渤海湾海冰及黄河口河冰的剪切性质

本文叙述了冰的剪切实验方法,此实验是一种小规模的野外实验,主要测试渤海湾海冰及黄河口河冰在不同温度和不同形变速率情况下的剪切强度.冰的剪切强度是冰的温度和形变速率的函数.在一定的温度和形变速率范围内,冰的剪切强度随着冰的温度降低和形变速率的加快而变,超过了一定的范围,冰的剪切强度随着冰的温度降低和形变速率的加大而变小.     

松花江白山河段冰情数值计算及分析

根据水动力学、河流动力学、热力学、河冰水力学及固体力学等原理,针对松花江上游白山河段具体特征,建立了河冰数学模型,并应用有限差分计算方法,对白山河段冬季冰情演变进行了精确模拟。应用该河段1958-1973年共15年完整的地形、气象、水文、热力、冰情等原型观测资料,分别进行了模型参数率定及冰情数值模拟。研究结果表明:白山河段的封冻首先开始于白山坝址下游4 km的大崴子河段,然后封冻边缘逐渐上溯,最终到达松14断面;计算的白山河段冰花堆积体外形与河床纵剖面呈相似趋势;各种水力及冰情要素的数值计算结果和实测值吻合较好,所建立的数值模型能较好地模拟该河道的冰情。研究结果对东北地区河流冬季冰情研究及冰害防治具有一定的借鉴意义。     

基于遥感影像的黄河内蒙古段冰-水分类研究

及时获取凌汛期河冰和水体的空间分布特征,对于预测冰凌灾害、提高防凌信息化管理水平有重要意义。遥感技术是当前获取河冰和水体空间分布的最主要手段之一。但是,黄河水体有大量悬浮泥沙,这给基于遥感技术的高精度冰-水分类带来了挑战。以黄河内蒙古段为例,基于Landsat 8 OLI遥感影像数据,在利用归一化积雪指数（NDSI）及河道矢量数据排除无关地物的基础上,对比了近红外波段反射率值、归一化差异水体指数（NDWI）、归一化积雪指数（NDSI）、改进的归一化积雪指数（MNDSI）以及归一化差异未封冻水体指数（NDUWI）在黄河内蒙古段典型河道河冰、水体分类中的表现,计算各指标总体分类精度及Kappa系数并进行阈值稳定性分析。结果表明：在利用NDSI和高清历史影像排除河道外无关地物后,NDUWI在各子段影像中的总体分类精度和Kappa系数均达到90.00%及0.90以上,其河冰、水体最优区分阈值大体分布于阈值中值附近。研究结果可为凌汛期黄河冰凌监测方法的选取以及冰上爆破位置的拟定提供依据。     

1850—2100年北极阿拉斯加地区最大河冰厚度时空变化特征

在极地放大效应的影响下,北极气温以较全球平均更快的速度变暖,从而导致了北极冰冻圈系统的剧烈变化。河冰是北极冰冻圈系统的重要组成部分,是气候变化的敏感指示器,同时影响当地的生态、水文和多年冻土等。本研究利用Stefan方程,使用实测河冰厚度数据、CMIP6历史实验数据和四个未来情景(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)的1850—2100年近地表日气温数据,建立了阿拉斯加地区1850—2100年最大河冰厚度,并分析其时空变化特征。研究表明：阿拉斯加地区多年平均最大河冰厚度呈现南薄北厚的特点;在东西方向上,1850—2000年的平均最大冰厚呈现东薄西厚的特点,但未来100年在东西方向上无显著差异(P<0.05)。1850—2100年阿拉斯加地区最大河冰厚度整体上呈显著下降趋势。其中,1850—2014年下降速率为(-0.72±0.25) cm·(10a)^-1(P<0.05);随着社会脆弱性的加剧和辐射强迫的增强,2015—2100年阿拉斯加地区河冰减薄的速度明显增大,在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585情景下分别为(...     

Quantifying temporal changes in Tornionjoki river ice breakup dates and spring temperatures in Lapland since 1802

Cryophenological records （i.e. observational series of freeze and breakup dates of ice） are of great importance when assessing the environmental variations in cold regions. Here we employed the extraordinarily long observational records of river ice breakup dates and air temperatures in northern Fennoscandia to examine their interrelations since 1802. Historical observations, along with modern data, comprise the informational setting for this analysis carried out using t-test. Temperature history of April-May season was used as cli- matic counterpart for the breakup timings. Both records （temperature and breakup） showed seven sub-periods during which their local means were distinctly different relative to preced- ing and subsequent sub-periods. The starting and ending years of these sub-periods oc- curred in temporal agreement. The main findings of this study are summarized as follows： （1） the synchrony between the temperature and river ice breakup records ruled out the possibility that the changes would have occurred due to quality of the historical series （i.e. inhomoge- neity problems often linked to historical time-series）; （2） the studied records agreed to show lower spring temperatures and later river ice breakups during the 19th century, in comparison to the 20th century conditions, evidencing the prevalence of cooler spring temperatures in the study region, in agreement with the concept of the Little Ice Age （1570-1900） climate in North-West Europe; （3） the most recent sub-period demonstrate the highest spring tem- peratures with concomitantly earliest river ice breakups, showing the relative warmth of the current springtime climate in the study region in the context of the past two centuries; （4） the effects of anthropogenic changes in the river environment （e.g. construction and demolition of dams） during the 20th century should be considered for non-climatic variations in the breakup records; （5） this study emphasizes the importance of multi-centurial （i.e. historical） cryo- phenological information for highly interesting viewpoints of climate and environmental his- tory.     

