利用稳定同位素大气水平衡模式, 模拟了2012年全球大气水汽和降水中δ18O的空间分布和时间变化以及降水中δ18O与降水量、温度之间的关系. 其目的在于检验稳定同位素大气水平衡模式模拟水稳定同位素循环的能力, 揭示稳定同位素效应产生的主要原因, 改善对水循环中稳定同位素效应的理解和认识. 模拟结果很好地再现了全球降水中δ18O的纬度效应、大陆效应和季节差异. 在水循环过程中, 引起降水中稳定同位素空间变化和时间变化的原因与蒸发对水汽同位素的富集作用、降水对水汽同位素的贫化作用、凝结温度对水汽同位素贫化程度的影响有关. 模拟的降水量效应主要出现在中低纬度海洋和季风区, 这种分布形势与δ18O季节差和降水量季节差的分布相对应; 模拟的温度效应主要出现在中高纬度陆地, 这种分布形势与降水中δ18O季节差的分布形势相对应. 在一些低纬度地区, 伴随强降水量效应的出现, 温度效应也同时出现.
根据喜马拉雅山珠穆朗玛峰绒布冰川消融资料和同期气温数据, 分析了该冰川度日因子时空变化. 研究结果显示: 绒布冰川度日因子随海拔升高而增加, 海拔5 260 m、5 350 m、5 450 m、5 500 m 和5 750 m处冰川度日因子平均值分别为3.27 mm·℃-1·d-1、8.21 mm·℃-1·d-1、23.19 mm·℃-1·d-1、46.41 mm·℃-1·d-1和42.05 mm·℃-1·d-1; 不同厚度表碛下的冰川度日因子有所差异; 但对同一观测点来说, 度日因子随时间变化较小; 在喜马拉雅山南北坡海拔<5 350 m 的地区, 冰川度日因子普遍较小(<10.5 mm·℃-1·d-1); 而在南北坡海拔>5 350 m的地区, 度日因子普遍较大(大部分>15.8 mm·℃-1·d-1), 相比南坡, 喜马拉雅山北坡冰川度日因子更大.
多年冻土是复杂地气系统的产物, 以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响. 基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料, 分析了气候变化背景下, 多年冻土升温特征及上限变化规律, 并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分析. 结果表明: 2006-2011年监测期间, 铁路沿线多年冻土正在经历明显的升温趋势, 上限附近和15 m深处平均升温率分别为0.015 ℃·a-1和0.018 ℃·a-1, 其中, 低温冻土区在上述两个深度处升温均比高温冻土区显著; 多年冻土上限深度也表现出一定的增深趋势, 平均增深速率为4.7 cm·a-1, 其中, 高温冻土区增深速率大于低温冻土区. 低、高温冻土对气候变化的响应表现出了较大差异. 同时, 受局地因素的影响, 不同区域在升温和上限增深上也存在一定差异.
在季节冻土区, 周期性的冻结与融化持续改变着土体内部结构, 土的孔隙率与渗透性也随之产生相应的变化. 针对这一现象进行了原状黄土和重塑黄土的冻融循环试验和冻融循环后的渗透试验. 结果显示: 随着冻融循环作用的进行, 原状黄土与重塑黄土干密度的变化趋势都是先增大后减小, 然后趋于稳定. 由于渗透系数与干密度呈负线性关系, 所以随着冻融循环次数的增加, 原状黄土与重塑黄土的渗透系数都是先减小后增大, 最后在4×10-4~6×10-4 cm·s-1之间趋于一个稳定值. 因为重塑黄土是扰动土, 土结构中的颗粒大小较为均匀, 而原状黄土的土结构中颗粒大小不均匀, 导致重塑黄土的渗透系数始终大于原状黄土.
对含盐冻结粉质砂土进行温度-2 ℃、-4 ℃、-6 ℃和围压0.3~16 MPa的三轴强度试验. 结果表明: 含盐冻结粉质砂土应力-应变曲线在低围压和高围压表现为应变软化特征, 中围压为理想塑性变形特性; 随着围压的增大, 强度先增加后减小. 在围压小范围内得到广义黏聚力和广义内摩擦角, 并得到广义黏聚力和广义内摩擦角随围压和温度的变化规律; 同时, 针对强度随围压的变化, 提出非线性强度准则.
