Ecomorphodynamics of rivers with converging boundaries

Many rivers worldwide show converging sections where a characteristic limiting front for vegetation establishment on gravel bars is observed. An important conceptual model was advanced in 2006 by Gurnell and Petts, who demonstrated that for the convergent section of the Tagliamento River the downstream front of vegetation establishment can be explained by unit stream power. We introduce a theoretical framework based on 1D ecomorphodynamic equations modified to account for the biological dynamics of vegetation. We obtain the first analytical result explaining the position and river width where vegetation density is expected to vanish in relation to a characteristic streamflow magnitude and both hydraulic and biological parameters. We apply our model to a controlled experiment within a convergent flume channel with growing seedlings perturbed by periodic floods. For a range of timescales where hydrological and biological processes interact, we observe the formation of a front in the convergent section beyond which vegetation cannot survive, the location of which is explained by flow magnitude. This experiment confirms that the timescales of the involved processes and the unit stream power determine the existence and the position of the front within convergent river reaches, respectively. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Determining drag coefficients and their application in modelling of turbulent flow with submerged vegetation

Vegetation is a key aspect of water resources and ecology in natural rivers, floodplains and irrigation channels. The hydraulic resistance of the water flow is greatly changed when submerged vegetation is present. Three kinds of drag coefficients, i.e., the drag coefficient for an isolated cylinder, the bulk drag coefficient of an array of cylinders and the vertically distributed or local drag coefficient, have been commonly used as parameters to represent the vegetation drag force. In this paper, a comprehensive experimental study of submerged stems in an open channel flow is presented. Empirical formulae for the three drag coefficients were obtained based on our experimental results and on data from previous studies. A two-layer model was developed to solve the mean momentum equation, which was used to evaluate the vertical mean velocity profile with each of the drag coefficients. By comparing the velocity distribution model predictions and the measurement results, we found that the model with the drag coefficient for an isolated cylinder and the local drag coefficient was good fit. In addition, the model with the bulk drag coefficient gave much larger velocity values than measurements, but it could be improved by adding the bed friction effect and making choice of the depth-averaged velocity within the canopy layer.     

黄河中游大尺度植被冠层截留降水模拟与分析

大尺度植被冠层截留降水定量模拟与分析是揭示气候变化和人类活动综合作用下区域水沙变化机制的重要研究内容。以黄河中游河口镇—潼关区间为研究区,耦合遥感等空间数据与植被冠层截留估算模型,利用地面监测站点降水数据、GLASS叶面积指数遥感数据和地理信息空间分析技术,定量模拟和分析了黄河中游20 世纪80 年代以来3 个典型年份的地表植被冠层截留降水及其时空变化特征。结果表明：（1） 20 世纪80 年代以来,特别是20 世纪末实施的生态修复政策,使得黄河中游叶面积指数显著提高,植被覆盖明显改善;（2） 20 世纪80 年代以来,黄河中游植被冠层截留降水发生了明显变化,1984 年、1995 年和2010 年研究区植被冠层截留降水量区域年平均值分别为19.57 mm、13.66 mm和22.68 mm,截留率分别为3.24%、3.32%和4.92%;（3） 黄河中游植被冠层截留降水特征及其变化受降水特征和地表植被状况共同影响,其中,降水量是决定植被冠层截留降水特征的控制性因素,而叶面积指数年际变化是影响植被冠层截留降水特征变化的主要因素。     

1999—2010年中国西北地区植被覆盖对气候变化和人类活动的响应

中国西北地区气候干旱,频繁出现沙尘天气,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,研究其变化对改善西北生态环境具有重要意义.本文利用1999—2010年归一化植被指数(NDVI)以及气象数据研究中国西北地区植被覆盖时空变化,以Sen趋势度结合Mann-Kendall检验、相关和偏相关分析以及残差法分析人类活动和气候变化对植被覆盖变化的影响.结果表明:西北地区植被覆盖整体呈增加趋势,但在局部地区气候干旱少雨和人类活动抑制植被生长.植被变化强度空间差异是人类活动和气候要素共同作用的结果:气温高,降水少,大部分地区植被覆盖与气候要素相关显著,并且植被变化对气温和降水的响应存在一定滞后时间;蒸发量大于降水量,人类引水灌溉弥补降水不足,使得农业植被呈增长趋势.新疆北部地区植被覆盖呈下降趋势,原因是气候干旱、沙漠化严重会抑制植被生长,人类活动频繁、城市扩建同样会破坏植被生长.     

