Determination of allowable subgrade frost heave with the pavement roughness index in numerical analysis

Frost heave is an upward swelling of soil during cryogenic conditions in cold regions. It is caused by the accumulation of ice crystals in subgrade soil, which grow upwards when freezing temperatures penetrate into the subgrade. This study establishes the allowable soil subgrade frost heave based on the roughness standard of asphalt pavement in China, and aims to balance the pavement design and frost heave resistance of subgrades in cold regions. We formulated a mechanical model of pavement supported by the boundary conditions of differential frost heave, based on the elastie layered system theory. The differential soil subgrade frost heave was modeled as a sinusoidal function, and the allowable frost heave and the roughness index were modeled as the displacement boundaries for the top and bottom of the pavement structure. Then the allowable frost heave was back-calculated according to the roughness standard. Numerical results show that the allowable frost heave depends on the pavement structure, material properties, the highway grade, and other factors. In order to ensure that the actual soil subgrade frost heave is lower than the allowable frost heave, pavement structures and materials need to be selected and designed carefully. The numerical method proposed here can be applied to establish the frost heave re- sistance of subgrade when the pavement structure and materials are determined.

福建省枇杷冻害时空变化特征及其危险性评估

为了研究福建省枇杷冻害发生规律以科学应对气候变化对枇杷种植造成的风险,基于1971—2020年福建省66个站点逐日最低气温观测数据,采用回归分析、线性趋势分析、熵权法和转移矩阵等方法,对1971—2000年和2001—2020年两个时段福建省枇杷花期和幼果期各等级冻害的发生频次和危险性等级的时空演变规律进行分析。结果表明:1)福建省枇杷花期和幼果期冻害整体明显减少,花期冻害减幅为0.17次·(10 a)^(-1),幼果期减幅更明显,为0.57次·(10 a)^(-1)。冻害的空间范围也有所缩小,但不同年代间波动幅度较大,个别年代存在大范围严重冻害风险。2)各等级冻害发生频次的气候倾向率以减少为主,空间分布特征相似,呈现明显减少趋势的站点和区域主要分布在南平市、宁德市和三明市。3)在冻害危险性等级的时空变化上,相较1971—2000年,2001—2020年轻度危险区扩大至南平市中部的中低海拔地区,中度危险区扩大至三明市西部和南平市中北部的中海拔地区,重度以上危险区范围明显减小,主要位于三明市西部、南平市西北部、宁德市西部及内陆地区的中高海拔地区。在明显变暖背景下,福建省枇杷冻害的危险性时空分布发生较大变化,中西部的中低海拔地区可根据实际情况小幅扩大枇杷种植规模。

沧州地区春霜冻特征及短期预报方法的研究

为提早做出春霜冻预判以减少对农作物的危害,利用2016-2023年沧州市春季气象资料,采用皮尔逊相关系数、TS评分等方法,对沧州市春霜冻特征和预报指标进行了统计分析及检验。结果表明,沧州市春霜冻发生在3月至4月,结束日期主要在3月下旬-4月上旬,多发生在晴朗、软风、低湿的天气背景下,空间上呈西多东少的特征。以单因素最低气温判定春霜冻是否发生时,多年平均差值(最低气温与最低地温)并非是最优指标,大多数气象观测站表现为前者低于后者。在日最低气温相同的情况下,天气状况和湿度是影响霜冻形成的关键因素,天气越晴好,湿度越小,越容易形成霜冻。加入天气状况和湿度因素后,以最优指标预报春霜冻时全区TS较单因素时提高了7%左右。检验证明,根据最低气温、天气状况、湿度,采用最优指标查表法预报春霜冻的预报效果更好,比普通查表法更适合应用在沧州市春霜冻预报中。