冻土路基土体的物理性质与温度有密切关系, 在不同的季节, 路基内的变形场和应力场会相应发生变化. 为了说明路基内变形场和应力场的季节性差异, 以青藏铁路某断面为例, 对冻土路基在有、无列车荷载两种工况下进行了数值模拟, 系统分析了两种工况下路基内的变形场和应力场特点. 结果表明: 路基修筑后, 在自重作用下会产生较大瞬时变形; 由于路基内温度场随时间变化, 路基内各点的位移也随时间发生变化, 且位移时程曲线与温度时程曲线大体呈负相关. 在有、无列车两种工况下路基竖向位移分布都是由道砟中心向路基内部逐渐减小, 但数值明显不同; 由列车荷载引起的最大竖向附加变形发生在路基顶面中心点, 在10月15日、1月15日、4月15日, 变形量分别为-4.94 mm、-3.24 mm、-2.56 mm. 对于路基底面中心点和地基浅层中心点, 由列车荷载引起的附加应力在10月15日最大、1月15日次之、4月15日最小, 附加应力最大达到19.48 kPa; 列车荷载主要影响路基上部土体应力分布, 对下部土体应力分布影响较小.
沿用已有的制样方法, 在统一了制样过程中冰、水比例及冰颗粒尺寸的基础上, 开展了高含冰(水)量粉质砂土的单轴抗压强度系统性测试. 结果表明: 高含冰(水)量冻土的单轴抗压强度随应变率的增加而非线性增大; 随温度升高而减小, 减小趋势与总含水量有关. 随含水量的增加, 强度先是非线性增大, 然后逐渐趋于重塑冰的强度, 这有别于早期类似研究的结果. 同时, 也对试样中加入冰颗粒以保证试样高含冰(水)量的制备方法合理性产生了质疑.
风积沙作为青藏高原一种重要的局地因素, 改变了多年冻土的赋存条件. 风积沙的导热系数特征对预报分析其对冻土赋存有利或者不利具有重要作用. 采用非稳态法对青藏高原红梁河风积沙进行了导热系数测试, 并结合电镜扫描/能谱分析, 从微观结构的角度探讨了风积沙的导热系数变化机理. 结果表明: 研究区风积沙平均粒度为242.427 μm; 标准偏差值为0.125, 分选极好; 偏度为0.359, 接近对称; 峰度值为1.086, 峰态中等; 颗粒粒径主要分布在75～500 μm之间, 沙粒均匀, 不含黏土及砾石成分, 自然堆积状态下其孔隙率为0.391. 天然状态下的风积沙颗粒呈类球形, 颗粒磨圆度高, 点与点接触, 颗粒间孔隙较大; 表面有明显撞击坑和擦痕, 这导致颗粒的比表面积增大, 连通性增强, 孔隙率增加. 干燥状态下风积沙颗粒的相互接触面积较小, 孔隙由空气填充, 导热系数较低; 而在湿润状态下, 正温时孔隙中的水间接增大了风积沙的接触面积, 导致其导热系数增大; 负温时, 孔隙内的水变成冰, 从而导致导热系数进一步增大. 天然状态下, 暖季地表风积沙含水量较低, 导热系数较低, 而冷季地表风积沙含水量较大, 导热系数较大. 此外, 风积沙为颗粒物质, 表面光滑, 颗粒之间粘性小, 孔隙未被填堵, 结构松散, 这些因素导致自然堆积状态下其渗透系数较一般细砂大, 透水性良好, 保水性差, 是防冻胀较好的换填材料.
