基于SEBAL模型的锡林浩特蒸散量反演研究

陆面蒸散作为反映土地利用/覆盖变化所引起地表水热变化的敏感因子是当今全球气候变化研究的焦点之一。本文以内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市为研究区域,基于SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)模型,采用研究区2005年8月17日的Landsat TM遥感影像对其地表蒸散量进行反演研究,分析蒸散量的空间变化格局。结果表明:锡林浩特日蒸散量平均值为4.3mm,最大值达到了7.5mm;日蒸散量呈现出西北低、东部高的空间分布格局;日蒸散量较少的区域主要分布于锡林浩特市的西部、北部以及最南部的部分区域,中部较少部分地区的蒸散量较低(接近于0)。

北运河闸坝生态调度方案评估

针对北运河流域闸坝生态调度拟实现的目标,从水量、生态、环境和水华控制等方面建立了北运河闸坝生态调度方案实施效果评估指标体系,利用TOPSIS法和模糊综合评价模型评估北运河流域闸坝生态调度方案实施效果.结果表明:TOPSIS模型与模糊综合评价结果基本一致,最优调度方案符合实际,且TOPSIS法的结果更便于决策.

气候变化对中国北方温带草原植被的影响

在月、季节、生长季和年4个时间尺度上,采用Krigging空间插值方法对1982—1999年的降水、气温数据插值生成栅格影像,将其与1982—1999年的NOAA/AVHRR NDVI影像进行相关分析.同时,综合分析了归一化差值植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)、降水、气温、区域潜在蒸散量、区域实际蒸散量的年际季节变化.结果表明,降水是制约本区植被生长的根本原因,夏季降水量对植被生长的影响最为显著,7—8月份的降水对下月植被的生长有重要的影响.同时得出中国北方温带草原植被与气象因子相关性的空间分布图.

皇甫川流域土地利用变化与生态安全评价

基于"3S"技术揭示了皇甫川流域近十多年来的土地利用变化状况,并进一步在像元水平上对流域生态安全进行了综合评价,最后重点分析了流域土地利用变化与生态安全的关系。结果表明:①近十几年来,皇甫川流域土地利用变化剧烈,土地利用格局持续承受着来自当地快速城市化进程及社会经济发展和生态环境保护及建设两方面相互矛盾的巨大压力;②1987年到2000年,流域生态安全状况有所好转,但整体好转的状况难掩局部地区生态环境在大规模治理和恢复的背景下发生的恶化;③流域内林地、耕地、灌丛、水体、城镇用地和草地从面积上看,基本上均处于生态安全的预警状态,而裸砒砂岩和沙地的绝对大部分属于中警状态或重警(巨警)状态;④6种不同土地利用类型的安全指数大小顺序基本保持为灌丛>林地>草地>耕地>沙地>裸砒砂岩,表明林、灌措施是流域生态恢复和重建的首选和重要组成部分,而沙地尤其是分布面积较广的裸砒砂岩则是流域生态环境综合治理的难题和关键。最后,提出了通过优化流域土地利用格局来确保生态安全的初步设想。

中国东北森林气象因子与NDVI的相关关系

利用Krigging插值方法对1982—1999年降水、气温数据插值生成中国东北地区的二维气象因子影像,然后与东北地区的1982—1999年的NOAA/AVHRRRNDVI月平均、季平均、年平均影像做零时滞偏相关、复相关分析,及以月为时滞间隔偏相关、复相关分析.得出:(1)东北地区与降水、气温相关性最强的植被类型;(2)时滞相关性比零时滞相关性更显著的植被类型及不显著的植被类型.(3)东北地区森林植被类型与气象因子相关性的时空分异规律.

基于NOAA/AVHRR NDVI监测中国北方典型草原的生长季及变化

该研究基于Savitzky-Golay滤波算法平滑了1982-1999年NOAA／AVHRR NDVI时间序列影像，然后利用曲线拟合了锡林郭勒典型草原1982～1999年的每年物候期（返青期、黄枯期）及18年的平均物候期和生长季长度，并对1982～1999年的物候期进行了线性拟合，从而分析了物候期的变化趋势。结果表明：1）1982、1986、1992年的返青期处于正常水平，1985、1988、1989、1991年大部分地区的牧草返青期比正常年份有所提前。1984、1990、1993年的黄枯期处于正常水平，大部分年份的黄枯期主要处于9月下旬至10月上旬（290-310d）。2）在整个典型草原，返青期有较大的变异性，而黄枯期变化表现出了锡林郭勒典型草原的西南部较早、中部及东北部较晚的格局，生长季长度的变化格局为西南地区最短，中部地区最长。3）从1982-1999年，不同的地区表现出物候期及生长季长度提前或延迟的变化趋势，返青期大多数地区延迟时间集中在10-20d，提前日期主要集中在10d之内。锡林郭勒盟西南地区的黄枯期提前趋势最大。大部分地区的生长季长度变化呈缩短趋势，缩短日期小于10d，少部分地区的生长季延长，延长日期主要集中在0-10d。4）对锡林浩特的物候期研究表明，牧草返青期提前日期小于10d，黄枯期延迟大约14±5d，生长季长度延迟大约15±5d。最后利用野外观测数据对锡林浩特牧草返青期的拟合精度作出了评价。

