夏玉米不同生育期附加阻尼的变化特征及参数化方案

目前关于附加阻尼(kB^(-1))的研究中,任何一种参数化方案都不适用于所有植被结构类型的下垫面,因此对于生长过程中结构差异显著的植被需要分阶段研究。[目的]本文旨在分析夏玉米4个生育期kB-1的日变化和月变化规律,探究各个生育期kB^(-1)最佳参数化方案。[方法]基于2012年6-9月US-Tw2站点的通量、气象数据以及MODIS数据,利用莫宁奥布霍夫相似理论推算kB^(-1),并将9种参数化方案在苗期、拔节期、穗期、成熟期估算的kB^(-1)和感热通量与观测值进行对比。[结果]4个生育期中的kB^(-1)均呈早晚小、中午大的日变化规律,且其月均值也随着粗糙度的增大呈递增趋势。对比9种参数化方案得出,苗期最接近kB^(-1)观测值的方案为K07,拔节期、穗期和成熟期为K89,均方根误差(RMSE)分别为1.34、2.41、2.79、1.55;苗期、拔节期、穗期、成熟期最接近感热通量观测值的方案分别为K07、S58、S01、K89,均方根误差(RMSE)分别为33.39、46.98、65.97、36.46 W/m^(2)。[结论]生育前期粗糙度雷诺数(Re*)的参数化方案更接近观测值,而在生育后期考虑植被结构、地气温差(Ts-Ta)的参数化方案更为准确。苗期、拔节期、穗期、成熟期估算感热通量的最佳参数化方案分别为K07、S58、S01、K89。

1960—2020年黄河、长江、珠江入海水沙通量演变特征

[目的]基于动态更新数据综合对比中国三大河流入海水沙通量的特征,为流域开发和管理提供依据。[方法]收集黄河(利津站)、长江(大通站)、珠江(高要站、石角站、博罗站)5个水文控制站1960—2020年实测数据,采用滑动平均法、Pettitt检验法、双累积曲线法以及小波变换分别对水沙通量的趋势性、变异性、周期性特征进行分析,采用交叉小波变换和小波相干谱探究径流量和泥沙量的共振周期与相干性。[结果]近60a黄河、长江、珠江入海水沙通量均发生了明显变化,黄河径流量和泥沙量在1986年突变减少,泥沙量在1997年二次突变减少;长江和珠江入海径流量未发生变异,泥沙量分别于1992,1999年突变减少。这三大河流入海水沙具有显著的年际和年代际周期特征,年代际共同演化周期分别集中于1980年以前、1990年以前和2000年以前。年际共同演化周期为5a,“丰—枯”转换频繁。交叉小波分析结果显示,黄河、长江和珠江的入海径流量和泥沙量在1965—1975年具有显著的1~3a的共振周期,以正相位演变为主。[结论]中国三大河流入海水沙具有显著的趋势性、变异性和周期性特征,可以据此进行的流域开发和管理更有效。

乌江流域梯级水库群混合期N_(2)O的释放机理及其影响因素

筑坝显著改变了河流生源要素的生物地球化学循环过程,尤其是对氮循环和温室气体N_(2)O产生和释放的影响,已逐渐受到广泛的关注。本文以乌江中上游4个梯级水库为研究对象,通过分析其冬季混合期的溶存N_(2)O和氮形态含量,探讨混合期亚热带深水型水库N_(2)O的产生机理和影响机制,并对水库N_(2)O释放通量进行估算。结果表明,洪家渡、东风、索风营和乌江渡水库水体溶存N_(2)O浓度均处于过饱和状态,表现为N_(2)O的释放源;其释放通量均值分别为:(0.48±0.07)、(0.34±0.04)0.35和(0.91±0.76)μmol/(m^(2)·h),与全球其它湖泊/河流系统相比处于中等水平。本研究发现水库混合期水体N_(2)O主要来自于硝化作用,其中处于富营养状态的乌江渡水库的深层水体可能受到硝化-反硝化耦合作用及反硝化作用的影响,由此产生的高含量N_(2)O通过底层泄水途径成为重要的释放源。综合考虑各水库特征,水库N_(2)O的产生还受到水库调节类型和库龄的间接影响。对比发现使用IPCC对河流-水库系统N_(2)O间接释放系数的估算可能会显著高估乌江中上游梯级水库群释放潜力。研究结果为未来评估梯级水库群N_(2)O排放水平和梯级开发背景下流域氮的时空格局变化提供了重要的研究参考。