以甘肃省白龙江流域主要城镇环境工程地质勘查及历次地质调查数据为基础, 分析了地貌、人类活动等因素对白龙江流域甘肃段地质灾害的控制作用, 选定了坡度、岩性、地震、河流、降水等评价因子, 采用层次分析法和信息量法组合赋权的方式确定评价因子的综合权重, 最后利用GIS的叠加、以及重分类功能进行了地质灾害危险性分区评价. 结果表明: 白龙江流域地质灾害主要分布于人口相对密集的城镇(河谷)一带, 地质灾害分布相对密集, 危险性较大. 而以农牧业为主的中、高山区地质灾害分布相对稀疏, 危险性较低.
以新疆区域的墨玉站、牧气站和阿克达拉站为例, 使用多元回归分析的方法对3站月平均气温缺测资料进行插补, 通过基于MAE与RMISE的交叉验证及M-K突变检验和小波分析, 分析3站实测月平均气温距平资料与模拟月平均气温距平资料间的误差, 验证回归方法的精度. 同时, 使用该方法插补和重建新疆1961-2010年105个站月平均气温数据, 并对插补前90个站和插补后105个站的序列进行了EOF(经验正交函数)分析, 空间特征向量相似度高. 结果表明: 多元回归方法具有较高的精度, 回归方法重建新疆区域逐月气温资料能较好地反映当地月平均气温变化规律及特征, 重建逐月气温资料与实测逐月气温误差在信度范围内, 重建后的完整序列可作为气候变化业务及科学研究基础数据集.
利用天山乌鲁木齐河源1号冰川1980-2010年的物质平衡、水文气象实测资料, 分析了1号冰川1980-2010年的各高度带物质平衡特征, 进而分析了1984-2010年纯积累和纯消融的变化特点及其与气象要素、冰川融水径流变化的关系. 结果表明: 1号冰川物质平衡处于持续的负平衡, 纯积累量与年降水的相关系数为-0.16, 纯消融量与年均温的相关系数为0.61, 与夏季(6-8月)气温的相关系数为0.78. 2010年1号冰川为有观测记录以来的最强消融年(bn=-1 327 mm), 整个冰川处于消融区(平衡线高度大于海拔4 484 m, 积累区面积为0), 同时东、西支冰川各高度区间的物质平衡变化也与往年度显著不同, 说明2010年是1号冰川物质平衡变化的特殊年份, 也有可能1号冰川的物质平衡变化进入了一个新的亏损变化阶段. 对其径流数据的分析还表明, 温度对径流的影响大于降水对径流的影响.
春季积雪融水是额尔齐斯河河源区最重要的水资源. 为探索森林对春季融雪过程的影响, 于2014年融雪期在额尔齐斯河河源区的卡依尔特斯河流域, 选择草地、林中空地和林下三种不同地貌条件, 分别观测积雪消融过程. 结果显示: 积雪消融过程中, 积雪深度和雪水当量的变化并不是同步的; 积雪深度的减小是持续发生的, 是新雪密实化作用的结果; 而雪水当量仅在日均空气温度高于 0 ℃ 时才出现快速的下降. 森林具有显著调节空气温度的功能, 三种类型观测点1.5 m处的日平均空气温度表现为草地>林下>林中空地, 其中, 消融期内草地的平均空气温度(-2.5 ℃)远高于林下(-5.4 ℃)和林中空地(-6.1 ℃); 森林的存在显著减小了空气温度的日较差. 草地、林中空地和林下积雪消融持续期分别为20 d、43 d和35 d, 消融期平均积雪消融速率分别为2.1 mm·d-1、1.5 mm·d-1和 1.2 mm·d-1, 即: 草地>林中空地>林下. 另外, 单棵树对积雪的消融速率有极其重要的影响: 树冠外一定距离内积雪的消融速率约为树冠下积雪消融速率的2倍以上; 但由于树冠超过70%的降雪截留效应, 树冠正下方的积雪消融结束时间仍提前树冠外侧约10 d. 积雪的消融由空气温度和辐射强度共同决定: 当日平均空气温度<0 ℃时, 辐射强度对积雪消融影响较大, 消融过程可由空气温度和辐射强度共同描述; 当温度>0 ℃时, 单独的空气温度可直接反映消融速率的变化. 研究还发现, 该流域内积雪的消融主要发生在每天的14:00-19:00, 该时段内积雪消融量约占全天消融总量的50%以上, 这对流域内积雪洪水预报和水资源利用及管理具有重要的指导意义.
