广西不同下垫面轨温对比及其与气象条件的关系研究

利用广西水体、林地、城市、耕地4种下垫面的钢轨温度(轨温)和常规气象要素,研究不同下垫面轨温的特征及其与气象条件的关系,并在不同条件下建立多元回归拟合方程。结果表明:轨温与气温日最高(最低)值的差值为0~18℃(0~5℃)。不同下垫面的逐日轨温极值与气温极值呈显著的正相关,表明气温是影响轨温变化的决定性因子之一。典型高温、低温过程中,轨温与气温极值变化的同步性较好。与不区分天空类型相比,雾天、多云到阴天、晴天到少云3种不同天空类型下轨温与气温极值的相关性有所提升。在3种条件下利用气温、降水量、相对湿度和风速4个气象因子对4种下垫面的轨温进行多元回归拟合,所得轨温拟合值与观测值的相关系数均超过了0.90,平均绝对误差为0.42~3.33℃,除晴天到少云类型,其余类型的相关值为0.94~0.99,平均绝对误差不超过2.58℃,拟合预测效果可信。

呼和浩特市不同下垫面雨水径流污染分析

本研究对呼和浩特市中心城区雨水本底污染物浓度及绿地、广场、铺装、屋面、市政道路等五类下垫面的径流污染进行了监测和分析,以期在径流污染控制和雨水资源回用方面提供有效的参考价值。分析结果表明COD、NH3-N、TN和TSS平均浓度均超过地表水Ⅳ类标准或雨水回用标准,BOD5和TP浓度可基本满足地表水Ⅳ类标准。COD、TSS和BOD5三者的相关性较高,可以通过对下垫面的清扫或维护降低径流污染物浓度,NH3-N和TN主要来源于雨水本底,可以通过控制空气质量降低浓度,控制好绿地中TP浓度可有效降低下垫面径流TP浓度,使其满足地表水Ⅳ类标准。

北京城区不同下垫面降雨径流产污特征分析

通过对北京城区3类不同下垫面的降雨径流水质进行监测以及对实验数据进行皮尔森(Pearson)统计分析,探讨了沥青路面、硬质屋顶及草地屋顶的雨水径流污染物历时变化规律,计算了各场次降雨径流污染物的事件平均浓度(EMCs),分析了径流水质的主要影响因素.结果表明,相对于沥青路面与硬质屋顶,草地屋顶对除磷外的其他径流污染物浓度有明显削减作用;初期降雨径流中CODcr、NH3-N、NO3-N、TP、Pb、Cu、Zn的EMC值大多超出V类国家地表水标准,3类重金属污染物监测结果也表明城区暴雨径流污染明显;统计分析结果表明污染物质与前期晴天数、降雨历时呈现正相关关系,与降雨量、降雨强度呈现负相关关系,通过控制初期径流污染、加强清扫及屋顶绿化可以从源头减少城市降雨径流污染.

合肥市不同下垫面降雨径流水质特征分析

通过对合肥市4种不同类型下垫面27场降雨径流和自然降雨水样中SS、COD、TN和TP水质指标的分析,探讨了草地、屋面、校内路面和校外道路降雨径流污染物历时变化规律及初期冲刷效应,比较了不同类型下垫面降雨径流和自然降雨水样中污染物浓度分布的差异,计算了场次降雨径流污染物的事件平均浓度.结果表明,不同下垫面降雨径流污染物浓度随时间变化的规律相似,且大多存在初期冲刷现象,一般在降雨初期污染物浓度较高,随着降雨历时的延长污染物浓度呈下降趋势,并趋于平稳;不同下垫面降雨径流和自然降雨水样中TN污染负荷较高,大气湿沉降对降雨径流中TN的贡献很大;校外道路降雨径流水样中SS、COD、TN和TP浓度的变化范围冬半年大于夏半年,不同下垫面条件对降雨径流中污染物EMC的影响存在差异.

岔巴沟流域不同下垫面对降雨径流关系影响规律分析

随着人类活动的增强,不同下垫面对地表径流的影响日益显著。本文选择黄河岔巴沟流域,采用野外人工控制条件下的降雨实验,针对不同下垫面类型、不同下垫面覆盖度以及不同的处理方式等情况下进行了水文过程的实验研究,并对不同植被覆盖度、不同耕作措施、降雨径流系数随时间的变化规律、不同下垫面对径流系数的影响等方面进行了分析与初步研究。结果表明,土地利用类型的变化对黄土沟壑地区的降雨径流关系有很大影响,其中耕作措施的使用对降雨径流关系的影响远大于地表覆盖率变化所产生的影响。地表覆盖率单因素变化时,稳定产流时的产流量变化不超过10%,而当采用耕作措施进行单因素分析时,稳定产流时的产流量大于20%。在相同雨强下,草地与裸地的出流量有非常明显的差异,草地的出流量约为裸地出流量地50%,草地与裸地对降雨径流关系地影响差异较大,在小雨强的时候,草地对降雨有较强的滞留作用,随雨强的增加,这种功能明显减小,而裸地没有明显的差异。