Research of Climatic Zoning Index System of Red Cartridge Kiwifruit in Guizhou

The climate data of 84 meteorological stations in Guizhou from 1981 to 2010 was used,including the statistical data of daily precipitation,temperature,sunshine hours,evaporation,frost free period and so on. Using the equations of light and heat coefficient,light and heat index,latitude and temperature index,active accumulated temperature,effective accumulated temperature,aridity index,and arid-wet index,the red cartridge kiwifruit zoning index of Guizhou was analyzed and studied. The results showed that the zoning index system for the climatic characteristics of Guizhou mountainous area must be established in order to realize the variety regionalization of red cartridge kiwifruit in Guizhou mountainous area,and ten climatic factors were taken as climatic zoning indexes of red cartridge kiwifruit planting,including active accumulated temperature,effective accumulated temperature,annual average temperature,average temperature of July,light and heat coefficient,light and heat index,latitude and temperature index,frost free period,aridity index and arid-wet index. These indicators were giving a comprehensive evaluation for climate suitability conditions of red cartridge kiwifruit planting,and providing the scientific and reasonable basis for the promotion planting of red cartridge kiwifruit in mountain area of Guizhou.

Study on Frost Prevention and Drought Resistance Effect of Potato under Different Planting Methods

According to different planting test data,meteorological data,field planting survey and expert interview data in recent years,frost prevention and drought resistance effect of potato under different planting methods were studied using agro-meteorological disaster risk index analysis method. The results showed that the risk index of potato with the full-film planting was small due to good thermal insulation and soil moisture conservation performance. The risk index of potato with half-film planting( flat mulching,ridging planting and furrow planting) was moderate,while that of ridge tillage without mulching,double rows,full of stars and flat planting was large,and their frost prevention and drought resistance effect were poor. It provides support and reference for understanding the frost and drought conditions of potatoes under different planting methods and carrying out insurance weather services for farmers and production managers.

贵州春茶霜冻害危险性分析及区划

开展春茶期霜冻害危险性分析,有利于提高茶树抵御气象灾害的能力,减少因霜冻害带来经济损失。基于1961—2020年贵州省84个气象站逐日最低气温资料,采用数理统计和空间分析等方法,构建霜冻害危险性指数,进行春茶期霜冻害风险区划。结果表明:贵州春茶期以轻霜冻害为主,各等级霜冻害的天数和站次比呈递减的变化趋势;霜冻害风险等级空间分布呈现西高东低、北高南低的空间变化,次高风险以上的区域主要分布在六盘水市北部、毕节市西部大部和中部、贵阳市北部局地、遵义市北部大娄山局地、铜仁市中部梵净山区、黔东南州的雷公山区和黔南州斗篷山区,区面积约为3.70×10^(4)km^(2),占全省总面积的21.7%;低风险区主要分布在西南部的北盘江流域、北部的赤水河流域和东南部的都柳江流域等,面积约为2.34×10^(4)km^(2),占全省总面积的14.3%。

渭北苹果花期冻害气象指数保险设计

为科学设计渭北苹果花期冻害气象指数保险产品,提供气象指数保险技术参考。研究选取旬邑县作为陕西省渭北地区苹果代表县,利用1991—2020年气象、苹果花期物候、产量等数据,选取苹果花期冻害极端低温和过程累积危害指数作为备选气象指数,采用滑动平均-灰色预测法分离苹果气象产量。通过气象指数与苹果减产率的相关分析,确定苹果花期冻害气象指数,构建苹果花期冻害气象指数与减产率之间的关系模型。利用苹果单产风险分布特点,选取6种分布模型利用参数分布法进行拟合,并根据Anderson-Darling(A-D)检验结果和概率密度函数图筛选最优分布。最后根据保险触发值,厘定不同赔付触发条件下的保险纯费率。结果表明:代表县苹果花期冻害过程累积危害气象指数Ts与减产率的相关性显著强于苹果花期冻害极端低温气象指数Tc;Ts与减产率之间存在正向线性关系模型;苹果单产风险分布符合柯西分布;当赔付触发条件对应2%、4%、6%、8%减产率时,旬邑县各乡镇苹果花期冻害气象指数保险产品纯费率区间为0.40%~1.84%。相较传统苹果农业保险产品,苹果花期冻害气象指数保险产品可实现差异化费率,有利于发挥气象指数保险优势。

