2007年, 第29卷, 第3期　刊出日期：2007-06-25

  

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冰冻圈与全球变化
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  冰川消融对气候变化的响应——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

  李忠勤, 沈永平, 王飞腾, 李慧林, 董志文, 王文彬, 王林

  冰川冻土. 2007, 29(3): 333-342. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0049

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  目前气候变暖导致的冰川退缩,引起了广泛关注.以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川为例,根据1959年以来的观测资料,研究了冰川消融对气候变化的响应.结果表明:近50 a来冰川在表面粒雪特征、成冰带、冰川温度、面积、厚度及末端位置等方面发生了显著变化,而这些变化均与气温的升高有着密切的联系;冰川的退缩自20世纪80年代后,尤其是近10 a来出现了加速趋势.其原因除夏季气温升高外,还有两个重要因素,一是冰川温度升高造成冷储的减少,二是冰川表面反射率下降导致辐射能量接收的增强.冰川物质平衡在1986年之前由气温和降水共同决定,之后主要受气温控制.
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  新疆降水特征及其对水资源和生态环境的影响

  苏宏超, 沈永平, 韩萍, 李杰, 蓝永超

  冰川冻土. 2007, 29(3): 343-350. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0050

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  新疆位于欧亚大陆腹地,空中水汽来源少,水资源匮乏,生态环境脆弱,降水有其独特的时空分布特征,且对水资源形成和生态环境有着十分重要的影响和作用.利用全疆106处水文、气象站1956-2005年的降水资料以及相关分析研究成果,从水资源的角度对新疆降水的形成条件、时空分布特征和对水资源、生态环境的影响进行了分析.结果表明:多年平均年降水总量为2588×10⁸m³,折合降水深157.4 mm;90%以上的站点年降水量变差系数在0.2～0.7之间;连续最大4个月降水量在40%以上,平均降水产流系数为34%.新疆降水的稀少导致了其生态环境的极端脆弱,绿洲面积仅占全疆总面积的9%,而沙漠面积却达全疆的25.7%.未来新疆地区仍然是干旱、半干旱地区,大气降水资源有限,必须通过其它途径来解决新疆水资源短缺问题.
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  1961-2004年新疆气候突变分析

  李珍, 姜逢清

  冰川冻土. 2007, 29(3): 351-359. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0051

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  利用1961-2004年新疆53个气象台站逐日平均最高气温、平均最低气温和降水数据,采用Mann-Kendall法分别对北疆、天山山区和南疆气温、日较差和降水年序列进行了突变分析,同时利用滑动t检验和Yamamoto法对突变点的真伪做了验证.结果表明:1961-2004年北疆、天山山区和南疆年平均最低气温上升速率均明显高于年平均最高气温,年平均日较差均呈显著下降趋势,年降水量均有增加趋势.北疆年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1988年、1979年和1984年发生了突变;天山山区年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1985年、1983年和1992年发生了突变;南疆年平均最高气温、年均最低气温及年平均日较差分别在1993年、1991年和1981年发生了突变.20世纪80年代中期以来北疆、天山山区、南疆均进入增温多雨时期.这些结果对进一步研究和预测新疆气候有着重要意义,为研究全国甚至全球气候变化提供重要依据,同时也为决策者提供决策依据.
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  青藏高原中部扎当冰川物质平衡研究

  周广鹏, 姚檀栋, 康世昌, 蒲健辰, 田立德, 杨威

  冰川冻土. 2007, 29(3): 360-365. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0052

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  最新观测表明,青藏高原扎当冰川2005/2006年度物质平衡量为-306.42×10⁴m³,相当于-1547.57 mm水当量,冰面出现显著的减薄.扎当冰川出现如此大的负平衡在青藏高原中部地区实属罕见,这可能与影响冰川物质平衡过程的区域气候状况和局地气候因素的差异有关系.物质平衡出现较大的负值和零平衡线位置升高的状况,强烈反映了扎当冰川对气候变暖过程的响应.
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  天山南坡科契卡尔巴西冰川消融期雪面能量平衡研究

  李晶, 刘时银, 张勇

  冰川冻土. 2007, 29(3): 366-373. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0053

