乌兰布和沙漠公路“麦草沙障-梭梭”的防护效益

[目的]研究公路防护体系的防风固沙作用为区域公路沙害防治提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠东北部磴—额线沙漠公路防护体系为研究对象,并对防护体系的输沙量和风速进行了同步观测。[结果](1)风沙流穿过防护体系后各高度风速和总输沙量降低,地表粗糙度增大,防护体系上风向(B点)和下风向(C点)风速由高到低较A点降低分别48.7%,14.4%和3.9%;总输沙率分别较A点降低86.4%和98.3%,地表粗糙度约由0 cm增大到4.92 cm。(2)沙物质粒径的垂直分布表现出中砂含量显著降低,细砂含量显著增加;表层沉积物颗粒粒级变小,频率分布曲线部分波段变窄,分选性变差,颗粒分布均匀且颗粒向着细粒化方向发展,易风蚀颗粒范围在180~200μm。[结论]对于道路防沙工程要有“以阻为主,阻固结合”的建设思想,同时本研究区道路防风固沙体系实践可以为其他区域公路防沙提供重要借鉴经验。

乌兰布和沙漠草方格-灌木林对土壤水分物理性质的影响

为探讨乌兰布和沙漠典型防沙治沙生态工程实施后对土壤水分物理性质及持水性能的影响,以流沙地为对照、选择草方格沙障+两种乡土树种(梭梭、花棒)为主的防沙治沙工程为研究对象,采用野外取样与室内分析相结合的方法,对各样地0~100 cm深度内不同土层的土壤粒度组成、水分含量、容重、孔隙度、持水性能等进行了分析。结果表明:营建以草方格沙障+乡土树种为主的防沙治沙生态工程对沙地土壤水分物理性质及持水性能均有一定的改良作用。(1)表层土壤粒度组成整体出现细化趋势,土壤容重减小,土壤孔隙度增大,土壤持水量和贮水量增大,土壤持水性能明显提升。(2)乌兰布和沙漠典型防沙治沙生态工程实施后,土壤成土作用较明显、持水性能明显提升,沙化土地治理效果良好。研究结果可为区域防沙治沙的成效评估提供基础数据,同时也可为区域防沙治沙生态工程的类型选择提供科学依据和参考。

内孤立波对海洋工程结构物作用的时空演变研究

针对内孤立波在传播过程中导致海面海水剧烈辐聚和突发性强流,会对海上油气平台、输油管道等海洋结构物造成严重威胁的问题,本文基于高质量的实测数据,通过内波动力模态分解以及Morison方程,研究了内孤立波对小直径圆形桩柱的作用力,包括总作用力、作用力随时间的变化、作用力沿水深的分布以及作用力分量的大小。研究结果表明,桩柱所受的总作用力以第1模态为主导;波谷达到时,对桩柱的作用力会达到最大值,并且作用力的大小都呈现出为先增大后减小的变化趋势;上、下2层流体的拖曳力方向相反,惯性力的方向也是相反的,而在同一层流体中,拖曳力和惯性力的方向也是相反的;在内孤立波经过时,Morison方程计算得到的惯性力没有明显的变化趋势,惯性力相比于拖曳力,惯性力量值小,对总作用力的影响也很小,基本可以忽略不计。本文的研究内容为海洋油气钻井平台的设计提供了参考。

乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征

输沙势(DP)是衡量区域风沙活动强度的重要指标,为探明乌兰布和沙漠东北缘风沙活动强度特征,评估区域风能状况,该论文基于"内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站"2013-2017年监测的风速、风向及输沙量数据,对乌兰布和沙漠东北缘的起沙风风况、输沙势及输沙率特征进行深入研究。研究结果如下:1)研究区年均起沙风风速为6.77 m/s,年均起沙风频率为19.74%,最大风速为20.76 m/s,三者均以春季最高,是主要的风沙活动期,秋季次之,夏季与秋季较为接近,冬季最小;2)研究区四季起沙风风向与全年起沙风风向一致,均以偏东风(NNE,NE,ENE,E)和偏西风(SW,WSW,W,WNW)为主;3)研究区年输沙势(DP)和年合成输沙势(RDP)分别为183.38和73.41 VU,属于低风能环境,年方向变率指数(RDP/DP)为0.40,属于中比率,年合成输沙势方向(RDD)111.15°,为ESE方向,表明乌兰布和沙漠东北缘沙物质主要朝东南偏东方向输移;年输沙势和年合成输沙势的季节变化特征和月变化特征均为春季显著高于其他季节;(4)16方位实测输沙率为35.11 kg/m·d,WNW方向的输沙率最大,春季输沙率显著高于其他季节。