田湾核电站换料期间中子通量密度监测方式优化研究

针对田湾核电站换料期间中子通量密度监测方式的不足,研究了用源量程探测器取代换料监测量程探测器完成换料期间中子通量密度监测的优化方案。基于全进全出和堆芯倒料两种堆芯换料方式,应用蒙特卡罗程序MCNP模拟计算源量程探测器的响应,计算结果表明,当靠近源量程探测器位置的乏燃料组件达到一定燃耗深度时,源量程探测器中子计数率达到0.5 s^(-1),满足换料过程中子计数率监测要求,与测量值符合得很好。应用源量程探测器替代换料监测量程探测器监测换料期间中子通量密度是可行的。

大型水库分层期和混合期溶存温室气体空间变化及排放通量

水库作为温室气体的重要来源,对区域气候变化有不可忽略的影响。然而,目前对水库溶存温室气体的空间异质性及垂向特征的认知仍然欠缺。为了揭示水库分层期和混合期溶存温室气体空间特征及排放通量,也为厘清水库温室气体产生和排放的关键过程提供重要支撑。研究选择东北地区大型水库——汤河水库为对象,于2021年79月和10月(分别代表水库分层期和混合期)对水库不同位置(坝前、库中和库尾)开展溶存温室气体垂向分层监测。研究结果显示,水库CH 4排放通量变化范围为0.018~0.174 mmol/(m^(2)·d),是大气CH 4的源,空间分布为库尾>库中>坝前;CO_(2)通量为-4.91~58.77 mmol/(m^(2)·d),除分层期东支库尾,其余点位均表现为大气CO_(2)的源,空间分布为坝前>库中>库尾。时间上,分层期CH 4排放通量(0.071±0.044 mmol/(m^(2)·d))高于混合期((0.027±0.008)mmol/(m^(2)·d));分层期CO_(2)排放通量((5.12±5.50)mmol/(m^(2)·d))明显低于混合期((42.76±16.72)mmol/(m^(2)·d))。水温和径流的变化共同影响CH 4和CO_(2)排放通量。结合水库溶存温室气体垂向分布特征,水库CH 4的生成热区主要在坝前和库尾。分层期的水库溶存CH 4在坝前和库中底层大量累积,原因是等温层的持续缺氧以及上下水层的交换能力限制。与国内其它水库温室气体排放通量对比发现,水库的不同时期(分层期和混合期)、空间位置(坝前、库中和库尾)以及库龄是准确评估水库温室气体排放的关键因素。

老爷岭多年冻土小流域春季冻融期径流溶解性有机碳变化特征

溶解性有机碳(DOC)的输移过程是流域碳循环中重要的组成部分,对全球碳循环产生重要影响。以大兴安岭多年冻土区的典型森林小流域—老爷岭流域为研究对象,获得2021年4月9日到6月30日冻融期降雨量、气温、土温等气象数据及逐日径流量、径流DOC浓度,计算了冻融循环期(4月9日—28日)和融化期(4月29日—6月30日)流域径流DOC的输出通量,揭示了径流DOC浓度及输出通量的影响因素。结果表明:(1)研究时段内,老爷岭流域径流DOC浓度变化范围为3.88—33.75 mg/L,流域上游的径流DOC浓度变化趋势与下游基本一致,DOC浓度随着温度的升高呈现下降趋势,4月份平均径流DOC浓度明显高于5、6月份。(2)研究时段内流域径流DOC总输出通量为3215.48 kg/km^(2),其中5月径流DOC输出通量高于4、6月份。径流量与径流DOC输出通量存在显著正相关关系(P<0.05),是流域DOC输出通量的主导因素。(3)研究时段内流域DOC浓度与平均气温呈极显著负相关(R^(2)=0.5048,P<0.001);降水样品中的DOC浓度变化范围为1.06—9.42 mg/L,显著低于径流DOC浓度;土壤中DOC含量变化趋势与径流DOC变化趋势一致,0—10 cm、10—20 cm土壤平均DOC浓度范围为77.57—133.99 mg/L。(4)冻融循环期平均日径流DOC浓度(24.02 mg/L)显著(P<0.05)高于融化期(14.64 mg/L),而融化期平均日DOC输出通量(48.02 kg/km^(2))是冻融循环期(9.52 kg/km^(2))的5倍。研究结果揭示了大兴安岭多年冻土小流域春季冻融期径流DOC的输移特征及其影响因素,对理解多年冻土区碳循环有重要意义。

基于加热截断数据的周期性还原赝热流红外热成像中加热时间对缺陷检测效率的影响

提出了一种能够重构基于加热截断数据的周期性还原赝热流算法,并测试了该方法下加热周期对分层和插入异物可检测性的影响。对不同试件分别进行了加热周期为10,20,30 s的周期性方波热成像检测,再依据所提出的算法反演试件的还原赝热流,对比不同单波周期长度下缺陷的信噪比和最小可检出缺陷。研究表明,总加热时长相同时,单波周期越长,红外热成像技术检测埋深缺陷的能力越强。

