秋冬季西柳沟孔兑中游下垫面特征及风沙入黄贡献率

十大孔兑中游横穿库布齐沙漠,是黄河流域典型生态脆弱区,也是黄河上游风沙入黄主要源区,只有掌握区域风沙活动特征,采取科学防沙治沙措施,才能更好协调黄河水沙关系,保障黄河安澜。本研究以十大孔兑中的西柳沟孔兑风沙区为研究对象,利用积沙槽、集沙仪结合HOBO风速仪,结合生态学理论,分析该地区不同下垫面特征及风沙入黄贡献率,为流域保护与治理提供参考依据。结果表明:西柳沟孔兑风沙区下垫面划分为流动沙地、半固定沙地和固定沙地,流动沙地河床面积、长度和宽度均高于固定和半固定沙地;低温期,不同类型下垫面运动沙粒粒径集中于0.15~0.50mm,河道采砂行为增加了细沙粒风蚀量;秋冬季节不同下垫面风蚀沙粒粒径主要集中在0.15~0.50mm,秋季孔兑输沙量是冬季的2倍,流动沙地、半固定沙地和固定沙地风沙入黄贡献率分别为55%、33%和12%。

基于下垫面特征的包气带厚度估算及水文模拟

从新安江模型中的包气带厚度的物理意义出发,考虑土地覆盖因素、地形坡度因素、土壤质地结构因素以及气候条件等因素,分别采用了土地覆被相关法、地形指数回归法以及综合要素法对研究区域的包气带厚度进行了估算。据此计算模型参数流域自由水蓄水容量,并在金沙江下游横江流域进行模拟对比试验。相比之下,综合要素法能更为准确的计算出特定空间尺度下的包气带厚度,模型模拟效果更好,更适用于此区域的模型参数定量计算及水文模拟。

降雨特征和下垫面特征对径流污染的影响分析

对深圳光明新区典型下垫面的径流雨水水质和水量进行了监测分析,采用Pearson相关系数法研究了降雨特征和下垫面参数对径流污染物的平均浓度（event mean concentrations,EMCs）的影响。结果表明：（1）降雨特征和下垫面特征共同影响着污染物EMCs,而且污染物EMCs随雨前干旱天数、平均雨强和车流量的增加而上升,随着降雨量、降雨历时、最大雨强和汇流面的增加而下降。（2）雨前干旱天数、降雨量、降雨历时和车流量是影响研究区域降雨径流污染的主要参数。（3）污染物的冲刷规律存在一个临界雨强,当降雨强度小于临界雨强时,污染物以冲刷和溶解为主,污染物浓度随着雨强的增加而升高;当大于临界雨强时,污染物以稀释为主,随着雨强的增加,污染物浓度有所降低;公园植被浅沟中SS的累积和冲刷规律的临界雨强（或范围）介于0.15-0.49 mm/min。该研究结果旨在为研究区域降雨径流污染的评价和控制方案的设计、优化提供基础数据。

珠江口高分辨率下垫面特征的气象学分析

借鉴国际上较通用的下垫面特征分类标准，结合珠江口邻近地区下垫面的实际情况，对珠江口邻近地区的下垫面特征（包括地形高度、地表特征和土壤特征）进行归纳分类，形成了１ｋｍ×１ｋｍ高分辨率的下垫面特征的格点化资料，可供该地区陆气相互作用和数值天气模式的研究使用．

陆地下垫面特征对区域能量平衡过程影响的数值试验

陆地下垫面性质的变化将会改变地气系统之间的能量平衡和转换过程,进而影响到区域气候环境。本文主要进行了陆地下垫面特征变化对区域能量平衡过程影响的数值试验,利用三维地气耦合的区域气候模式模拟了我国华北部分地区的地面能量平衡过程。结果表明,不同的陆地下垫面特征其地面能量分配和转换机制存在较大的差异,从而影响区域气候环境的形成和变化。这一结果可为人们通过改变地表特征的方式改善区域气候和生态环境提供一定的气候学依据。

下垫面特征对一次短期天气过程影响的数值试验(Ⅱ)

在文献工作的基础上,利用文献的个例和模式,研究了局地区域下垫面特征的变化对自身及其邻域短期降水和环流的影响,并探讨了可能的影响机理;最后比较了局地区域与大区域下垫面特征相同变化所致的影响差异.