电阻率成像法监测人工梭梭林土壤水分

土壤水分是影响干旱半干旱沙区植物生长发育的主要限制因素。快速、准确地监测土壤水分时空动态可为干旱半干旱区植被建设与生态恢复提供科学依据。以乌兰布和沙漠东北部人工梭梭固沙林土壤为研究对象,在林内、外(根际、冠中、冠缘、行间、林外)设置了5条监测样线,分别于一次强降雨后的第2天、第15天、第55天用多电极电阻仪定位测定了土壤电阻率,同步采取土样用烘干法测定了土壤实际含水率,建立了土壤含水率与土壤电阻率之间的相关关系,并对二维剖面土壤水分空间分布特征进行了分析。结果表明:1)土壤含水率与土壤电阻率之间为极显著负相关关系(P<0.01),可用幂函数表示。2)5条测线的土壤电阻率在3次监测时均随土层深度增加而减小,而土壤含水量随土层深度增加而增大,根际<冠中<冠缘<行间<林外。强降水后的不同时间内,由于受土壤属性、树冠对水分再分配、树干径流、根系吸收水分等影响,二维剖面上土壤水分空间分布格局有明显变化。随着雨后干旱时间的延长,0～51 cm水分含量由于受蒸发、植物吸收利用的影响而明显降低。3)电阻率成像技术在野外能快速准确,长期定位监测土壤水分含量;对地表扰动小,实现了非破坏性测量;保证测定精度的同时,还能提供尺度较大的土壤水分空间分布的详实数据,可高效快速地获取连续的土壤水分分布信息。

农牧交错带不同土地利用类型土壤碳氮磷生态化学计量特征

为了阐明土地利用方式对土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响,选择阴山北麓农牧交错带4种主要的土地利用类型(放牧草地、封育草地、弃耕地和耕地)为研究对象,分析了浅层土壤(0—25 cm)有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)和速效磷(AP)含量及土壤C、N、P生态化学计量特征。结果表明:1)研究区土壤贫瘠,养分含量整体水平不高,SOC、TN、TP含量分别为14.57、0.63、0.76 g/kg,AN和AP含量分别为39.87、6.72 mg/kg,5项养分指标均为中等变异。2)土地利用方式对土壤养分含量和土壤C、N、P生态化学计量特征均存在显著的影响,草地(封育草地、放牧草地)的SOC、TN和AN含量均高于农耕地(弃耕地、耕地),而TP和AP含量低于农耕地;草地的C∶N、C∶P和C∶P值均高于农耕地。3)土壤C、N、P元素化学计量值与C、N、P元素之间的最优拟合关系显示C∶N、C∶P主要受SOC影响,C∶P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C、N、P化学计量特征的变化过程。研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论具有重要意义,同时可为阴山北麓农牧交错带脆弱生态区的生态功能恢复提供科学依据。

乌兰布和沙漠东北部不同下垫面的小气候变化特征

研究沙区不同下垫面小气候特征对充分利用气候资源及保证林业和农业的正常发展具有实践意义。该研究基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站2018年1-12月监测的荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内部的气温、相对湿度、风速和风向等气象资料,研究了3种下垫面的小气候特征并探讨了产生差异的原因。结果表明:1)荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内均为白天气温差异较小,夜间相差较大;由于近地层(0~50m)具有明显的逆温现象,使得植被在气温较高季节发挥降温增湿作用,而冬季发挥保温作用;2)绿洲使年均相对湿度增加1.31~2.57个百分点;就季节而言,夏、秋季,绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别高4.04~6.17和0.93~1.94个百分点,春、冬季,由于近地层(0~50 m)存在明显的逆湿现象,因此绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别低0.37~1.41和6.55~8.71个百分点;3)荒漠区、过渡带和绿洲内风向年变化特征均为以偏西风(W,WSW,SW,SSW)为主,荒漠区和过渡带的风向多变,绿洲内风向相对较为集中,绿洲能够使年均风速降低32.99%~37.05%。乌兰布和沙漠东北部过渡带植被和绿洲防护林体系对小气候具有很好的调节作用(降温、增湿、削减风速),研究区局地小气候主要体现在风速和夏秋季湿度上,而气温和冬春季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。

