基于Stewart模型改进方案的新疆降水同位素的云下蒸发效应比较

干旱半干旱区降水稀少,蒸发能力大,雨滴在云下易发生蒸发现象并改变其同位素比率,明确雨滴降落过程中稳定氢氧同位素的变化在同位素水文学研究中具有重要意义。Stewart模型常被用于评估雨滴中同位素比率的变化,云下雨滴降落过程中的气温、相对湿度等是模型输入的关键参数。目前广泛采用的大气均质假设往往与自然条件有差异,这种均质假设对模拟结果产生的影响有待明确。基于2016年7月至2017年6月新疆66个地面气象站逐小时观测资料与8个探空站的高空定时观测资料,通过三种Stewart模型算法方案(方案①以地面气象资料代替大气气象参数,方案②假设地面气象资料与预测的云底气象参数均匀变化,以其平均值代入模型,方案③根据高空探测资料,分层计算大气参数)的对比,深入研究新疆降水同位素的云下二次蒸发效应。结果表明:(1)三种方案计算的新疆各分区云下二次蒸发存在明显的季节差异,蒸发剩余比(f)均呈现出秋冬较大、春夏较小的趋势,各分区的ΔδD、Δδ18O和Δd均为春夏较大、秋冬较小。(2)从空间来看,Δd均值在准噶尔盆地西部和塔里木盆地东侧北缘较小。对于蒸发剩余比(f)均值、ΔδD均值、Δδ18O均值和Δd均值来说,三种方案的差异性主要体现在塔里木盆地。(3)蒸发剩余比(f)与d-excess的变化量存在相关性,整体来看,三种方案的斜率均表现为塔里木盆地>阿尔泰山地>准噶尔盆地>天山山地。无论是新疆各分区(除天山山地方案②)还是新疆全境,三种方案的f与Δd的线性关系均>1.0‰/%,最为干旱的塔里木盆地方案③的斜率高达1.496‰/%,这可能与新疆地处干旱半干旱气候区有关。毋庸置疑方案③是后续云下二次蒸发效应研究的方向。

三种作物水分生产函数模型的适用性比较

通过幂级数展开等代数变换发现,3种作物水分生产函数Jensen模型、Rao模型和Stewart模型可以近似相互转化,其各自水分敏感指数近似等价。通过在各阶段均匀受旱的特殊情况下对模型模拟的相对产量随相对蒸散发量变化过程的对比,从理论上分析了3个模型的适用性。研究发现,当作物受旱较轻微时,Rao模型和Stewart模型与Jensen模型统一具有较好模拟效果,但是当作物受旱较严重时,Rao模型和Stewart模型的模拟效果不好。通过不同气候区域不同作物田间试验的数据进行了验证计算,由于水分亏缺不十分严重,参数优化后3个模型都具有较好模拟效果,而Jensen模型模拟效果更好一些,优化得到的3种模型水分敏感指数近似相同,而采用Jensen模型水分敏感指数后,Rao模型和Stewart模型的模拟效果稍有降低。

北疆干旱荒漠地区人工草地作物水分生产函数（英文）

在北疆地区开展非充分灌溉试验,分析北疆干旱荒漠地区主要人工草地在不同土壤水分条件下的作物产量,确定了紫花苜蓿、苏丹草和青贮玉米的水分生产函数模型,并分别采用Jensen模型、Stewart模型和Jensen模型得出了各生育阶段的敏感指数和敏感系数。检验结果表明,所确定的模型有较高的精度,平均相对误差为6.51%、9.24%和9.25%。该研究结果可为合理开发阿勒泰草原乃至新疆牧区有限的水土资源提供理论和技术支撑。

一种集成于PDA的非充分灌溉决策系统

为了将非充分灌溉理论应用到实际中,研制了集成于PDA的非充分灌溉决策系统。本系统的决策模型采用基于Jensen水分生产函数的动态规划模型和基于Stewart水分生产函数的线性规划模型。本系统是以PDA为硬件平台,用EVC++4.0开发的专用系统,与PC机相比,它具有专用性强、体积小、重量轻、价格低、操作简便等优点,方便了农业灌溉的技术与管理人员进行灌溉决策。为保证系统的实用和稳定,在技术上做了优化,并以山西潇河试验站的夏玉米为例,对系统进行了验证。