城区下垫面特征对成都地区一次暴雨过程影响的数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料对成都地区的一次区域性暴雨过程进行了诊断分析,并利用WRF模式对暴雨过程中城市下垫面的可能影响进行了敏感性试验。结果表明,WRF模式能较好地模拟出这次暴雨过程。改变城区下垫面特征后,与控制试验相比,敏感性试验的暴雨落区变化较小,强降雨中心面积有所增加,对四川盆地东部丘陵山区的温度增加影响较大。这可能与下垫面特征改变后,使地面的感热通量增加,加大了城区气层的不稳定度有关。

草原区城市下垫面特征对地表温度的影响——以内蒙古11座城市为例

大量研究表明城市下垫面特征与地表温度显著相关,而关于草原区城市的相关研究较少。本文以内蒙古11座草原区城市2000—2020年间的Landsat遥感影像数据为基础,结合土地利用数据,对比分析草原城市下垫面对地表温度的影响。研究结果表明:2000—2020年间,11座城市植被覆盖度和土地利用类型都发生了显著变化;草原区地表温度与土地利用和植被覆盖度均不具有显著相关性,与植被覆盖度的相关性强于土地利用变化。区域自然地理背景是影响草原区地表温度差异的主要因素,但增加植被覆盖度、减少土地利用变化对维持草原区地表温度适宜性仍至关重要。

淤地坝建设对流域下垫面特征及水沙效应的影响

淤地坝是水资源调节的重要措施之一,对流域管理具有关键作用。通过论述淤地坝的修建对流域下垫面特征及其水沙效应产生的影响,说明淤地坝在改善河流下垫面特征、提高水沙效应等方面所起到的积极作用。从河流径流水量的调节、水质的改善效果和河床冲淤平衡的角度来看,淤地坝均显示出了其重要作用。进一步剖析淤地坝对流域管理的作用机理,主要包括水沙调控机制、生态环境保护和水资源利用效率的提高,揭示出淤地坝对维护水资源可持续利用及生态平衡是必不可少的。淤地坝的修建不仅促进流域水文生态系统的稳定,而且给地方经济发展与社会进步注入新的生机。所以,淤地坝的修建在流域管理中所起到的积极作用是不可忽视的。

上海市近地面CO_2浓度及其与下垫面特征的定量关系

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.明确城市区域CO2浓度的空间变化特征,对于认识和控制温室气体排放、减少人类活动对全球气候变化的影响具有重要意义.本研究以高强度人类扰动和快速城市化背景下的上海市为研究对象,于2014年春季利用近红外气体分析仪Li-840A开展近地面CO2浓度样带监测,结合遥感数据获取的城市下垫面特征信息,在明确上海市近地面CO2浓度空间分布格局的基础上,进一步定量分析其对城市下垫面特征的响应机制.结果表明:上海市近地面CO2浓度为(443.4±22.0)μmol·mol-1,城市中心CO2浓度比郊区平均高12.5%(52.5μmol·mol-1).近地面CO2浓度空间异质性显著,呈现西北高、西南次之、东南低的趋势,总体表现为随着下垫面城市化水平的降低而降低.城市下垫面植被覆盖率(CVeg)是城市近地面CO2浓度的重要指示因子,两者呈现负相关;不透水层覆盖率(CISA)次之,两者呈正相关.CO2浓度(CCO2)与CISA及CVeg的相关性(R2)在缓冲距离为5 km时同时达到峰值,三者之间的定量关系可通过建立逐步回归方程表征:CCO2=0.32CISA-0.89CVeg+445.13(R2=0.66,P<0.01).