晋西北沙化土地土壤机械组成与有机质的初步研究

晋西北是我国北方旱作农田沙化土地较严重的地区之一,开展不同地类土壤的机械组成、有机质及其二者之间关系的研究,以期为该区沙化土地类型和程度评价及其防治效益评估提供科学依据。对研究区农田、人工林地(乔木)和荒地的表层(0—20cm)和下层(20—40cm)土样进行粒度和有机质分析,结果表明:不同地类土壤的机械组成均为粉粒(0.002～0.05mm)>极细砂(0.05～0.1mm)>细砂(0.1～0.25mm)>黏粒(<0.002mm),中砂及以上粒级(>0.5mm)含量极少,其中粉粒、极细砂和细砂为优势粒级组分,三者含量之和在90%以上。农田受翻耕影响,其表层和下层土壤机械组成差异不大;人工林地中林间表层受草本植被影响,其表层颗粒明显细于下层;荒地由于受冬春季风蚀影响,其表层则略粗于下层。不同地类土壤有机质的积累均表现出表层含量大于下层,总体上有机质含量表现为农田>荒地>人工林地。不同地类的土壤机械组成与有机质的关系,呈现出粉粒和黏粒与有机质含量呈正相关关系,而细砂和极细砂与有机质则呈负相关关系,在相关程度上,粉粒和细砂与有机质含量的正、负相关性最大,是研究区不同地类土壤有机质积累与否的关键粒级。

绿洲化对土壤养分及化学计量特征的影响

为了阐明绿洲化过程中土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量值的动态变化特征,以乌兰布和沙漠东北部绿洲为研究对象,通过24 a的定位监测,分析了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)及土壤C,N,P生态化学计量的动态变化特征。结果表明:(1)研究区土壤总体贫瘠,养分含量整体水平不高。但是随着绿洲建设时间的延长,土壤养分含量呈显著的线性增加趋势。(2)绿洲化过程中,土壤C∶N,C∶P,N∶P,AN∶AP的变化趋势总体上呈现先增大后减小的趋势,但是达到最大值的时间各不相同。(3)土壤C,N,P元素化学计量值与C,N,P元素之间的最优拟合关系显示C∶N,C∶P主要受SOC影响,N∶P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C,N,P化学计量特征的变化过程。

乌兰布和沙漠东北缘绿洲防护林体系防风阻沙能力研究

沙漠地区不同下垫面特征直接影响沙尘的输送过程.在乌兰布和沙漠东北缘沙漠-绿洲过渡带和绿洲内部分别建设风沙监测塔,并获取2018年春季(3—5月)的风速和沙尘数据,对沙尘传输的差异性进行对比分析.结果显示:在沙漠-绿洲过渡带和绿洲内沙尘水平通量随高度变化均呈幂函数分布;沙尘水平通量在沙漠-绿洲过渡带随高度增加显著降低,而在绿洲内呈现平缓增加趋势;沙尘水平通量从沙漠-绿洲过渡带至绿洲内部减少约一半;绿洲内部起沙风频率比沙漠-绿洲过渡带降低了一半左右,绿洲防护林明显削弱了过境风速、减少了起沙风的持续时间,防风阻沙效果明显.

干旱胁迫对欧李幼苗表型可塑性的影响

该研究以欧李为材料,探讨了干旱胁迫对欧李表型可塑性的影响。结果表明:(1)随着干旱胁迫的加剧,欧李根生物量、枝叶生物量、植株总生物量积累、根冠比和根冠比胁迫指数均呈现先升高后降低的趋势,在T1处理下达到最大值,并显著高于其他处理(α=0.05)。(2)随土壤含水量的降低,欧李根的生物量分配指数呈现先增加后降低的趋势,叶生物量与之相反,在T1处理下根的生物量分配指数最大,枝叶的最小(α=0.05)。(3)在水分供应为60%~80%时,欧李的株高、冠幅、基径、二级分枝数、主根长、主根直径及侧根数量均达到最大值(α=0.05),对一级分枝数的生长没有显著影响。(4)随着水分胁迫的加剧,叶片长从T2处理开始下降,叶片宽、单片叶面积及比叶面积均呈现先增加后减少的趋势(α=0.05)。综上可得,欧李通过调整形态特性和各器官生物量积累及其分配对不同干旱胁迫条件产生了较强的可塑性。