湖光岩玛珥湖晚全新世人类活动的叶蜡烷烃及其碳同位素沉积记录

通过对广东省湛江市湖光岩玛珥湖晚全新世沉积物中叶蜡烷烃（n-C₂₉,n-C₃₁,n-C₃₃）及其碳同位素（δ^{13C）进行分析,探讨该湖区约3.5 ka BP以来的植被变化历史,重点讨论了人类活动对该区域植被变化可能带来的影响。叶蜡烷烃δ13区C₃植物占绝对优势,表现为典型的C在1.7 ka BP以前偏轻,例如长链烷烃碳同位素在1.78 ka BP为-33.27 ‰,表明湖C₃型生态系统;在1.7 ka BP之后碳同位素明显快速偏重,在1.63 ka BP为-28.26‰,指示了C₄植物出现和C₄比例上升的过程。C₄植物的出现通常指示气候的干旱化,但是烷烃P_aq和ACL指数（平均链长）则显示湖区气候可能在1.7 ka BP后变湿润。通过与研究区甘蔗的同位素和ACL指数的比较分析,推测这一矛盾现象可能与湖区开始有一定规模的甘蔗种植活动有关。}     

中国地区下垫面特征对强对流天气影响研究进展

下垫面所具有的非均匀性特征会对强对流天气产生很大的影响作用,这种影响主要通过改变边界层热力、动力过程及地气之间的热量输送与水分循环,进而改变大气的温湿结构和垂直运动来实现。该文主要介绍利用陆面模式研究下垫面特征的成果,并且讨论不同类型下垫面,包括自然形成的地表特征、植被覆盖及城市化作用等对强对流天气影响的研究成果,重点分析中国地区,就陆面模式的模拟方法和下垫面变化时所产生的问题进行深入的探讨。     

减化比值植被指数在城市热环境研究中的应用

以南京市ETM＋影像为数据源,经嵌套于ERDAS IMAGINE9.1中的ATCOR2大气校正后,提取了南京城区地表温度（land surface temperature,LST）、归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和减化比值植被指数（reduced simple ratio,RSR）,基于实测值和同时相AS-TER数据反演结果的双重验证,拟合了两种植被指数与地表温度的定量关系,并进行对比分析。结果表明,除水体外,植被覆盖度高的区域地表温度明显低于植被稀少或无植被区;地表温度与NDVI呈显著线性负相关,与RSR呈显著幂函数负相关,后者的相关性高于前者;当RSR小于3.2时,地表温度随植被覆盖增加而锐减,当RSR大于3.2时,植被覆盖继续增加,地表温度却趋于恒定,呈现植被降温效应＂饱和＂现象;对比比值植被指数（ratio vegetation index,RVI）应用结果发现,近红外和红光比值的线性拉伸是导致NDVI和RSR表征城市热环境效应存在差异的主因,还与短波红外对水分敏感和能真实反映植被冠层结构有关。中国6大城市热环境案例研究均表明,RSR能直接解释对于不同下垫面,增加相同的植被覆盖度其降温效果存在差异的现象,而不进行土地利用分类,NDVI则无法揭示此现象。     

干旱区植被覆盖度提取模型的建立

本文通过分析遥感提取植被覆盖度的经验模型法、植被指数法和混合像元分解法,归纳了它们各自的优势、精度和存在的问题,指出了影响应用较广泛的植被指数转换法精度是全植被覆盖像元的选取。在此基础上提出了植被指数转换法的改进模型一利用高分辨率卫星图像的最大NDVI值作为均一像元的NDVI值替换中等分辨率卫星图像的NDVI值,建立植被覆盖度提取模型,从而通过中等分辨率卫星图像获取大范围植被覆盖度的方法。经实践检验,该方法简单、实用,适合于利用中等分辨率卫星图像进行大范围宏观监测。     

青藏高原中东部植被覆盖对水热条件的响应研究

植被覆盖的变化常是自然因子和人类活动的综合作用,分析植被对水热条件的响应关系有助于认识人类活动在地表植被变化中的作用程度。本文旨在结合1982~2000年地面气象观测资料和NOAA卫星的AVHRR 植被指数（8km）,对气象站点分布相对密集的青藏高原中东部的NDVI（归一化植被指数）空间变化同水热条件的响应关系进行分析。通过水热有关指标的趋势面模拟、植被类型比较和样带分析,表明：在青藏高原中东部地区,水热条件组合较好（如常绿针叶林）或较差（如荒漠半荒漠）的区域,多年平均的NDVI旬值同水热条件的相关性不强;而范围广阔的水热条件组合中等区域（如高山草甸/草原）同水热条件相关性很高;青藏高原周边区域植被对水热条件相对不敏感,而高原主体部分植被覆盖同水热的相关性则很高（0.75以上）;此外,海拔对热量条件影响很大,进而影响植被覆盖。     

卫星遥感藏北高原非均匀陆表地表特征参数和植被参数

卫星遥感在研究青藏高原北部地区(藏北高原地区)非均匀陆表地表特征参数和植被参数时有其独到的作用.作者提出了基于NOAA-14 AVHRR资料推算藏北高原地区地表特征参数和植被参数的方案,并把其用于全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验(GAME/Tibet)试验区.同时利用3个景的NOAA-14 AVHRR资料进行了分析研究,得到了一些有关藏北地区非均匀地表的区域地表特征参数(地表反射率、地表温度)和植被参数(INDV、植被覆盖度和叶面指数ILA).