基于冻胀量与时间平方根之比确定冻胀分级的探讨

冻胀分级指标是寒区基础工程设计和冻胀防治的关键指标,目前既有方法多认为冻胀分级是材料的一种基本属性,常使用经验或半经验的分级指标表示土体冻胀能力,但缺乏理论支撑。而冻胀试验复杂、耗时长,不利于指标测试。为提出合理简单的冻胀分级指标,首先从冻胀机制角度出发,建立非饱和土冻胀解析模型,并对模型进行了验证。基于该模型提出了以冻胀量和时间平方根之比作为确定冻胀分级的新指标R(mm/h^(0.5)),并以大量冻胀试验结果为依据,提出当R<0.21时,对应低冻胀等级,当0.21≤R≤1.18时,对应中等冻胀等级,而当R>1.18时,对应强冻胀等级。此外利用统计概率分析了冻胀过程中各指标数值的概率密度分布,发现新指标R在冻胀过程的集中程度和稳定性是最高的。新指标R具有理论基础,同时耦合了土性参数和冻结环境因素,突破了既有冻胀分级指标的局限性,完善了现有冻胀分级体系,为寒区工程设计和冻胀防治提供理论依据。

安徽省茶叶霜冻害气象指数保险费率厘定研究——以黄山、六安为例

气象指数保险是当前最有效的转移气象灾害风险的金融工具,厘定合理的保险费率是设计气象指数保险产品的核心工作。研究根据安徽省黄山市和六安市历年气象数据、茶区产量数据及年单产量数据,利用差分预测、logit回归模型及正交多项式等方法计算各县市纯保险费率和基准保险费率。结果表明:六安市辖区及其下辖的舒城县、金寨县、霍山县茶叶霜冻害纯保险费率分别为5.90%、0.78%、8.11%、1.66%,均值为4.11%,最高的是金寨县,最低是舒城县;黄山市辖区及其下辖的歙县、休宁县、黟县、祁门县茶叶霜冻害纯保险费率分别为4.36%、0.66%、5.21%、2.01%、7.60%,均值为3.97%,最高是祁门县,最低是歙县,六安市保险纯费率均值略高于黄山市。基于此,提出设计差别保额保险产品、实施费率优惠政策等建议。

陕西省富士系苹果花晚霜冻指标研究

为解决现有的陕西省富士系苹果晚霜冻指标与实际情况有出入的问题,以人工气候箱试验方法为主对指标进行研究。试验发现:陕西省富士系苹果花晚霜冻临界温度为-2℃,且温度越低、持续时间越长,苹果花的受冻率就越高;剧烈的升降温变化,更易造成苹果花遭遇冻害影响;苹果花受冻与其开放程度密切相关,开放程度越大,受冻越重,但受冻害程度与其是中心花还是边花关系不明显。基于此,建立了包含受冻等级、极端最低气温、0℃以下低温持续时间、受冻率及受冻表现共5要素在内的陕西省富士系苹果花晚霜冻指标,并通过检验发现,该指标对实际灾情的吻合率和基本吻合率大于70%,可投入业务使用。

近45年霜冻指标变化对我国酿酒葡萄产区的影响

在对近45a全国504个气象站点气象资料进行分析整理的基础上,用ArcGIS软件作图,分析了气候变化引起的无霜期、初霜日、终霜日以及极限低温变化对我国酿酒葡萄栽培的影响,并对50a后我国的无霜期分布进行了预测。结果表明,近45a特别是在20世纪80年代以后,我国的无霜期显著变长,终霜日提前,初霜日推迟,终霜日变化大于初霜日变化,埋土防寒线明显向北推移;霜冻指标变化明显受到我国阶梯形地貌的影响,在同一阶梯内霜冻指标变化影响面积大,但是在阶梯抬升地区变化更为显著;对50a后的无霜期预测表明,50a后我国北部除少数地区以外,都能够种植酿酒葡萄。

安徽省冬小麦种植保险天气指数设计与应用

利用安徽省宿州市1993-2009年的逐日气象数据并结合区域冬小麦生育期的主要农业气象灾害,通过对历史产量损失与主要灾害的气象指标进行对比分析,为设计小麦种植天气指数保险产品,确定了干旱指数、倒春寒指数、干热风指数、阴雨日数指数Ⅰ、阴雨日数指数Ⅱ共5个小麦关键生育期天气指数。通过历史天气指数赔付率与历史产量损失率的对比,定义基差风险函数和最小化基差风险,确定指数保险赔付的触发值及赔付标准。将设计的保险产品在安徽省宿州市试验应用,2010-2012年成功销售推广1300hm2,总保费约11万元,因触发干旱指数,实际赔付额超过22万元。表明天气指数保险产品的应用,能客观、快捷地提供灾害的经济补偿。