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  根据2005年6～9月的野外观测资料,计算了天山南坡科契卡尔巴西冰川积雪表面的能量平衡各分量,其中感热和潜热采用空气动力学-梯度方法计算得到,净辐射由观测获得.结果表明,消融期净辐射是雪面最主要的能量来源,占能量收入的81.4%,平均值为63.3 W·m^-2;其次为感热供热,占18.6%,为14.4 W·m^-2.吸收的热量主要通过融化和蒸发两种方式消耗,融化和蒸发耗热分别为54.0 W·m^-2和23.0 W·m^-2,占能量总支出的69.5%和29.7%,剩下的0.8%由感热消耗.在积雪表面的能量组成中,感热值在6月和9月较大而8月较小;对于潜热来说,6月潜热交换绝对值最大,蒸发最强烈,这与6月风速大且天气晴好有关.另一方面,净辐射值较大的6月和9月融化热较多,说明此时段冰川消融较为强烈.
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  1468-2001年新疆精河5～8月平均气温的重建

  喻树龙, 袁玉江, 何清, 李娟, 吴则金

  冰川冻土. 2007, 29(3): 374-379. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0054

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  精河流域上游的3个树轮年表与精河5～8月的平均气温相关显著.考虑到气温对树木年轮生长的滞后效应,重建了精河1468-2001年的5～8月的平均气温,方差解释量为62.2%.在1468-2001年的534 a中精河共经历了7个偏暖和7个偏冷期,在不同阶段气温的变化周期不一致,气温在1541年、1684年、1855年和1969年前后出现突变.
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  塔里木河下游生态输水及植被恢复遥感监测评价

  邓铭江

  冰川冻土. 2007, 29(3): 380-386. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0055

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  在干旱区内陆河流域,由于水资源过度开发利用,生态环境退化已成为普遍现象.向断流的河道和生态退化区域实施生态输水,是河流生态系统恢复的基本行为和必然过程.基于向塔里木河下游7次生态输水过程中地表水、地下水、植被恢复等系统监测,并运用卫星遥感技术,对生态输水后植被恢复响应特征指标NDVI(植被指数),进行了系统研究分析,并提出植被相对恢复度的评价方法.
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  黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究

  陈仁升, 康尔泗, 吉喜斌, 阳勇, 张智慧, 卿文武, 白生云, 王连东, 孔庆柱, 雷有宏, 裴宗喜, 王军

  冰川冻土. 2007, 29(3): 387-396. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0056

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  介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(Φ20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月-2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.
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  不同水资源情景下干旱区未来土地利用/覆盖变化模拟——以黑河中上游张掖市为例

  张华, 张勃, Peter Verburg

  冰川冻土. 2007, 29(3): 397-405. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0057

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  应用回归分析方法确定对研究区土地利用/覆盖变化有重要贡献的10种驱动因子,用线性规划方法确定模型输入文件中模拟期间每年的各种土地利用类型面积.用ArcView空间分析的方法建立驱动力文件,利用SPSS13.0软件分析每种驱动力的权重(β值),建立Logistic方程,并将其作为模型输入文件.建立可利用水资源总量分别为18.0×10⁸m³,26.5×10⁸m³,35.0×10⁸m³的3种情景假设,应用CLUE-S模型模拟张掖市2001-2020年土地利用/覆盖变化变化.模拟结果显示:1)三种情景下,耕地的面积都在减少,耕地面积的减少量与可利用水资源总量呈负相关;2)林草地面积在3种情景下均增加,林草地面积的变化与可利用水资源总量呈正相关;3)在3种情景假设下,水域面积的变化都不明显;4)城镇用地面积变化与水量也呈正相关;5)未利用地面积持续减少.
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  近35a来黑河干流中游平原区陆面蒸散发的变化研究

  程玉菲, 王根绪, 席海洋, 王军德

  冰川冻土. 2007, 29(3): 406-412. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0058

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  利用FAO Penman-Monteith公式计算了黑河流域中游地区农田、草地和荒漠3种不同下垫面条件下的实际蒸散量,分析了1967-2000年近35 a蒸散量的变化规律及季节变化特性,并结合黑河中游甘州(张掖)、临泽、高台和民乐这4个地区的3期遥感影像资料分析了1967、1986、2000年的土地利用变化,最后根据计算的实际蒸散量计算这3种不同下垫面条件下的总蒸散量.结果表明:黑河流域中游平原区陆面蒸散量总体呈现减小的趋势,农田、草地和荒漠3种下垫面条件下的多年平均蒸散量分别为762 mm、285 mm和229 mm;蒸散量的季节变化差异较大,其季节变化在这3种下垫面条件下都表现为夏季实际蒸散量>春季>秋季>冬季,实际蒸散量受季节变化的影响较为明显;同时这4个地区的土地退化较为严重,其中,草地退化较为明显,荒漠面积明显增加,农田面积也有所增加;在1967年4个地区的3种下垫面条件下的总蒸散量为37×10⁸m³,而1986年的总蒸散量为38×10⁸m³,2000年的总蒸散量为39×10⁸m³.
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  开都河源区气候变化及径流响应

