Changes in potential evapotranspiration and surface runoff in 1981–2010 and the driving factors in Upper Heihe River Basin in Northwest China

Changes in potential evapotranspiration and surface runoff can have profound implications for hydrological processes in arid and semiarid regions. In this study, we investigated the response of hydrological processes to climate change in Upper Heihe River Basin in Northwest China for the period from 1981 to 2010. We used agronomic, climatic and hydrological data to drive the Soil and Water Assessment Tool model for changes in potential evapotranspiration (ET₀) and surface runoff and the driving factors in the study area. The results showed that increasing autumn temperature increased snow melt, resulting in increased surface runoff, especially in September and October. The spatial distribution of annual runoff was different from that of seasonal runoff, with the highest runoff in Yeniugou River, followed by Babaohe River and then the tributaries in the northern of the basin. There was no evaporation paradox at annual and seasonal time scales, and annual ET₀ was driven mainly by wind speed. ET₀ was driven by relative humidity in spring, sunshine hour duration in autumn and both sunshine hour duration and relative humility in summer. Surface runoff was controlled by temperature in spring and winter and by precipitation in summer (flood season). Although surface runoff increased in autumn with increasing temperature, it depended on rainfall in September and on temperature in October and November. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Jet instability and the stabilizing effect of topography on jets in two-layer rotating systems

Abstract

Laboratory experiments concerning azimuthal jets in two-layer rotating systems in the absence and presence of bottom topography aligned along the jets have been conducted. The jets were forced by the selective withdrawal of fluid from the upper layer of a two-fluid system contained in a circular dishpan geometry. The principal parameters measured in the experiments were the jet Rossby number, Ro, and a stratification parameter F = r ₁/(λ₁λ₂)^1/2 where r ₁ is the radius of the circular disc used for the selective withdrawal (i.e., r ₁ is the approximate radius of curvature of the jet) and λ₁,λ₂ are the internal Rossby radii of deformation in the upper and lower fluids, respectively.

The no-topography experiments show that for a sufficiently small F, the particular value depending on Ro, the jet is stable for the duration of the experiment. For sufficiently large F, again as a function of Ro, the jet becomes unstable, exhibiting horizontal wave disturbances from modes three to seven. An Ro against F flow regime diagram is presented.

Experiments are then conducted in the presence of a bottom topography having constant cross-section and extending around a mid-radius of the dishpan. The axis of the topography is in the vicinity of the jet axis forced in the no-topography experiments and the crest of the topography is in the vicinity of the interface between the two fluids (i.e., the front associated with the jet). The experiments show that in all cases investigated the jet tends to be stabilized by the bottom topography. Experiments with the topography in place, but with the interface between the fluids being above the topography crest, are shown to be unstable but more irregular than their no-topography counterparts.

Various quantitative measurements of the jet are presented. It is shown, for example, that the jet Rossby number defined in terms of the fluid withdrawal rate from the tank. Q, can be well correlated with a dimensionless vorticity gradient, V_G , across the upper layer jet. This allows for an assessment of the stability characteristics of a jet based on a knowledge of V_G (which can be estimated given a jet profile) and F.     

基于地性线分级的DEM信息量计算方法研究

主要对基于DEM提取的地性线进行信息量的定量分析,探讨地性线的信息量与分辨率、地形单元的关系。这个过程中首先利用河网的自相似理论研究与当前DEM所代表的地貌详细程度相适宜的地性线提取的阈值区间,并讨论此阈值下地性线的分级,以此为基础通过以该分级为权重进行DEM地形信息量的计算。实践证明,这种顾及地性线等级的DEM信息量计算方法能较准确地反映地性线的分布规律和不同等级的要素造成的信息量度量差异。     

车载移动测量系统应用于城市大比例尺地形图更新

将车载移动测量系统与城市大比例尺数字地形图测图相结合,成功地将车载移动测量系统运用于城市大比例尺测图更新应用中。通过在测区内布设靶标控制点,对比靶标的点云量算坐标与全站仪实测实际坐标,统计分析车载移动测量系统的测图精度。实验结果表明,车载移动测量系统能够满足城市大比例尺地形图测图要求。     

重庆市滑坡灾害时空特征分析

重庆市是滑坡灾害高发的城市,滑坡灾害每年都会造成大量的人员伤亡和经济损失。本文结合历年滑坡统计资料,基于GIS平台,分析重庆市滑坡灾害的时空分布特征。自1980年起,重庆发生滑坡的次数明显增加,且集中发生在5~9月,尤其是7月。80%以上的滑坡为降雨引发,其次是自然灾害和人类活动,人类活动诱发滑坡灾害增长速度最快。重庆滑坡密度大的地区为市区以及万州区、忠县等三峡库区核心地带,滑坡高发地区有东北向西南方向变化的趋势。     

基于等高线隔断线确定DEM适宜分辨率的方法研究

分辨率是等高线数据插值生成格网DEM数据过程中需要考虑的一个重要参数,适宜的分辨率既能将等高线高程信息尽可能保留,又不会因插值造成数据冗余及误差。基于对格网DEM生成方式的理解,提出了等高线隔断线的相关概念,分析了基于地形图矢量化的等高线数据插值生成格网DEM数据,由不同长度等高线隔断线频率统计来确定格网适宜分辨率参考值的方法。同时,不同长度等高线隔断线的长度与其频率相乘得到标准长度,以及等高线隔断线中心点生成的密度分析图,均可在频率特征决定适宜分辨率参考值时起到一定的参考作用。通过样区实验验证,实现简便,可度量性强,与其他相关研究具有一致性,对确定适宜格网分辨率参考值具有一定的借鉴意义。     

