉拔力随根系体积的增加先减小后增大;植物根系在不同体积或含水率下,拉拔力-位移曲线波动较大。     

广州春季锋面降水的物理化学特征

通过对一次典型华南春季锋面层状云降水的物理特征与化学性质的分层密集观测分析，认识到：（１）本次降水雨滴浓度不高，滴径较小，因而雨强较小；（２）雨水ｐＨ值较低，平均为４．７８；离子成分中以ＮＨ，ＳＯ，ＮＯ的含量最高，其次是Ｃｌ－与Ｎａ＋；（３）在贴地层内，雨水在下落过程中离子成分是增加的，ｐＨ值逐渐升高，增加最多的离子成份是ＮＨ；（４）在降水开始后雨水ｐＨ值起伏上升，而后持续下降，雨水中Ｃｌ－与Ｎａ＋关系密切。     

云化学模式及其若干研究进展

本文从云的微物理过程、云中化学反应、云水、雨水对污染气体和气溶胶的清除过程,云化学模式等方面,总结介绍了近几年来云化学模式的若干研究进展。     

考虑雨水感热的降雨对多年冻土水热变化影响模型研究

青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响,忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上,通过引入考虑雨水感热的地表能量平衡理论,完善了考虑降雨能量的冻土水热耦合模型,基于青藏高原北麓河现场监测验证了模型的有效性,并分析了夏季降雨对地表能量平衡和活动层水热的影响机制。结果表明：考虑雨水感热的修正模型模拟土壤体积含水率、温度和热通量的平均偏差误差分别在±1.198%、±0.704℃和±1.66 W/m²之内,一致性指数分别大于0.877、0.929和0.937;优化后的模型提升了对地表吸放热状态的评估,能够较好地预测了雨后活动层水热的变化;夏季降雨增加地表蒸发潜热和雨水感热,降低地表净辐射、感热和土壤地表热通量使地面降温,降温效果与降雨强度正相关;同时受降雨时段影响,白天降雨事件的降温效果显著,雨水感热促进地表冷却,而夜间雨水短暂加热地表,蒸发潜热的显著作用使地表依旧持续降温。在地表温度梯度降低和雨水入渗的作用下,温度梯度水汽通量减少,液态水通量增加...     

廊坊市非常规水资源开发利用潜力分析

廊坊市是全国严重缺水的地区之一,水资源的短缺已成为廊坊市国民经济持续快速健康发展的“瓶颈”,为了解决水资源的供需矛盾,对廊坊市的微咸水、雨水、再生水等水资源的开发利用进行调查,对非常规水资源开发利用潜力进行分析,提出非常规水资源的开发利用措施,对缓解廊坊市水资源供需矛盾提供建设性建议。     

不同坡度植被边坡降雨入渗和径流侵蚀规律的试验研究

为研究不同坡度植被边坡降雨入渗和径流侵蚀的规律,开展大型边坡模型降雨试验,对边坡含水率、水土流失等参数进行实时监测,量化分析坡度对边坡雨水入渗、坡面径流和土壤侵蚀的影响。结果表明：在持时为4 h、降雨强度为60 mm/h持续降雨条件下,1:2、1:1.75、1:1.5裸土边坡累计雨水入渗量分别为同坡度植被边坡的70.6%、80.4%、92.3%,植被覆盖会加快雨水入渗速率,增大边坡累计雨水入渗量。植被边坡坡度越小,雨水入渗速率越快,累计雨水入渗量越大,而裸土边坡则相反。植被覆盖可有效降低坡面径流速率、减少累积径流量,边坡坡度越小,减流效果越显著,1:2、1:1.75、1:1.5植被边坡对比同坡度裸土边坡分别减少径流量53.11%、32.56%、17.73%。植被边坡水土流失含泥沙量均不足0.1%,植被可有效抑制坡面土壤侵蚀,而裸土边坡坡度越大坡面土壤侵蚀越严重,1:2、1:1.75、1:1.5裸土边坡单位面积侵蚀土壤质量分别为3.623、5.710、11.295 kg/m²,水土流失含泥沙量分别为3.06%、4.29%、7.34%。根据试验结果拟合得到裸土边坡产泥...     

热带西太平洋雨水的氢、氧同位素组成

测定了西太平洋(7.5°～31°N,123°～132°E)1989年9～10月间雨水的δD和δ18O值,结果表明该区雨水的氢、氧同位素组成呈观与中、高纬度地区明显不同的分布特征.雨水的δ值与降水点的纬度没有直接的因果关系,而与季风流场明显相关.沿季风流动方向雨水的δ值逐渐减低,这可用降水云团的瑞利分馏过程解释.雨水δD和δ18O的分布大致反映了研究区季风流场的特征.