黄河内蒙古河段典型凌情过程模拟

近十几年受人类活动和气候变化等影响,黄河内蒙古河段冰情出现新的特征,突发凌情频繁出现,原有的内蒙古河段冰模拟方法已不能满足当前凌情防治的需要,亟待建立能反映凌情物理特性变化规律的河段冰情动态发展数学模型。在实测资料基础上,研究了黄河内蒙古河段冰情时空变化规律,以及河道资料不完整、支流流量资料缺乏及冰桥位置的确定等问题。应用一维冰情数学模型模拟2012—2013年凌汛期黄河内蒙古河段冰情发展过程,并对水温、冰盖厚度、冰盖前沿发展和流量的模拟值和实测值进行了对比分析,模拟值和实测值吻合较好。本研究为黄河防凌提供科学依据和方法支撑,也为天然江河、人工渠道冰情全过程模拟提供了研究思路和技术手段。

遥感计算土壤含水量方法的比较研究

对目前国内外遥感计算土壤含水量的主要方法进行了对比研究,对不同遥感卫星数据在计算土壤含水量中的应用情况进行分析,指出这些方法和数据的应用概况、适用条件、存在问题以及改进的措施。对研究遥感计算土壤含水量方法,具有一定的指导意义。

供水安全概念刍议

当前我国紧张的水资源供需矛盾反映出对供水安全的认识存在一定问题。由于供水安全是国家水安全体系中不可或缺的组成部分,因此亟须通过进一步研究供水安全基础理论,支撑新时期保障供水安全实践。通过总结供水安全演进、动力及其战略作用,调研相关领域研究成果,给出供水安全基本定义及其本质属性。通过解析供水系统的结构,提出了供水系统各部分中影响供水安全的常态与极端因素,从而归纳出供水安全问题的内因、外因及其相互关系,并探索性地提出了对保障供水安全思路的借鉴。

发展NECT土地覆盖特征数据集的原理、方法和应用

着重探讨了建立中国东北样带 (NortheastChinatransect,NECT)土地覆盖特征数据集的原理、方法及其在全球变化研究方面的重要应用。NECT土地覆盖特征数据集是以多时相的 1km分辨率的NOAA/AVHRR归一化植被指数NDVI(Normalizeddifferencevegetationindex)数字影像为基础 ,同时采用高程、气候、土壤、植被、土地利用、土地资源、生态区域、行政边界、经济、社会等多源数据作为数据源 ,并经过标准化处理 (如数字化、空间插值、几何配准、投影转换 )集成而成。在土地覆盖特征数据集的主要应用方面 ,如 :1)利用多时相、1km分辨率的NOAA/AVHRR影像完成了中国东北样带土地覆盖分类图。一级分类系统包括森林、草原、荒漠和沙地、灌丛、农田、混合覆盖类型、城镇和水体等 8类 ,二级分类体系包括 12类。经过地面采样进行精度检验 ,分类精度达到 81.6 1%。 2 )对主要植被类型的植物生长季变化进行的研究。利用多时相的遥感影像构造了能够反映植被年际、季节生长变化的遥感植被指数ND VImax、NDVI变幅xam以及NDVI的标准偏差x′s 等 ,分析这 3个参数 1983～ 1999年的 17年中的变化情况。该数据集的建立是研究该样带土地覆盖特征及其变化规律的基础 ,对基于样带的全球变化研究有重要的意义。

Saint-Venant方程组全隐式标量耗散有限体积法

基于Saint-Venant方程组的守恒形式,重构了各物理变量在单元格边界的黎曼状态值,实现了各变量在计算区域内的二阶精度分布。在此基础上,构造了对流通量项的具有标量耗散特征的有限体积法,并在地表水位相对高程梯度离散式中引入额外空间离散项,该项在有水区域为零,并在无水区域能与地表水位相对高程梯度项相互抵消,从而正确描述地表水位相对高程梯度的真实作用。采用双时间步法对Saint-Venant方程组的空间离散式进行全隐式离散,实现了无条件稳定求解。选取了2个典型算例,采用数量呈倍数递减的3种时间步长进行数值模拟,通过与解析解和实测结果进行对比,验证了数值解法的模拟效果和收敛性。结果表明,建立的数值解法能以优良的拟合度模拟不同断面几何约束下的溃坝过程,模拟结果表现出了良好的收敛性。