  陶辉, 王国亚, 邵春, 宋郁东, 邹世平

  冰川冻土. 2007, 29(3): 413-417. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0059

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  应用巴音布鲁克水文站和气象站1960-2005年的观测资料,分析了开都河流域源区气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应.结果表明:近46 a来开都河源区气温总体呈上升趋势,而降水量年际波动较大,降水量自1989年以来增加显著,降水和气温是开都河源区径流量变化的主要影响因素.年降水量与年径流量的单相关系数最大,为0.73;年平均气温与年径流量的相关系数为0.36.在降水量不变的情况下,径流量随气温升高而减少;在气温不变的情况下,径流量随降水量的增加而增加;而在降水量和气温都增加的情况下,径流量将有所增加.
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  祁连山中东部的冻土特征(Ⅰ):多年冻土分布

  吴吉春, 盛煜, 于晖, 李金平

  冰川冻土. 2007, 29(3): 418-425. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0060

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  祁连山地区地势高耸,气候严寒,冰缘现象广布,各类冰缘现象受地形与水分条件的控制,分布具有明显的规律性.祁连山多年冻土属青藏冻土区,阿尔金山-祁连山亚区,分布在海拔3400 m以上的高山、谷地、盆地中.多年冻土分布具有明显的高度地带性,随高度增加,冻土分布呈现出季节冻土-岛状冻土-连续冻土更替,同时,多年冻土下界高程与经度明显相关,自西向东表现出下降趋势,下降率约为每经度150 m,这一变化与降水在东西方向的变化有关.山区微气候因素复杂多变,也造成了冻土分布的复杂性,局地因素对冻土分布影响显著,对比分析了坡向,植被与水分、岩性,季节性积雪等诸因素对多年冻土分布的影响.
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  祁连山中东部的冻土特征(Ⅱ):多年冻土特征

  吴吉春, 盛煜, 于晖, 李金平

  冰川冻土. 2007, 29(3): 426-432. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0061

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  祁连山中东部地区多年冻土年平均地温、冻土厚度等基本特征参量与海拔具有明显的相关性,海拔越高,地温越低,厚度亦越厚.年平均地温、厚度与纬度、经度关系不明显,可能与工作范围较小有关.对比分析了地表植被、地层岩性、土层含水(冰)量等局域性(非地带性)因素对冻土年平均地温的影响,发现腐殖层较厚,下伏细粒土层,较高的含水(冰)量对保持多年冻土较低的温度有利.阐述了冻土厚度的变化及其影响因素.与前人工作比较,分析冻土层钻孔测温曲线,发现该地区多年冻土正处于退化之中.
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  表碛下冰面消融模型的改进

  韩海东, 刘时银, 丁永建

  冰川冻土. 2007, 29(3): 433-439. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0062

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  针对已有的表碛下冰面消融模型的缺点,通过对模型算法、模型假设和模型结构等方面进行改进,在模型的易用性和模拟精度上有了较大的提高.科其喀尔冰川的实例研究表明,改进模型对于表碛区不同试验点上地温的模拟是较好的,变化趋势基本一致,变化幅度也相当.但也存在模拟值与实测值之间变化相位差异的突出问题,实际操作可以通过适当的校正程序得以较好的解决.模型中对表碛热参数的常数化处理不会产生较大的模拟误差,此外计算开始时均一表碛温度的假设不会对表碛温度的整体模拟效果产生较大的影响.通过地温模拟得到的冰面消融速率与利用实测表碛热通量计算的冰面消融速率的比较说明,模型思路合理且算法可行.
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  黑河流域中上游地区降水δ¹⁸O变化特征

  张应华, 仵彦卿

  冰川冻土. 2007, 29(3): 440-445. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0063

