单探针热脉冲法测定饱和土壤固体百分比方法研究

以两组不同含水率下的典型淤泥饱和态土壤—油砂尾矿土壤为例,使用两个独立的探针,基于单探针热脉冲法以及Blackwell方程,提出3种接触热导率的获取方法(H T、H K和H av方法),通过对比热脉冲法测定值与烘干法得到的真实值检验不同方法的适用性。结果表明:不同探针对各组土样的热导率、热扩散率和比热容测定结果基本一致,说明探针导致的接触热导率差异并不影响土壤热特性的测定;但在H T方法、H K方法和H av方法下,扩散率和比热容有显著差异。与烘干法相比,基于H T方法的单探针热脉冲法在不同情景下测定的油砂尾矿固体百分比具有更好的一致性和稳定性,能提供可靠的淤泥饱和态土壤干湿状况测定结果。H K方法和H av方法虽然在第1组样品中表现尚可,对第2组样品测定的准确性不高,表明对同一探针的接触热导率值进行预先标定的方法存在局限性,根据温升曲线拟合获取接触热导率值仍有必要。

基于SPEI的陕西省干旱特征及其对玉米产量的影响

基于陕西省1971-2020年32个气象站实测气象资料,计算不同尺度玉米生育期标准化降水蒸散指数(SPEI),利用旋转正交经验函数法、趋势分析法和小波分析法分析玉米不同生育期的干旱时空特征。结合陕西省9地区1990-2020年玉米单产数据,借助HP滤波法分离出玉米气象产量,采用交叉小波分析和线性回归法分析了干旱对玉米气象产量的影响。结果表明:①研究区干湿空间分布在玉米生育期可划分出关中、延安、榆林和陕南西南部4个干旱敏感区域;②在1971-2020年内,全生育期关中、榆林和延安地区呈干-湿交替变化,1990s末陕西大部分地区干旱较严重;③铜川、宝鸡、咸阳和渭南地区玉米气象产量与花丝期干湿状况密切相关,其余地区受全生育期干湿状况影响最大。玉米气象产量与干旱状况呈显著的正相关,且在1994-2000年存在1~4 a的共振周期;④榆林、铜川和渭南地区玉米气象产量随SPEI值增大而增加,而延安、宝鸡、咸阳、安康、汉中和商洛当SPEI值大于1.6或小于-0.4时会发生轻度及以上程度的减产。

苹果树种植对黄土旱塬土壤蒸发的影响

以陕西长武旱塬为例,分别对研究区农地和5个不同林龄(9、12、16、19 a和23 a)苹果园的土壤剖面氢氧稳定同位素进行测定,利用Craig-Gordon模型定量估算其土壤平均蒸发量,并基于“空间换时间”方法分析果园种植及生长对土壤蒸发的影响。结果表明:农地及9、12、16、19、23 a林龄苹果园的土壤蒸发量均随苹果树的种植及生长呈现先减少再增大的趋势,年均蒸发量分别为129、104、89、119、128、136 mm;苹果园的土壤蒸发量变化与叶面积指数呈显著负相关(R=-0.713);苹果园种植的前中期(9~12 a)土壤蒸发量随叶面积指数增加逐渐减小,而在中后期(12~23 a)深层土壤水被大量消耗造成的干旱胁迫使得果树叶面积减少,从而导致林下土壤蒸发量又逐渐增大。

中国西北内陆季风区基于不同时间尺度和回归方法的大气水线比较

局地大气水线(LMWL)是氢氧稳定同位素示踪地区水文过程的重要基础之一,建立能代表当地降水稳定同位素总体特征的LMWL对于准确揭示相关水文过程十分关键。基于中国西北内陆季风区典型区域长武塬9年的降水稳定同位素观测数据,比较不同时间尺度与回归方法对LMWL的影响。结果表明:对于不同回归方法,除年尺度降水稳定同位素建立的LMWL基本保持不变外,次、月降水数据建立的LWML均会随回归方法的不同发生明显改变;在最小二乘(OLSR)、主轴(MA)和简约主轴(RMA)3种不同回归方法下,基于次、月、年降水数据建立的LMWL也明显不同;只有使用考虑降水量加权的OLSR、MA和RMA方法,次、月、年降水尺度数据建立的LMWL才较为接近。表明在降水量和稳定同位素特征随时间存在明显异质性的地区建立LMWL时,需格外注意降水稳定同位素数据尺度和回归方法的选择。对于降水稳定同位素观测困难、数据有限的地区,建议使用降水量加权的简约主轴回归或主轴回归方法建立具有代表性的LMWL。

渭河流域秋雨异常氢氧稳定同位素特征及其水汽来源

秋雨极端变化对渭河流域生态环境影响巨大。本研究根据2015—2021年在渭河流域腹地杨凌区采集的117个秋季降水样本和同期相关气象资料,开展秋雨异常氢氧稳定同位素组成及其水汽来源的研究。结果表明:1)近年来研究区秋雨极端变化频繁,根据秋雨指数(ARI)可分为秋季极端多雨年(HAP,2021年)、普通降雨年(GAP,2015—2017,2019—2020年)和极端少雨年(LAP,2018年);2)不同类型秋雨氢氧稳定同位素组成差异明显,其中,δ^(2)H、δ^(18)O值呈现出LAP年>GAP年>HAP年的变化趋势,而d⁃excess值和秋雨降水线斜率、截距值的变化趋势与之相反。进一步分析不同类型秋雨同位素的影响因素和水汽来源发现,出现秋雨异常的主要原因并非当地气象要素,而可能是厄尔尼诺⁃南方涛动事件和印度洋偶极子事件,其分别解释了99%和93%的秋雨同位素异常变化。这些海气耦合现象影响海洋性气团水汽向西北内陆的输送强度,进而决定了秋雨雨量和氢氧稳定同位素组成。本研究结果有助于提高对华西秋雨异常的认识,为区域水文模型的构建提供了基础资料和理论支撑,可以更好地服务于水资源管理决策和防灾减灾。