基于SWMM的地表径流量与城市下垫面和降雨特征关系的空间分析——以中国科学院大学雁栖湖校区为例

以中国科学院大学雁栖湖校区为例,用城市雨洪管理模型(SWMM)模拟2016—2017年48场降雨事件中所有子汇水小区的径流过程;在验证可靠的基础上,探讨径流量空间分布与降雨和下垫面的关系,是开展防汛工作的重要基础。结果表明,径流量高值区多位于沥青小区,而低值区多位于绿地小区。沥青最易产流,绿地最不易产流。砌砖易产生中等量级的径流,混凝土较砌砖更易产流,但二者在不同降雨事件下的产流规律相似。沥青小区和砌砖小区的地表径流量均与坡度呈极显著或显著线性正相关关系。对沥青-砌砖和沥青-绿地小区,将非渗透面积比例(PIC)降至60%可明显控制其暴雨和大雨径流。要明显控制大暴雨径流,可将沥青-绿地小区的PIC降至30%以下;但降低PIC对沥青-砌砖小区大暴雨径流的控制作用不明显。研究结果可为海绵城市建设和城市内涝防洪提供理论依据和决策建议。

太湖上游流域下垫面因素对面源污染物输出强度的影响

应用流域断面监测、GIS的流域空间分析等手段建立太湖上游地区流域基础数据,通过多元逐步回归和冗余分析(redundancy analysis,RDA)手段,研究了太湖上游流域下垫面要素对流域出口污染物输出影响特征以及不同要素影响的相对强度,提取了影响太湖上游流域面源污染产出的主要下垫面因素并分析各小流域水质控制性要素的空间特征.研究结果表明,流域面源污染与下垫面要素具有很大的相关性,其中流域土地利用对面源污染产出的影响最为显著,其次是流域土壤特征、流域坡度,流域面积的影响最小;影响流域面源污染输出变化的控制性因素为居民用地、耕地面积比例和流域平均坡度,对水质数据进行解释的显著性和重要性水平均较高,能解释59.5%的流域水质信息、98.6%的下垫面特征-水质指标关系信息,且在不同小流域中这3个因素对流域水质影响的贡献率不同.

贵州省岩溶地区年径流系数受下垫面影响的分析

为研究岩溶地区年径流系数受特殊地貌、地质条件的影响程度,利用贵州省境内23个岩溶流域1961~2000年的径流资料和气象资料,采用Budyko方程拟合表征流域下垫面特征的参数值,并通过Mann-Kendall方法与相关分析,分析年径流系数变化趋势及其与流域下垫面特征的关系。结果表明,贵州省多年平均径流系数的空间分布与流域坡度呈正相关,与碳酸盐岩所占比例呈负相关;1961~2000年年径流系数呈增大趋势,与下垫面特征参数变化趋势一致,可见相对于气候变化,下垫面变化是影响贵州省年径流系数变化的主要因素。

模拟降雨条件下城市下垫面径流系数变化规律

为研究城市用地在降雨条件下的雨洪控制机制和城市下垫面径流产生规律,在不同典型下垫面条件下进行模拟降雨,研究不同降雨强度和降雨历时条件下下垫面的产流特征及作用机制。分别在30、60、80和100 mm/h降雨强度下,监测其径流情况,观测对比不同降雨强度下径流系数的变化特征。结果表明:1)在同一降雨强度下,不透水下垫面的径流系数大于透水铺装的下垫面,其中草地具有突出的雨水调蓄作用,径流系数为0.27~0.41;2)降雨强度对不透水下垫面径流系数的影响不明显,而透水下垫面受降雨强度影响有着明显变化,主要表现为当降雨强度>60 mm/h时,透水下垫面的径流系数存在明显的增加趋势,其中透水砖变化最大,径流系数增加0.21;3)降雨历时对径流系数的影响主要体现在随着降雨历时的增加,透水下垫面的径流系数增速逐渐减缓,增速减缓主要发生在降雨发生60 min后。本成果可为海绵城市建设中透水下垫面的选择提供理论参考与科学依据。

变化环境下青藏高原陆地水储量演变格局及归因

基于1981—2015年全球陆面数据同化系统GLDAS和归一化植被指数GIMMS NDVI3g等多源数据,采用Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall趋势检验法探究青藏高原多年陆地水储量(TWS)及其各组分时空演变特征,采用水量平衡法、相关分析法和Hurst指数法识别水循环过程对TWS变化的影响机制。结果表明:受气候变化影响,1981—2015年青藏高原降水及冰川积雪消融增加,TWS以0.7 mm/a的速率增加,青藏高原北部TWS增加趋势极其显著,南部呈减少特征;青藏高原绝大部分地区TWS以0~200 cm的土壤含水量为主,不同深度土壤含水量具有显著空间异质性;青藏高原北部及东部降水主要通过蒸散发过程损失,南部地区径流系数较大。