基于NDVI-T_s特征空间的中国土地覆盖分类研究

归一化植被指数(NDVI)与地表温度(Ts)是描述地表覆盖特征的两个重要参数,其构成的NDVI_Ts特征空间具有丰富的地学和生态学内涵。该文在NOAA/AVHRR连续时间序列数据反演Ts的基础上,通过主成分分析、非监督分类和基于DEM的分类后处理等方法,以Ts/NDVI为指标对中国土地覆盖进行分类。结果表明,Ts/NDVI对中国较大尺度上不同土地覆盖类型的差异具有较强的敏感性,其对中国土地覆盖分类结果的野外抽样检验精度比传统的单独利用NDVI时间序列进行非监督分类提高了3.3%,Kappa系数提高了0.0202;在综合其它反映植被特征及其环境的指标(如气候、地形等)的基础上,利用Ts/NDVI将有可能较为准确地提取中国植被或土地覆盖的信息,有利于对其进行分类和变化监测,具有深远的研究潜力和应用价值。

当前我国城市内涝问题归因分析与应对策略

针对频繁发生的暴雨内涝灾害给城市建设和管理带来的严峻挑战,以解决我国当前城市暴雨内涝问题为目标,从我国城市暴雨内涝灾害的发生现状入手,分析了城市暴雨内涝灾害的发生特点和主要诱因。以不同国家和地区城市暴雨内涝的成功案例为启示,结合我国城市暴雨内涝防治的新形势,总结并预测城市雨洪管理技术的发展趋势,提出了我国城市暴雨内涝问题应对的系统构想。该构想针对我国城市当前内涝问题给出以下3点建议:(1)采用先进的城市暴雨内涝治理技术,学习发达国家的经验;(2)充分利用雨洪模型,建立起一整套有效的城市暴雨洪水过程模拟模型;(3)构建一套适合我国城市的雨洪管理体系。通过以上3点实施,可推动我国城市化建设的深入开展,并对城市防汛减灾安全保障能力的提高及城市雨洪应对与应急管理水平的提升具有一定的参考价值。

联合泵房前池水力性能优化试验研究

以解决国内某核电厂进流平面扩散角达到180°,前池连接段纵横比仅为0.193的大扩散角超窄矩形联合泵房前池中的水体翻滚、水面壅高和大范围回流的问题为目标,研究大扩散角超窄矩形前池内不同水体扩散体型的水力特性。通过1∶20的物理模型,对比试验了半圆形扩散墩、悬空隔板、导流墩等多种水力性能优化措施,提出了半圆形扩散墩+悬空隔板为主的新体型。推荐的体型与原设计方案相比,可基本消除原方案中前池内的大范围强回流区和水体的壅高、翻滚等现象,且大型机组进口断面流速均匀度提高23.69%。

黑龙江呼玛段炸药破冰试验研究

黑龙江几乎每年开河期都有不同程度的冰坝发生,由此引发的洪水泛滥给人们生命财产带来了巨大损失,而防凌爆破是预防冰坝发生的主要手段之一。为了确保开河期间不发生因冰坝造成的凌汛灾害,2018年开河前在黑龙江呼玛段实施防凌爆破。通过冰厚、水深同步测量的冰水情数据分析,找到河道狭窄、流速缓慢的地方为冰坝潜在发生的位置,采取针对性的爆破。分析了爆破坑实测直径与炸药用量、冰厚、水深间的关系,并将爆破后呼玛段测量数据带入本项目组提出的爆破坑半径计算新公式中,计算值和实测值较为接近,可为北方高寒区河流冰下爆破提供参考。

管道系统泄漏的可控低强度瞬变流检测法

为解决瞬变流泄漏检测法应用于工程实践所面临的瞬变流激发困难、强度难以控制、需要阀门流阻特性等技术难题,借鉴空气罐这一水锤防护设备,基于高压气体膨胀、驱使下侧水体进入待检测管道、制造流量突变、激励瞬变流的流体动力学特征,设计了一种新型瞬变流激发器,并提出了以该设备为核心的管道系统泄漏检测法.通过数理分析构建了系统及激发器的理论模型,给出了数值求解算法.针对具体算例设计了瞬变流激发器,研究了所提出方法的检漏性能.结果表明,激发器所激励的瞬变流是低强度的,可以通过改变初始气体压力来控制压力幅值;提出的瞬变流泄漏检测法能够较为准确地辨识管道的泄漏信息.