基于遥感影像分析1989—2019年黄河内蒙古段河冰时空变化

获取河冰时空分布信息对黄河流域防凌减灾工作及沿岸地区可持续发展具有重要意义。收集黄河内蒙古段1989—2019年冬季河冰遥感影像数据;提出了归一化未封冻水体指数（NDUWI）用以剥离被归一化雪指数（NDSI）误分为河冰的水体像元,确定了该指数划分河冰、水体像元的阈值,并利用NDUWI结合NDSI的方法提取河冰信息进而分析河冰时空分布及变化特征,探讨了海勃湾水库调度及河床演变对河冰分布的影响。结果表明：黄河内蒙古段河冰主要分布在研究区中游（巴彦高勒—三湖河口）。1989年以来,研究区内河冰经历“平稳期”（1989—1997年）、“扩张期”（1998—2000年）、“萎缩期”（2001—2019年）3个阶段,其中2000年出现河冰面积峰值,并于2019年减小至最小。各子段中,海勃湾至巴彦高勒（R1段）2015年前河冰分布稳定,2015年起受海勃湾水库建成影响,河冰面积大幅萎缩;巴彦高勒至头道拐（R2~R4段）河冰面积变化特征大体与全段变化相同。空间上,2015年后R1段以纵向萎缩为主,巴彦高勒至三湖河口（R2段）左岸河冰萎缩,右岸河冰堆积仍有偎堤风险;三湖河口至包头（R3）段全段河冰漫滩现象严重,2016年起得以缓解;包头至头道拐（R4）段以局部漫滩为主,2016年开始以主槽封冻为主。上游海勃湾水库建成后的常规运用可有效减小下游黄河内蒙古段的河冰漫滩现象。研究成果可为黄河内蒙古段水库防凌调度及堤防安全隐患排查提供参考。     

采用适体坐标变换方法数值模拟天然河道河冰过程

为了精确模拟流动边界条件, 克服边界形状复杂、长宽尺度相差悬殊及由于水位引起计算边界变化等困难, 针对天然河道边界弯曲复杂的特点, 建立了适体坐标下的二维河冰数值模型.应用MacCormack步进法求解, 并应用黄河河曲段实测资料对数值模拟进行了验证.     

黄河游荡性河道河冰防御措施探讨

黄河干流禹门口至潼关河段, 俗称黄河小北干流, 流向由北向南, 为典型的游荡性堆积河道.1996年1月和2000年2月, 该河段在5 a时间内出现了2次罕见的凌情和凌灾, 给沿河人民生命和财产带来了严重灾害.通过对该两次凌灾成因进行分析, 探讨了游荡性河道河冰防御措施.     

凌汛期槽蓄水增量过程模拟

为研究凌汛期槽蓄水增量来源,在分析实测冰情资料基础上,把槽蓄水增量分为水位壅高主河道蓄水量增大、主河道内河水转化为固体冰盖和上滩水形成冰盖及在冰下聚集等3部分,建立河冰动力学模型,模拟河冰生消及槽蓄水增量过程,利用2008/2009年度三湖河口—头道拐河段实测冰情资料对模型进行了验证,表明滩地冰盖及冰盖下滞洪是内蒙古河段槽蓄水增量的主要来源,占最大槽蓄水增量的63.44%,主河道水位壅高引起的槽蓄水增量占26.56%,主槽冰盖蓄水占10.0%。     

弯道取水口河冰运动特性及导冰筏优化设置

采用DynaRICE二维河冰模型模拟弯道及其取水口附近的水面冰运动和堆积过程,探讨弯道取水口导冰筏的优化设计。该模型耦合了水动力方程和冰动力方程,分别采用有限元法和光滑粒子流体动力学法对水动力方程和冰动力方程进行求解。模拟得到弯道取水口处水流水力特性、不同角度导冰筏下河冰运动规律及其受力情况。结果表明河冰靠弯道凹岸一侧运动,并在取水口附近及其下游堆积,横向环流对河冰运动影响可忽略,取水口上游设置角度和长度合理的导冰筏可有效阻止河冰进入引水渠。但是,下游也需设置导冰筏来防止河冰在取水口下游堆积及向上游延伸到取水口。