通过对2010年6月下旬于阿尔泰山蒙赫海尔汗冰川北支采集的新降雪、再冻结冰、冰雪融水、河水及雪坑样品中δ18O和δD的测定以及过量氘的计算, 利用HYSPLIT气团轨迹模型, 对研究区降水中稳定同位素的空间分布特征及水汽来源进行了初步研究. 结果表明: 新雪、再冻结冰以及河水样品中δ18O的空间分布均呈现出显著的“反高度效应”特征, 这是降雪过程中不同海拔高度水汽来源的差异造成的; 不同水体样品中均有较高的过量氘, 说明内陆再循环水汽长期对研究区的降水产生显著影响. 进一步分析表明, 影响研究区降水的内陆再循环水汽主要来自于西西伯利亚平原湿地和沼泽的蒸散发.
大于10×104 km2的大尺度流域建模面临诸多挑战, 在过程理解、数学表达、尺度转化、生态与水文过程的耦合机制等方面尚存在瓶颈. 基于本体的建模方法, 依据本体表示的多级过程, 将已有模型拆分成组件, 用户根据需求添加组件得到定制模型, 通过语义重组与技术创新, 为大尺度流域模型集成提供新的思路. 以黑河流域生态水文研究为范例, 在解释生态水文本体内涵、分析现有本体构建方法的基础上, 提出“基于知识的生态-水文本体构建方法”, 通过荒漠生态系统生态-水文本体的构建, 证明了该方法的有效性与可行性.
生物降解与土著微生物群落结构、功能及其变化密切相关. 目前, 对于东北冻土土壤中的适冷降解菌了解不足. 新建成的中俄输油管道穿越中国东北的多年冻土区, 为相关研究提供了契机. 实验利用454高通量测序分析了加格达奇冻土活动层土壤在受控原油污染前后的微生物群落结构. 结果显示: 污染后的Proteobacteria和Firmicutes相对丰度显著升高, 优势类群包括Alicyclobacillus、Sphingomonas、Nevskia以及Bacillus. 群落以芳烃降解菌或者耐受油污环境的细菌为主. 这种变化与原油(尤其是芳烃)组分的生态毒害作用有关. 较高浓度的原油污染下, 群落中可耐受油污环境的细菌丰度相对更高.
蒙古扁桃种子在4%~16%的各含水量条件下, 出苗率高达96%~98%且差异不显著(P>0.05), 在4%~13%的土壤含水量下, 发芽指数、活力指数、平均出苗日数极显著高于16%含水量下的值(P<0.01), 其种子萌发最适宜的土壤含水量为4%~13%. 随土壤含水量的升高, 苗高增加, 根冠比和壮苗指数降低, 根长、幼苗生长量、干物质积累量先升高后降低, 幼苗生长最适宜的土壤含水量为7%~16%; 较低的土壤水分下可以提高幼苗的抗旱性, 有利于培育壮苗. 随播种深度的增加, 出苗率下降, 平均出苗日数增加, 出苗速率放缓, 保证全苗的最适宜播深为0~1 cm, 保证壮苗的最适宜播深为1~3 cm. 种子萌发形成的幼苗为子叶留土型双子叶植物幼苗.
在分析城市灾害风险内涵的基础上, 从致灾因子、历史灾情、暴露-易损性、抗灾恢复力四个层面构建了新疆喀什地区城市灾害风险评估的二级评价指标体系, 综合运用多指标综合评价模型, 对喀什地区城市自然灾害进行了分析; 采取1991-2011年数据对喀什地区自然灾害风险数据进行了定量评估. 结果表明: 1991-2003年间城市自然灾害风险呈现波动趋势, 2004年以后城市社会经济的快速发展等原因使自然灾害发生频率较往年呈现增长趋势, 这直接影响该地区城市灾害风险变化. 最后, 在定量分析的基础上提出了完善城市灾害风险管理的对策和建议.
甘公网安备 62010202000676号