甘肃夏季降水同位素云下二次蒸发效应

降水中稳定同位素值会因雨滴降落过程中受到云下二次蒸发的影响而发生变化,研究雨滴云下二次蒸发对利用降水氢氧稳定同位素解释水循环过程具有重要意义。本文利用2017年6月—8月甘肃74个地面气象站逐小时观测资料与10个高空气象站定时观测资料,基于改进的Stewart模型(分层假设)深入研究了甘肃夏季降水同位素的云下二次蒸发。结果表明:(1)甘肃各分区的云下二次蒸发存在明显的时间变化,从月尺度看,Δd(d-excess变化量)均值在陇南山地和甘南高原均为7月最小,在陇中黄土高原和河西地区均为6月最小;从小时尺度看,Δd值在2:00~15:00这一时间段较小,且甘南高原的Δd均值变化幅度最大。(2)从空间来看,陇中黄土高原、甘南高原(除舟曲)、陇南山地(除文县)和河西地区(除马鬃山、酒泉和武威)Δd均值分别>-15‰,而陇中黄土高原的Δd均值最高。(3)不同分区蒸发剩余比(f)和Δd的线性关系的斜率均超过1‰/%,这可能与甘肃的气候有关。(4)当气温较高,降水量、相对湿度和雨滴直径较小时,云下二次蒸发效应明显。

设施延迟栽培葡萄不同水分生产函数比较

为了探究设施延迟栽培葡萄生育期灌溉水量的优化配置,根据2013—2014年设施延迟栽培葡萄不同生育期水分胁迫处理下的耗水量与产量关系的资料,分别分析了Stewart模型、Blank模型和Jensen模型3种不同水分生产函数对设施延迟栽培葡萄的适应性,计算了不同模型对应的设施延迟栽培葡萄不同生长阶段的水分敏感指数。结果表明,设施延迟葡萄水分敏感指数在果实膨大期最大,该时期为需水关键期,亏水处理会明显降低产量;萌芽期最小,该时期适度亏水对产量提高有积极影响。确立了Stewart模型和Blank模型为适用于设施延迟栽培葡萄的水分生产函数模型,在灌溉水量有限的条件下,应采取萌芽期适度亏水,将灌溉水量调配给果实膨大期的灌溉水配置方式,以期在合理调配灌溉水量的同时获得最佳经济效益。

DP780双相钢动态再结晶动力学研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对DP780双相钢进行单道次热压缩试验,研究其在变形温度950~1150℃、应变速率0.05~10s^-1。下的再结晶动力学行为,建立了修正的Stewart动力学模型,并分析了不同变形条件对材料显微组织演变的影响规律。结果表明:应变速率对试验钢热变形行为影响较大,在变形温度950~1150℃,应变速率0.05~0.1s^-1时,材料发生了明显的动态再结晶现象;试验钢动态再结晶显微组织演变过程为锯齿状晶界(εc)-项链组织(εm)-等轴晶(εm)。相比于Kim模型与Sellars模型,修正的Stewart模型能更好的描述试验钢的再结晶动力学行为,计算值与试验值的最大相对误差与平均相对误差均降低40%以上,相关系数R为0.988。

陕甘宁地区降水同位素云下二次蒸发效应

大气降水过程中,雨滴由云层底部降落至地面经过不饱和空气时发生的蒸发现象,即为云下二次蒸发,这会使得降水同位素组成发生改变。利用氢氧稳定同位素方法研究云下二次蒸发效应的时空变化及其成因,对探讨区域水循环过程具有重要意义。本研究基于陕甘宁地区2018年3月—2019年2月187个气象站逐小时气象数据,采用改进后的Stewart模型,分析了该区域蒸发剩余比(f)与降水过量氘变化量(Δd)的时空变化,并探讨了f以及气象要素与Δd的关系。结果表明:从小时尺度来看,该区域各省f与Δd最小值均出现在白天,最大值出现在夜晚,即白天云下二次蒸发效应更明显。从月尺度来看,各省f、Δd月变化趋势较为一致,最小值多出现在夏半年,最大值多出现在冬半年,即夏半年云下二次蒸发效应更显著。研究区f、Δd值在季节尺度上的空间变化一致:春季,东、西部地区较大,中部较小;夏季,西北部地区偏小,其他地区偏大;秋季,由南向北减小;冬季,中部、南部较小,西部及东北部较大,研究区不同季节云下二次蒸发效应的空间差异显著。陕甘宁三省(区)f与Δd的线性关系的斜率均小于1‰·%-1,这可能与该地区干旱半干旱气候具有较大关系。当气温较高,相对湿度、水汽压、降水量和雨滴直径较小时,Δd值较小,云下二次蒸发效应较明显。