冰封期湖泊沉积物-水界面氮磷迁移及源汇特征

以查干湖为研究对象,基于原位-高分辨率被动采样技术(DGT),分析关键营养元素(N和P)亚毫米级空间分布规律及其源汇特征.结果表明,冰封期上覆水中有效态NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N浓度大于沉积物中浓度,而有效态P则呈现相反的趋势.在沉积物-水界面下有效态氮磷表现出不同的分布特征,NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N浓度随着沉积物深度的增加而逐渐减小,P浓度随着沉积物深度的增加呈先增大后减小的趋势.查干湖NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N交换通量均值分别-0.135,-0.333mg/(m^(2)·d),呈现“汇”的特征;而P交换通量均值为0.084mg/(m^(2)·d),呈现“源”的特征.冗余分析(RDA)表明,溶解氧解释了沉积物-水界面氮磷释放通量的32.8%(P<0.05).通过对上覆水贡献率估算发现沉积物中P营养盐扩散对上覆水影响较大,个别采样点达到2297%的贡献率,这可能是由于局部微高值点的存在.

南极春季臭氧损耗和恢复期的主要特征及其与平流层环流异常的关系

21世纪以来,南极臭氧总量经历了逐渐恢复的过程。本文基于近41年(1979—2019年)BS填充臭氧总量(Bodeker Scientific Filled Total Column Ozone)数据集和同期的ERA5再分析数据,分析了20世纪末(1979—1999年,损耗期)和21世纪初(2000—2019年,恢复期)南极春季(9—11月)臭氧总量和平流层环流的主要变化特征,研究了不同时期平流层环流异常与臭氧总量的关系,并通过行星波诊断了影响臭氧总量变化的可能途径。结果表明,(1)南极臭氧总量在损耗期以51.5 Du·(10 a)^(-1)的速率显著减小,在恢复期以14.2 Du·(10 a)^(-1)的速率持续增加;与臭氧总量存在显著相关的平流层云(PSC)面积、平流层下部极区温度、中部极区位势高度以及60°S平均纬向风在损耗(恢复)期也经历了快速(缓慢)变化;(2)在整个分析时段,臭氧总量与PSC面积、平流层温度、位势高度以及纬向风保持着显著且稳定的关系;其中恢复期臭氧总量与上述平流层各要素的关系更加显著;(3)与损耗期相比,恢复期由于平流层存在较强的Eliassen-Palm(EP)通量,伴随平流层中上部极区EP通量辐合和更大的负涡旋热通量,使得平流层温度升高,极涡减弱,不仅导致PSC面积减小,而且有利于南极臭氧总量恢复。

以大辽河为例分析中小河流入海通量的估算方法

通过对目前河流入海通量估算方法的比较分析,针对我国北方的大部分河流属中小河流,监测频率不高,潮周径流量与进潮量之比很小的情况,指出了估算河流入海通量的技术障碍,分析各种河流、河口通量估算方法的误差来源、应用条件,比较潮时通量法、水期加权法、年平均法、概率分布法以及对流-扩散模式法等各种时段通量的估算方法.从河口上游水文站时段通量、河口段流达率、区间排放量的关系出发,提出实用化的河流入海通量的计算方法,并用于水质监测频率较低的感潮河流入海通量的估算和分析.通过对2003年大辽河入海通量进行实例计算,全面考虑时段离散通量,验证了方法估算结果的合理性.

基于膜分离技术的生物聚合铁的制备

开展基于膜分离技术优化反复序批式工艺制备生物聚合铁(BPFS)的技术研究。考察了应用聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜(PVDF)对微生物的分离效果,Fe2+的生物催化氧化速率,制备周期及膜的污染与处理的情况。研究表明,PVDF膜可有效分离微生物,显著提高原液中的生物量。在优化工艺的基础上,制备了全铁含量分别为60、80、100kg·m-3 BPFS,Fe2+的生物催化氧化速率分别达到1.75、1.85、1.43g·L-1·h-1,制备周期分别为15.5、21、40h,比工艺优化前分别缩短了38%、42%、18%,反应液中的生物量达到108个·ml-1数量级。实验中发现,随着分离次数和全铁含量的增加,膜污染加剧,膜通量下降;采用0.2mol·L-1的草酸钠和0.2mol·L-1硫酸的混合溶液对PVDF膜进行清洗,可基本清除膜表面的污染物,满足分离要求。

河流污染物通量估算方法分析(Ⅰ)——时段通量估算方法比较分析

通过对河流时段通量所采用的估算方法的误差比较分析 ,说明了实测河流断面时段通量中时间平均离散通量的贡献 ;并讨论了污染源的点源、非点源类型的差别对选择年通量估算方法的影响。通过实例探讨了河流长时间通量估算方法的使用范围 。