不同下垫面湍流通量计算方法的比较研究

本文利用1990～1994年在中国内蒙古奈曼市半干旱地区沙丘和植被区下垫面观测的微气象数据,采用变分法、波文比能量平衡方法和空气动力学方法计算了7种下垫面(沙丘、草原、四种放牧强度的草地、玉米田)的湍流通量并进行了比较.结果表明:除沙丘和重度放牧草地外,三种方法计算的湍流通量在大多数时刻是比较一致的,相关性较高,能量闭合程度也较好.在用于计算植被相对茂盛下垫面的湍流通量时,变分法得到的结果更好一些.随着放牧强度的增大,地表生物量、覆盖率和植被高度相应减少,潜热和动量通量相应减小,而感热通量增大.草地等植被茂盛的下垫面能够增加垂直方向的动量输送,增加空气动力学粗糙度,减小风速,阻止地表沙粒的运动和沙丘的起伏,对防止沙漠化能起到较大作用.

不同下垫面径流小区土壤水蚀特征试验研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面(裸地、荒草地、灌木林地)自然地貌径流小区,在天然降雨条件下,分析2 a来的产流事件的径流量、产沙量、入渗率数据,发现其随次降雨变化呈现规律性变化。在相同雨强条件下,裸地小区的径流量最大,为荒草地的6倍,为灌木地的2.4倍,裸地远大于有林草覆被小区;同时裸地小区的产沙量最大时是灌木地的82倍,是荒草地的150倍,可见林草覆被大大减少了黄土坡地的土壤侵蚀;在各次降雨过程中,灌木地的平均入渗率为90%,荒草地的平均入渗率为85%,而裸露地的平均入渗率为60%且远低于林草覆被黄土坡地。

不同下垫面大孔径闪烁仪观测数据处理与分析

大孔径闪烁仪是近年兴起的测量大尺度(500 m^10 km)地表通量的仪器。北京师范大学等单位分别于2002年、2004年在北京昌平小汤山开展了大孔径闪烁仪短期观测实验,2006年6月又在北京密云建立了长期观测站。利用这些数据,对大孔径闪烁仪观测数据进行处理与分析,结果表明:闪烁仪光径高度和风速是影响观测显热通量的关键因子。当地表粗糙元的高度变化相对于光径高度不可忽略时,零平面位移需要精确确定。波文比在湿润地表需要准确确定,而气温、气压和动力学粗糙度则为不敏感因子。计算中所需的大气稳定度可用理查孙数判断,也可借助日出日落时间或净辐射观测值确定。稳定条件下的普适函数目前无统一表达式,可采用仪器说明书推荐的函数。通过几个站点闪烁仪观测显热通量与涡动相关仪测量值的比较表明:大孔径闪烁仪在均匀和非均匀地表都能得到合理的显热通量观测值。

黄土沟壑区不同下垫面条件农田降雨入渗及产流规律野外试验研究

对１９９６、１９９７两年野外实测资料进行整理分析，从产流条件、不产流条件对不同下垫面条件农田降雨入渗及产流规律进行研究，并对久旱无雨的蒸发条件下的田间土壤水分动态进行了分析，通过试验揭示了不同下垫面条件下农田土壤水量转化的规律，以促进整个黄土区水土保持和旱地农业的深入研究。

黄土高原水蚀风蚀交错区不同下垫面土壤水蚀特征实验研究

以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的神东矿区为研究基地,以黄土、沙黄土、风沙坡、基岩风化坡地、人为弃矿渣为物质基础,采用野外人工模拟降雨的方法,重点分析不同组成物质和同一物质不同固结程度斜坡地的土壤水蚀特征。对系列实验数据,应用SPSS和DPS数据处理系统进行分析。结果表明:①在条件相近的情况下,场降雨侵蚀模数的排序为:黄土>沙黄土>沙坡>弃矿渣>风化壳;②在相同的雨强和坡度条件下,黄土坡面产流快,易形成细沟、浅沟,使坡地变得起伏不平;沙黄土坡面则产流慢,形成沟谷的时间较迟,但演化快。③多石块的粗骨性风化壳侵蚀量随降雨强度的增加而增加,但产沙过程却以产流初期最大,之后趋于减少并稳定;④同一物质不同堆积年限的坡地,在没有人为破坏的情况下,随着堆积年限的增加而固结程度提高,侵蚀模数由16 379 t/(km2.a)下降到1 227 t/(km2.a)。⑤弃矿渣坡地的侵蚀容易出现滑塌和滑坡,产沙过程波动明显,有短暂的高含沙量的泥石流过程。