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  水资源短缺和合理利用是黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键就是要深入了解水循环过程.降水作为水循环中一个重要环节,分析其环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环过程所必须的前提.根据黑河流域中上游地区取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中δ¹⁸O的变化特征.结果表明:降水δ¹⁸O受降水量、季节、高度和温度等众多因素综合影响,其中温度占主导地位;由于位于干旱内陆地区,降水中δ¹⁸O的季节变化幅度较大,可达20‰以上;降水δ¹⁸O与降水前后平均气温的相关性显著,分别高于δ¹⁸O与降水前气温或降水后气温的相关性.从空间上来看,山区或上游地区降水δ¹⁸O与气温之间的相关性显著,分别高于δ¹⁸O与山前或山前盆地的相关性.
寒区科学与技术
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  冻粘土蠕变损伤耦合本构关系研究

  李栋伟, 汪仁和, 胡璞

  冰川冻土. 2007, 29(3): 446-449. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0064

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  以冻土试验为基础,提出了冻粘土服从DP屈服准则的粘塑损伤变量,通过推导得到了相关联流动法则下的冻土粘弹塑性损伤耦合本构方程.为了研究粘弹塑性和损伤的耦合作用,将建立的冻土材料粘弹塑性损伤耦合本构模型,通过用户子程序嵌入到ADINA有限元中.结果表明:粘弹塑损伤耦合本构模型能较好的模拟冻粘土加速蠕变过程,与实测蠕变吻合较好.
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  基于EOS/MODIS的若尔盖高原湿地定量遥感研究

  许辉熙, 何政伟, 但尚铭, 但玻, 杨存建

  冰川冻土. 2007, 29(3): 450-455. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0065

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  研究旨在探讨EOS/MODIS影像提取若尔盖高原湿地信息的定量遥感方法.先计算MODIS影像的NDVI并将其线性变换到0～255;然后经多次试验确定区分湿地与非湿地的MODIS-NDVI阀值,并用人机交互式调整的方法消除误判像元及云的干扰,再多次试验得到区分湿地内部沼泽地和水体的阀值;通过统计不同类型湿地像元数计算湿地面积.研究表明,若尔盖高原湿地空间分布和面积具有季节差异,这与该地区降水和气温季节变化相关;采用MODIS-NDVI阀值并结合人机交互式调整的方法提取若尔盖高原夏半年的湿地信息是可行的,精度达到82%,而利用该方法提取冬半年湿地信息效果不甚理想,冬半年的MODIS影像湿地判识方法有待进一步探讨.
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  基于遥感和GIS的我国季风海洋型冰川区冰碛物覆盖型冰川边界的自动识别

  宋波, 何元庆, 庞洪喜, 卢爱刚, 赵井东, 宁宝英, 院玲玲, 张忠林

  冰川冻土. 2007, 29(3): 456-462. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0066

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  冰碛物覆盖型冰川边界的自动识别是冰川遥感监测的难点,综合遥感图像和DEM等多种数据,提出了一种基于遥感和地理信息系统的改进的半自动集成分类方法.该方法选择NDSI、NDVI作为分类指标,通过栅格DEM反演地表现象,并利用处于热红外波段的TM6探测地物的热辐射差异,应用栅格图像和GIS进行邻接空间分析,将冰川及冰碛物覆盖型冰川进行区别和分类.选择我国典型的季风海洋型冰川区——贡嘎山地区大量冰碛物覆盖的贡巴冰川作为实例进行研究,取得了较好的分类结果.该方法比Frank Paul提出的方法更适合于我国海洋型冰川的遥感研究,同时也提出了存在的问题.
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  EOS Data Dumper——EOS免费数据自动下载与重发布系统

  南卓铜, 王亮绪, 李新

  冰川冻土. 2007, 29(3): 463-469. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0067

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  为了更有效的利用已有数据资源,不造成科研设施的重复投资,数据共享越来越受到重视.NASA对地观测系统(EOS)提供了大量的包括MODIS在内的免费数据资源,为此,EOS Data Dumper(EDD)通过程序模拟EOS数据门户的正常下载流程,采用了先进的Web页面文本信息捕捉技术,实现定时自动下载研究区的全部EOS免费数据,并通过免费的DIAL系统,向互联网重新发布,实现复杂的基于时空的数据查询.从技术角度详细介绍了EDD的项目背景与意义、实现方案、涉及的关键技
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  青藏高原那曲地区非均质土壤导温率的变化及土壤温度数值模拟