河西地区地表感热特征分析

利用河西地区13个测站的资料和金塔试验资料，通过聚类分析和小波分析等研究方法，分析了河西地区地表感热的变化特征，结果表明：河西地区13个站感热输送的最大值一般出现在5月或6月，最小值出现在12月。3～4月份普遍急剧增大，在10～11月急剧减少。近50年间，河西地区大部分台站春季感热输送呈上升趋势，夏季呈明显的下降趋势。春季感热通量的主要显著性周期为3年。河西地区中部春季感热变化与风速、地气温差变化的相关关系都比较好，在河西西部春季感热变化与风速的相关关系较好，而在河西东部春季感热变化与地气温差的相关关系较好。

松辽盆地南部拗陷期湖盆底形演化及充填序列

根据地震、钻井、岩心及测井资料,将松辽盆地南部青山口组三段—嫩江组一段划分为青三层序、姚家层序和嫩一层序。基于地层等时格架,应用回剥法经去压实和古水深校正,对松辽盆地南部湖盆底形特征进行了恢复。研究结果表明,松辽盆地南部拗陷期湖盆坡折带的发育程度受控于盆地的差异沉降以及沉积物供给速率,随着大地热流值的逐渐降低,湖盆坡折越来越不明显;而坡折带的发育程度对盆地的充填序列和沉积格局有重要影响。其中,青三层序坡折带发育明显,湖盆表现为深水拗陷沉积;姚家层序坡折发育不明显,表现为宽浅氧化湖盆;嫩一层序湖盆底形平缓,受湖侵影响,表现为广阔深水湖盆。

无刷交流电励磁磁通切换电机电磁性能研究

开关磁阻电机具有转子结构简单坚固、无励磁源的优点,为实现其全周期工作方式和定子磁链的双极性变化,提出一种电励磁磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入励磁绕组,实现电机的全周期工作能力。介绍电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计,重点与分裂绕组开关磁阻电机(全周期工作)的电磁性能进行对比研究。有限元仿真结果和样机实验结果表明:磁通切换电机具有双极性磁链、高正弦度反电势、适合运行无刷交流场合,两种电机总铜耗相等时,前者具有更高的转矩(功率)密度。

薄板在周期热流作用下的热响应(Ⅰ):温度响应

基于具有热流延迟相的双曲型热传导方程,研究了薄板在周期热流作用下的温度响应。首先采用分离变量法,求解了以热流矢量为基本未知量的热传导方程,得到了板内热流场分布,然后再利用能量守恒方程,获得了板内温度响应的解析表达式。通过计算,分析了板内温度响应随不同热流矢量延迟相以及边界热流频率的变化趋势,并与经典的Fourier热传导方程所得到的结果进行了比较。结果表明,在高频热流加热下,双曲型热传导模型所给出的温度响应与经典的Fourier热传导模型具有显著的差别。

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。

青藏高原中东部地区地表感热通量的时空变化特征

基于1970—2015年青藏高原地区78个站点的观测资料,应用物理方法计算了高原中东部地区的感热通量。利用小波分析、相关性分析等研究了高原中东部感热通量的时空特征和影响因子。结果表明,高原年平均和春夏季节,感热通量周期为3~4 a,而秋冬季节为2~3 a;感热通量的变化趋势为,1970—1980年和2001—2015年感热通量呈增加趋势,而1981—2000年呈减小趋势;高原年平均和各季节的最强感热加热中心均位于高原南坡E区(除冬季外),最弱加热区域位于高原西北部A区(夏季除外);高原春秋季节感热通量的空间分布均匀,冬夏季节有明显的梯度分布且梯度相反,夏季呈现自东到西的梯度;春季、夏季及秋季,高原感热通量和降水呈负相关;高原10 m风速的极值中心随季节北上南撤变化与地气温差的强弱变化共同决定了感热通量的季节变化。

薄板在周期热流作用下的热响应(Ⅱ)——变形响应

考虑高频周期热流作用下引起传热过程的非Fourier效应,基于线性热弹性理论和经典的薄板理论,建立了周边简支矩形板在动态温度场下的控制方程,利用Nowacki方法和Navier级数解法求解得到了相应的拟静态变形和考虑惯性动力项作用的动态变形的解析表达式。通过算例,分析讨论了非Fourier效应、热流频率及惯性项对薄板变形的影响。

海洋天然气水合物调查地震采集技术——潮期羽角预测研究

地震采集技术在野外地震调查中起着举足轻重的作用,特别是对三维地震调查方法的研究。其中对潮期和羽角的研究能够给三维地震调查提供有力的保障,可以起到事半功倍的效果。潮期预测的主要目的在于"通过对作业海域潮位数据的分析,预测一个较长时间段之内(一个月以上)潮汐变化规律",因此,通过研究,可以选择最佳作业时机进行野外采集,为"航次计划"提供基础数据,降低采集费用、提高作业效率。