戈壁地表土壤颗粒的空间变异特征研究

研究戈壁地表土壤颗粒粒度特征及空间变异可为戈壁地区风蚀监测、评价及制定科学的防沙治沙对策提供参考。以吉兰泰盐湖西北部的堆积型细砾质戈壁为研究对象,基于数字图像技术计算了地表不同粒级颗粒的质量分数,并分析了颗粒空间变异特征。结果表明,图像处理技术提取戈壁地表土壤颗粒的效果较好,3个粒级颗粒质量分数总和为93.12%,粒径>0.84 mm、0.84～0.42 mm和<0.42 mm颗粒质量分数分别为69.81%、14.99%和8.32%,变异系数分别为14.12%、40.02%和55.06%,变异函数模型分别为高斯模型、高斯模型和指数模型,空间异质性尺度分别为632、691和1 875 m。3个粒级颗粒均呈斑块状分布,且C/(C_0+C)介于72.79%～79.37%,说明结构因素和随机因素共同影响戈壁地表颗粒的空间分布格局,但结构性因素(戈壁形成过程、地势、风蚀及植被分布格局等)是造成颗粒分布格局差异的主要驱动力。

极干旱区稀疏荒漠植被地上生物量遥感估算

以库姆塔格沙漠南部阿尔金山北麓山前戈壁区为研究区,借助无人机影像数据准确提取植被覆盖区;采用高空间分辨率WorldView-3数据的估算结果对中空间分辨率Landsat-OLI数据的估算结果进行修正;选取红光反射率波段(RED)、近红外反射率波段(NIR)、比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)和修正土壤调节植被指数(MSAVI)反射率波段作为遥感特征参数,采用逐步线性回归(SLR)、套索回归(LASSO)和岭回归(RR)模型分别对稀疏荒漠植被地上生物量进行估算。结果表明:(1)WorldView-3数据可准确刻画极干旱区稀疏荒漠植被的时空分布特征,其估算精度高于Landsat-OLI数据。(2)采用非线性的多元回归模型SLR、LASSO和RR构建遥感特征参数与地面样方数据之间的回归模型可以有效提高模型的稳定性。RR模型的回归效果优于SLR模型和LASSO模型。(3)提取稀疏荒漠植被信息时,采用WorldView-3数据的植被生物量估算结果对Landsat-OLI数据的植被地上生物量估算结果进行修正,可以有效提高Landsat-OLI数据的提取精度。

绿洲农田防护林带根生物量调查方法

森林固碳可减缓气候变暖环境恶化,故碳汇一直是国内外研究热点。我国人工林已成为林业主体,西北地区将成为未来人工造林的主要区域,但西北碳汇和生物量的研究较少,为探明西北地区人工林碳汇功能,且不破坏原有基础设施,特开展本项研究。以绿洲田渠林路式新疆杨农田防护林带为调查对象,采用空间代时间的方法,按照胸径、树高由小到大,由胸径、树高与相对应的根生物量建立生长模型,以此模拟林带生物量增长过程。对根生物量调查,采取6个步骤和相应计算公式,设计了一种田渠路林式农田防护林带根生物量调查计算方法,最终建立了由胸径、树高与根生物量的增长模型,其中胸径与主根、侧根、根生物量模型分别为W=0.0268D_(1.3)^(2.1717),W=0.0191D_(1.3)^(2.1346),W=0.0465D_(1.3)^(2.1557)。模型经检验,回归关系极显著,与以往模型相比更可靠实用。

不规则波诱发港湾共振条件下的低频长波实验研究

为了实现港湾共振条件下港内低频长波波浪要素的快速计算,本文通过物理模型实验研究了在港湾共振条件下,由外海不规则波浪要素来计算细长港口内低频长波波浪要素的方法。研究发现:经验公式和人工神经网络模型都可以利用外海的不规则波浪要素和当地水深来快速并准确地计算港内低频波浪成分的有效波高。通过对比港内低频长波的平均周期与外海不规则波浪的特征周期,发现它们之间并不存在明显的相关性。基于人工神经网络模型仍可以很好地利用外海不规则波浪要素和当地水深来计算港内低频长波的平均周期。