西北地区戈壁和绿洲风蚀起沙(尘)的研究

利用敦煌地区戈壁和绿洲的观测资料,分析了两种地表下春季的风蚀起沙(尘)情况.研究表明,在自然状态下,由于地表土壤的粒子尺度分布特征、植被覆盖度及地表土壤水分含量等下垫面特征不同,绿洲地表风蚀起沙的临界摩擦速度要大于戈壁地表,其垂直尘粒通量(风蚀起沙率)比戈壁地表小将近一个数量级;但考虑人为的翻耕作用时,绿洲地表风蚀起沙的临界摩擦速度可能会减小一半以上,其垂直尘粒通量也将增加大约一个数量级,甚至比戈壁地表还要大.

以防沙治沙为目标的土地利用方式调整——以内蒙古自治区多伦县为例

风沙现象的发生与作用力 (风力 )大小和下垫面特征密切相关 ,土地利用方式反下垫面的特性 ,从而影响风沙现象的发生和发展。本文以地处半干旱地区的内蒙古多伦县为例 ,在充分查明原有每个土地利用地块抗风蚀特性 ,和生态安全性的基础上 ,根据下列原则 :(1)依照大的地貌类型或地貌区域的差异 ,进行宏观尺度上土地利用格局配置 ;(2 )不再沙化条件下维持生态安全 ;和 (3)充分考虑目前现实状况 ,进行以防沙治沙为目标的土地利用方式调整。调整结果反映在两县市的 1∶2 5 0 0 0 0土地利用图上。另外 ,对多伦县的土地利用格局也作了初步探讨。

西安市污染气象条件分析

利用西安市的现场气象观测资料及西安市观测站的实测资料,分析了西安市对大气污染物稀释扩散能力有重要影响地温度场、风场、大气稳定度等,结果表明:西安市冬季存在较为明显的热岛效应;接地逆温强度较低层逆温强度大;各时次地面风流型以S-SE为主,频率为11%～54%;冬季风速82.4%以上都小于2.9m/s,大于2.9m/s的风速出现频率很小,为5.3%;夜晚及凌晨以稳定类天气为主,中午前后以不稳定或中性天气为主。

基于概率Budyko方程的流域未来可用水资源比例预估

准确评估可用水资源量对水资源规划管理、维护生态完整性和社会经济发展至关重要。基于流域下垫面特征的概率Budyko方程和降尺度后的CMIP5气候模式数据,预估了4个典型流域未来水文气象变量及其可用水资源比率的分布和不确定性。结果表明:4个典型流域(黑河流域、滦河山区、汉江丹江口以上流域和赣江栋背以上流域)未来潜在蒸散发量均显著增加,而降水的增加趋势不明显;流域可用水资源比率值随着湿润程度的增加而增加,且可用水资源比率的不确定性从高到低依次是滦河山区、赣江栋背以上流域、汉江丹江口以上流域和黑河流域;不同的排放情景对4个典型流域可用水资源比率的分布及其不确定性影响较小;在加入相同的下垫面因素(植被覆盖指数)后,干旱区域(黑河流域)比湿润区域(赣江栋背以上流域)可用水资源比率的预估更加精确。

一次混合强对流天气过程数值模拟分析

利用地面、高空等常规观测资料,分析了2015年4月3-4日发生在湖南省的一次强对流过程的环流形势及气象要素特征,采用高分辨率WRF模式对湘东北混合强对流天气进行了数值模拟,探讨了洞庭湖区复杂下垫面下强对流风暴的结构、发展演变过程及其触发机制。结果表明,这是一次典型低层暖平流强迫天气背景下的混合强对流天气过程,地面气压4 hPa升降突变对应着湘东北先后发生的不同类型强对流天气;持续强的垂直风切变与上升气流的相互作用,使得风暴得以维持,并由对流单体合并发展加强形成强风暴;湘东北地区不稳定能量积聚,局地热对流及地形等抬升作用,低层流场急剧辐合并形成强烈的旋转上升运动,触发了不稳定能量的释放,为冰雹、雷雨大风及暴雨等强对流天气提供了有利的动力与热力不稳定条件;模拟结果刻画了洞庭湖区混合性强风暴发生的空间结构特征和环境参数演变,对于混合性强对流天气的预警预报有一定的指示作用。