南京雷达数据的一致性分析和订正

运用几何匹配法处理了南京雷达和热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)上搭载的测雨雷达(Precipitation Radar,PR)的反射率因子探测资料,统计分析了2008—2013年共245个时次的匹配数据。 以TRMM PR工作多年持续稳定特征为参照,揭示了南京雷达6 a的探测资料情况。结果表明,南京雷达和TRMM PR探测降水具有较强的一致性,6 a时间里南京雷达存在一定的运行不稳定情况,南京雷达0℃层以下数据存在“3段特征”:时段Ⅰ2008年1月—2010年3月,时段Ⅱ2010年3月—2013年5月,时段Ⅲ2013年5—10月。3个时段之间整体回波强度有差异,时段Ⅱ整体回波强度比时段Ⅰ、Ⅲ偏小2—3 dB;而3个时段内的回波整体保持相对的稳定,南京雷达与TRMM PR的回波强度差值随回波强度的变化呈线性关系;在中低回波值时TRMM PR比南京雷达大,在中高回波值时南京雷达比TRMM PR大。基于两种雷达回波强度值的拟合关系,对南京雷达的反射率因子进行分段线性订正,有效地改善了南京雷达的一致性:3个时段回波强度的整体差异减小到0.75 dB以内;在245个匹配时次和105894个匹配点上南京雷达和TRMM PR的反射率因子的相关系数增大,南京雷达-TRMM PR值的标准差减小。     

强台风海鸥登陆期间近地层风特性分析

利用位于海南文昌市的90 m测风塔观测的强台风海鸥多层测风数据,分析了台风海鸥登陆期间近地层风场时空特征、湍流强度、垂直风切变及阵风因子等风场特性,分析结果表明:台风海鸥登陆期间,近地层各高度风速呈现"M"型双峰特征,最大风速出现在台风后风圈;台风过境前后,风向旋转了180°;近地层风速随高度升高而增大,各高度风速垂直切变符合对数和指数规律;粗糙度长度、风廓线幂指数、湍流强度、阵风系数等风场特性与风速呈负相关关系,随着风速的增加而降低;从台风外围至台风眼,粗糙度长度随风速呈现"增大-减小-增大"特征;台风眼内部风速垂直切变剧烈,前后风圈的风速垂直切变较弱;强风区湍流强度较弱,弱风区湍流强度较强;台风风圈的湍流强度随高度增加而减小,台风眼内湍流强度随高度先减小再增加;台风影响各阶段阵风系数随高度升高而减小,各高度层阵风系数遵循指数定律;阵风系数随风速的增大而减小,当风速达到一定强度时,阵风系数随风速变化不明显。     

内蒙古河套灌区春玉米作物系数试验研究

作物系数曲线是估算作物生长季耗水量变化的重要参数。基于2013年4—9月内蒙古巴彦淖尔市临河区田间水分试验和1994—2013年气象站观测资料,利用水量平衡法反求春玉米作物系数,分析生长季内的变化规律, 建立动态模拟方程,并与联合国粮农组织 (FAO) 分段直线法结果进行比较, 提出胁迫条件下作物系数的叶面积修正方法。结果表明:玉米作物系数随发育进程可用三项式曲线描述,变化趋势与产量水平无关, 但随产量增高而变幅增大;以出苗后相对积温为时间变量建立模拟方程效果较好,决定系数 (R2) 均在0.92以上;模拟计算出各站点最大 (1.30~1.48) 和平均 (0.831~0.919) 作物系数,与FAO分段直线法计算的典型值和区间值基本一致,生长中期平均相对误差为3.4%~7.2%;提出利用相对叶面积指数修正作物系数的计算方法;通过2014年实例检验,土壤水分模拟值与实测值的平均相对误差为6.3%,相对误差小于15%的占95.8%。     

月球构造新认识：基于60m高精度全月月形图的月球构造形态学研究

一直以来月球上都没有发现像地球上一样的全球板块构造现象,被认为是属于单板块构造的行星体并且是不活动的。随着月球地形探测精度的提高,人们逐渐发现了一些地质现象表明月球并不像之前想象的一样是不活动的。高精度的月形数据显示出了月球上除了存在众所周知的(撞击作用产生的)复杂的撞击构造外,仍然存在许多可能由内生作用产生的构造特征:如裂谷、山脊、火山群等。本文利用最新高精度月球激光高度数据(LOLA数据)建立了全月60m(相当于7秒网格)高精度月形图。由于数据量超大(TB级别),作者编写了基于并行架构的集群计算处理代码,其计算效率提高了近300倍。基于这些图件,作者在全球范围内找出许多重要的构造现象,并根据其构造及地质特征进行分类研究。研究结果表明并不像之前认识一样,月球上的确存在许多地质构造体是由月球的内生地质作用所产生,并建立对于月球结构和构造的新认识。此外,通过对比发现,像地球上全球尺度的线性山脉只是板块构造运动的结果;另一方面,在无板块构造的行星上,就像月球一样,会产生大面积的高地(月陆)和低地(月海地区),这种地质现象很有可能是行星地壳岩浆演化的直接结果。在文章最后,作者还将制作出的60m分辨率的全月月形系列图件附后并公开,以方便其他科研人员进一步开展相关研究;并以此敬献中国地质科学院60周年庆典。