不同下垫面空气动力学参数的研究

文中利用中国科学院沙漠研究所与日本国家农业环境技术研究所合作于1990—1994年在中国内蒙古自治区奈曼市半干旱地区沙丘和植被区下垫面观测的微气象数据,根据Monin-Obukhov相似性理论,计算了重度干扰草原、中度干扰草原、轻度干扰草原、无干扰草原、沙丘、沙丘内地、草地、稻田、小麦田、大豆田和玉米田11种下垫面的空气动力学参数粗糙度长度z0,零平面位移d,摩擦速度u*,并分析了它们与水平风速u和Richardson数的关系,比较了不同人为干扰草原生态系统条件下的空气动力学特征。结果表明:地表生物量和覆盖率随着人为干扰强度的增加而减少。不同人为干扰下垫面的粗糙长度与生物量和植被高度以及地表起伏程度有着密切关系;Richardson数也是其影响因子。风速、粗糙度都与摩擦速度成正相关,但对于不同下垫面有所不同,从中可以看到草地对沙漠化有一定的防治作用。同一种下垫面不同时期的空气动力学参数也存在差异。这些结果对建立陆面过程和区域气候模式具有重要的意义。

黄土高原不同下垫面小流域径流特征

针对黄土高原水土流失异常严重的问题,利用山西吉县蔡家川小流域多年来的降雨径流数据,将刘家凹流域(多木流域)与井沟流域(少林流域)的径流总量及影响径流的各因素做统计分析,且将两流域的各参数进行比较分析。结果表明,少林流域6 a间的平均径流深是多林流域的3.21倍,即森林植被覆盖率越小,流域径流量越大。降雨量增加时,径流量也随之增大,少林流域的径流量与降雨量回归方程斜率为多林流域的1.82倍。蔡家川小流域的主要雨型为A型短时局地雷暴雨,A型降雨条件下两流域径流深的主要影响因子为降雨量降雨量,B型降雨条件下两流域的径流深均与降雨量和60 min最大雨强的组合(乘积)相关性较强,线性拟合度均在0.7以上。

城市不同下垫面湍流通量的观测和分析

利用榆中县2011年10月2-15日外场实验的湍流观测资料,结合天气背景,对比分析了城市同一区域内不同下垫面的动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的差异特征.结果表明:草地下垫面和混凝土下垫面之间动量通量的差异较小;混凝土下垫面的感热通量整体大于草地下垫面,且在日间差异较大,差异的最大值达109.29 W/m2;草地下垫面的潜热通量在日间明显大于混凝土下垫面,差异的最大值达153.8 W/m2,夜间两下垫面潜热通量差异较小;CO2通量在排放源附近较大.

天津典型居民区不同下垫面雨水径流污染特征

在对天津典型居民区域的不同下垫面雨水径流水质进行监测的基础上,以典型降雨为例,探讨了雨水径流污染物的特征和事件平均浓度(event mean concentrations,EMC)。结果表明,天津典型居民区主干道和菜市场雨水径流中的污染物质量浓度随着降雨历时的延续呈降低趋势,冲刷效应明显;屋顶雨水径流中污染物的质量浓度随降雨历时的延续变化较小,冲刷效应较弱。3种下垫面雨水径流中污染物质量浓度大小差异明显,菜市场和主干道雨水径流中SS质量浓度相差不大,且都远远超过屋顶雨水径流;雨水径流中COD和TP质量浓度的顺序由大到小依次为菜市场、主干道、屋顶;雨水径流中TN质量浓度的顺序由大到小依次为菜市场、屋顶、主干道。以EMC中值计,菜市场雨水径流中污染物平均浓度要高于主干道和屋顶,菜市场雨水径流中TP的质量浓度是主干道的3倍、屋顶的24倍。天津典型居民区雨水径流污染比较严重,如不经截留或处理直接排入城市河道等接纳水体,会严重影响河道的水质和城市的环境。

干旱半干旱区不同下垫面边界层特征分析

选取干旱半干旱区具有不同下垫面特征的黄土高原和河西走廊代表站点2006-2013年的探空资料,对其边界层高度、边界层内的位温、比湿、风速等特征量在不同时间、不同高度的变化特点进行了比较分析,结果表明07:15两地区边界层高度多在300～600 m,且黄土高原地区要高于河西走廊地区;19:15两地区边界层高度多在200～500 m左右,且河西走廊地区要高于黄土高原地区.两地区边界层高度的变化均呈现出一定的周期性,在每年4、5月份左右达到峰值.黄土高原地区位温及其随高度递增率整体大于河西走廊地区;黄土高原地区比湿整体大于河西走廊地区;河西走廊地区风速廓线随高度变化差异大于黄土高原地区.各特征参数随着高度的增加,差异逐渐减小,说明下垫面对边界层特征的影响在近地层表现得尤为明显.