  王可丽, 程国栋, 江畅畅, 牛富俊

  冰川冻土. 2007, 29(3): 470-474. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0068

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  土壤中的热传输是地-气能量交换的组成部分,而非均质土壤导温率/导热率的获得是研究土壤热传输过程中的一个难点,是至今仍未很好解决的问题.分析了一维热传导方程在非均质土壤条件下的适用形式,利用青藏高原那曲站实测土壤温度资料,计算了非均质土壤导温率,计算结果表明,土壤导温率有明显的随深度和季节的变化.利用考虑非均质土壤导温率参数的土壤温度数值模式,对那曲地区各层土壤温度的年变化进行了模拟试验,模拟结果显示,按冷季和暖季分别采用两组不同的土壤导温率,对土壤温度的年变化已有较好的模拟效果.
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  热脉冲技术测定树干液流研究进展

  司建华, 冯起, 张小由, 常宗强, 席海洋

  冰川冻土. 2007, 29(3): 475-481. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0069

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  热脉冲技术是生态生理学和森林水文学研究树木耗水最为常用的技术之一,该技术具有在树木自然生长状态基本不变的情况下实时测量树干木质部上升液流速度及流量,可以简捷准确地确定树冠蒸腾耗水量,同时具有经济可行,测定准确的优点.综述了热脉冲技术的发展历程,对热脉冲方法测定树干液流理论研究、树干液流时空变异性与环境因子的关系研究以及单株耗水向林分水平的尺度转换研究等方面作了较为详细的总结,据此,对热脉冲技术的发展做了展望.
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  多晶冰蠕变机制的研究进展

  宋旼

  冰川冻土. 2007, 29(3): 482-486. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0070

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  与绝大多数材料遵循基于位错攀移的指数蠕变机制不同,多晶冰遵循基于位错滑移的指数蠕变机制,这种机制引起了冰川学家极大的兴趣.以前人的研究为基础,综述了冰中质子无序及质子点缺陷的形成过程,质子点缺陷对位错滑移影响的微观机理,以及多晶冰蠕变的微观机制.研究表明:冰晶体中的氢原子(质子)无序使得位错在滑移过程中形成质子点缺陷(D、L、H₃O⁺和OH^-缺陷),从而降低了位错的滑移速率.质子点缺陷的形成需要氢原子(质子)跃迁,其激活能大于水分子自扩散所需的激活能.同时,多晶冰的蠕变激活能与质子跃迁的激活能相当,而大于水分子自扩散所需的激活能,因此多晶冰的蠕变控制机制是位错滑移,而不是位错攀移.
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  积雪被动微波遥感研究进展

  李新, 车涛

  冰川冻土. 2007, 29(3): 487-496. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0071

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  积雪是冰冻圈中最活跃的要素之一,被动微波遥感具有高时间分辨率且能够迅速覆盖全球,在积雪时空变化监测中作用突出.总结分析了积雪被动微波遥感的主要模型,并对其方法、特点和适用性进行了较详细评述,重点介绍了NASA算法在雪深和雪水当量反演中的应用、反演结果的不确定性以及对它的改进.讨论新兴的积雪数据同化方法,介绍了同化被动微波观测以改进雪深和雪水当量反演精度的研究案例.评述了我国积雪被动微波遥感的进展,并且对未来可能的研究方向做出展望.
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  利用渤海风场推算模式对中尺度风场预报订正试验

  何群英, 解以扬, 孟冬梅, 王伟

  冰川冻土. 2007, 29(3): 497-502. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0072

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  在渤海,中尺度模式预报的风速通常比实际风速低得多.利用1990-2001年渤海不同观测站的风场、温度场资料,按季节、风向对海、陆风速统计分析,得到海陆风速的对比值,同时对造成海陆风速差异的原因进行动力、热力等分析.结果表明:海、陆风速在不同的天气系统以及动力和热力方面都存在明显差异.据此渤海风速场推算模式进行了改进,既考虑动力摩擦的作用,也考虑热力差异引起的海陆风增幅作用,改进的渤海风场推算模式有了很大的提高.因此,应用改进后的渤海风速场推算模式,对中尺度数值预报的风速场进行订正,使预报的风速明显提高,更加接近实际情况.