孤立波作用下水平板的水动力特性数值研究

为了研究孤立波对水平板水动力特性的影响,本文使用OpenFOAM®开源软件包对孤立波作用于板式结构物进行了数值模拟。对数值模型进行了验证,通过改变相对净空比、水平板宽度参数进行了数值模拟,讨论了其参数对波浪力、透射系数和反射系数的影响规律。结果表明:板宽和相对净空比参数的变化对水平波浪力的影响不大,对垂直波浪力的影响较为明显,且随着相对净空比的增加,影响变得更加显著;透射系数和反射系数随着板宽和相对净空比的变化皆呈规则性变化。

敦煌及马鬃山地区植物生活型及其海拔梯度特征

【目的】研究敦煌及马鬃山地区植被区系祖成、植物生活型及其对海拔梯度的响应,阐明植物群落生活型特征及其对气候生境的反映,为区域植物多样性保护及垂直格局研究提供理论依据和科学基础。【方法】在植物群落调查基础上,采用Raunkiaer生活型分类系统,统计敦煌及马鬃山地区维管束植物的生活型,编制生活型谱,并分析不同海拔梯度的植物生活型组成。【结果】1)研究区共记录217种植物,隶属34科122属,占中国干旱区总科数的41.46%,占全国总科数的10.09%。其中,裸子植物1科1属3种,双子叶植物28科96属175种,单子叶植物5科25属38种。2)研究区植物生活型主要以地上芽植物为主,占33.18%,在地上芽植物型的4个亚类群中,以半灌木地上芽植物最多;生活型大小序列为:地上芽植物型>地面芽植物型>一年生植物型>地下芽植物型>高位芽植物型。3)地上芽生活型物种在各海拔梯度都占重要地位,占研究区全部生活型物种的59.15%,随海拔升高呈先增后降的趋势,在海拔1700 m处达到最大值;地面芽植物生活型也表现为随海拔升高而先增后降的趋势;高位芽植物生活型和地下芽植物生活型所占比例很小;一年生植物在整个海拔范围内占10.00%以下,随海拔升高波动不大。【结论】敦煌及马鬃山地区地带性植被以灌木或半灌木建群的植被占优势,主要分布于1000~3000 m海拔内。群落生活型以地上芽植物和地面芽植物为主,并呈随海拔升高而先增后降的单峰分布格局。

港内地形对N波诱发的港湾共振影响研究

针对目前对由N波诱发的瞬变港湾共振现象的研究还极为有限,本文研究了港内折线型地形对N波诱发的瞬变港湾共振的影响。瞬变共振采用一组完全非线性Boussinesq模型-FUNWAVE-TVD-来进行模拟。使用正交模态分解法分离得到了由N波诱发的狭长型矩形港内各共振模态的响应幅值,并进而系统地研究了不同入射N波波幅和不同港内折线型地形对港内最大爬高和总波能的影响。研究表明:发现对于本文所研究的地形及入射N波波幅变化范围(0.01 m≤A0≤0.07 m),港内最大爬高随着入射N波波幅的增加而增加,随着港内平均水深的增大而减小,而折点的存在会略微降低最大爬高。总体而言,港内总波能随着平均水深的增加而呈线性增加。

岸礁地形对港内低频波浪共振影响的数值研究

采用一组完全非线性Boussinesq方程模型,模拟了双色波群在不同岸礁地形上向岸传播,进而诱发狭长矩形港内水体共振的物理过程.基于分离港内低频波浪的方法,系统研究了港湾处于最低共振模态下珊瑚礁外坡坡度和形状变化对港内锁相长波、自由长波以及它们相对成分的影响.结果表明:对于文中所研究的特定港口、珊瑚礁外坡坡度范围和外坡形状,港内自由长波波幅随着珊瑚礁外坡坡度的增大而逐渐增大;相比于自由长波,外坡坡度的变化对港内锁相长波波幅的影响则极为有限;珊瑚礁外坡形状的变化对港内低频波浪的影响则与珊瑚礁外坡宽度的大小密切相关.

加强船舶与海洋工程课程建设 提高研究生培养质量——以江苏科技大学为例

研究生课程质量是保障研究生人才培养质量、提升学科建设水平的基本保障。探讨船舶与海洋工程学科研究生课程建设研究与经验,总结该学科在研究生课程设置、教材使用、教学内容、教学方法等方面的进展和成效,指出目前研究生课程建设中存在的问题,以江苏科技大学对该学科研究生课程建设为例进行探索分析。