不同下垫面沙通量估算——以策勒绿洲—沙漠过渡带为例

通过对研究区域风速和沙通量的实测数据,分析了策勒绿洲—沙漠过渡带上流动沙地、半流动沙地和固定沙地下垫面风沙活动参数,并进行了不同下垫面模型的推导与验证。研究结果表明:(1)空气动力学粗糙度受到地表植被盖度和风速的共同影响,流动沙漠起沙后,空气动力学粗糙度随风速的增大而升高,半流动沙漠和固定沙漠空气动力学粗糙度随风速的增大而降低,空气动力学粗糙度随地表植被盖度和植被高度等的增大而升高。(2)策勒绿洲—沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠、固定沙漠的沙通量模型利用Bagnold模型与实际沙通量校正后确定,流动沙漠、半固定沙漠、固定沙漠的幂值分别为3.65、3.57、2.92,B值分别为4.33×10^(-11)、6.27×10^(-11)、2.61×10^(-9)。(3)2014年3~9月,策勒绿洲沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠(植被盖度约为10%)、固定沙漠(植被盖度约为40%)的输沙通量分别为5 679.4 kg·m^(-1)、1 033 kg·m^(-1)和176.2 kg·m^(-1),植被对下垫面沙通量的影响显著,半流动沙漠的沙通量为流动沙漠的18.2%,固定沙漠沙通量占流动沙漠沙通量的3%。

济南城区不同下垫面雨水径流水质变化规律研究

了解径流水质变化规律是控制与治理径流污染实现雨水资源化的前提和基础。通过对济南城区不同下垫面多次降雨事件不同降雨历时的雨水径流进行采样并检测,分析了济南雨水径流的水质特性、雨水径流冲刷规律及其主要影响因素。试验结果表明:不同下垫面雨水径流水质差异大,初期径流中污染物质含量高,随降雨历时的延长径流中污染物浓度迅速降低,径流水质受局部环境影响明显,SS与CODCr、TP、TN等污染指标具有较好的正相关性等特性,并模拟得出济南不同下垫面径流污染物浓度变化模型,分析了初始径流中的污染物浓度、综合冲刷系数K等影响冲刷规律的主要因素,提出了雨水水质控制与利用的建议。

不同下垫面对城市环境CO_2影响的探讨——以海口市为例

2011年1月份和3月份,采用CO2 Analyzer仪器对海口市市区内的国贸玉沙村和万绿园、明珠广场和海口人民公园两个对比组观测其CO2的浓度,研究结果表明:在不同下垫面的CO2的浓度不同,植被茂密的下垫面CO2的浓度明显低于植被稀少的下垫面,并且不同的植被对CO2的吸收也不同。

沙漠绿洲不同下垫面夏季能量收支对比分析

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年在甘肃金塔不同下垫面的观测资料,对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面夏季辐射和地表能量收支及闭合特征进行了全面的时空对比分析,结果表明:(1)不同下垫面太阳向下短波辐射没有明显差距,地面短波向上辐射差别较大,大气长波向下辐射变化较小,地表长波辐射差异显著。另外,地表吸收辐射戈壁沙漠日变化较绿洲显著。(2)沙漠与戈壁各通量特征相似,而与绿洲上的有很大差异。(3)能量通量测量存在明显的不确定性:影响能量通量不闭合的原因,主要是超声和土壤热通量的测量误差。

青藏高原不同下垫面蒸散量及其与气象因子的相关性

利用青藏高原不同下垫面5个观测站点(阿里站、慕士塔格站和珠峰站下垫面以荒漠、碎石和稀疏短草为主,那曲站和阿柔站下垫面分别为高寒草甸和高寒草原)涡动相关仪观测的2013年热通量资料,计算不同下垫面的实际蒸散发量,并对不同下垫面的实际日蒸散发量与气象要素(净辐射、土壤湿度、地温、气温、风速、饱和水汽压差)进行Spearman等级相关分析。结果表明:(1)不同下垫面的实际日蒸散发量变化趋势大致相同但变化范围有一定差异。高寒草原下垫面的实际日蒸散发量和实际月蒸散发量最大,其次为高寒草甸下垫面,以荒漠、碎石和稀疏短草为主的下垫面实际日蒸散发量和实际月蒸散发量较小。(2)青藏高原不同下垫面的地温、气温和净辐射的变化趋势大致相同,不同下垫面的实际日蒸散发量与地温、气温和净辐射均有显著相关性,但风速与实际日蒸散发量的相关性较小。(3)热力因素和水分条件对高原实际日蒸散发量影响较大,而动力因素对实际日蒸散发量影响较小。