宁夏梨树霜冻指标试验研究

霜冻是制约着梨树生产的主要农业气象灾害之一,探究梨树霜冻指标可为梨树霜冻预报、监测预警及梨树霜冻灾害风险评估和灾害防御提供参考。笔者采用人工霜箱开展模拟霜冻试验对梨树开花期及幼果期遭受霜冻的临界温度及持续时间进行研究,结果表明:-4℃是梨花器官遭受霜冻的致死温度,‘玛瑙’梨花期遇-3℃低温持续2 h遭受轻度霜冻,持续2.5 h遭受中度霜冻;重度受冻的临界温度及持续时间为-3℃持续3 h及以上、-3.5℃持续时间大于等于0.5 h或-4℃及以下。‘甘泉’和‘新高’的耐冻性差于‘玛瑙’。对于幼果,3个品种的耐冻性差异不大,-2℃持续2~3 h或-2.5℃持续1 h幼果出现轻度受冻;-2.5℃持续2~3 h,-3℃持续1 h为中度受冻,-2.5^-2℃持续4 h、-3℃持续1 h以上为重度受冻。未达到致死温度时,随着持续时间延长,受冻程度增加,幼果直径越小,受冻越严重。

宁夏苹果花期霜冻敏感性指标研究

苹果花期霜冻指标是果园霜冻预报预警、防御的基础,本文运用人工模拟霜箱,以富士、嘎啦和乔纳金苹果为试验对象,设置过冷却模拟试验设5个温度梯度和4个持续时间共计20个试验处理,模拟研究了苹果花期霜冻敏感性指标。结果表明:苹果花苞期花瓣、盛花期花瓣和子房以及幼果期的幼果平均过冷却点在-3.51℃^-3.27℃,结冰点变化范围在-2.94℃^-2.65℃。苹果花期低温敏感范围在-2.5℃^-3.5℃之间,不同花器官、不同品种、不同低温持续时间和不同发育阶段之间有所差异,其中,在苹果花的花瓣、子房、雄蕊和雌蕊等不同花器官中,花瓣最不耐冻,子房和雌、雄蕊随温度降低变异较大;不同类型花耐受冻顺序为花苞>半开花>全开花;-2.5℃^-3.0℃温度处理下,致死率随持续时间增加明显,温度高于或低于这个范围,持续时间对致死率影响不大;3个苹果品种中,富士最不耐冻,其次是乔纳金和嘎啦。

云南春季低温标准的研究

在参考了国内许多文献针对各地农业提出的不同的低温冷害指标和经过大量的统计分析的基础上，根据实际业务需要提出了新的云南春季低温标准。并与旧标准中的“倒春寒”和晚霜冻指标进行了对比分析。

大型U型渠道渠基季节性冻融水分运移特性研究

本文论述了季节性冻融条件下大型U型混凝土衬砌渠道渠基水分运移机理。经过一个完整冻融循环季节的原型观测，获得了渠基不同部位0～40cm深度范围的水分冻结和运移变化特征，按时间序列对冻结期含水量变化进行了回归分析，采用水分运动基本方程并结合热流方程建立了冻融渠基水热耦合模型，利用差分法对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟计算。模拟计算值与实测值对比分析表明，模拟计算结果与试验结果基本吻合。

CMIP5耦合模式对青藏高原冻土变化的模拟和预估

利用第五次耦合模式比较计划(CMIP5)多个模式的模拟结果,对比再分析资料和青藏高原(下称高原)冻土图,评估了模式对当前(1986-2005年)高原冻土的模拟能力。在此基础上应用多模式集合平均结果,预估了未来不同典型浓度路径(RCPs)情景下高原地表层多年冻土的可能变化。结果表明:CMIP5耦合模式对高原冻土有一定的模拟能力,采用SFI地面冻结指数模型计算的当前地表层多年冻土分布与高原冻土图有较好的吻合,1986-2005年高原地表层平均多年冻土面积为127.5×10~4km^2;多模式集合预估结果显示,高原地表层多年冻土呈现区域性退化趋势,高原东部、南部及北部边缘地区冻土带退化较为明显,有从外围向西北部多年冻土区逐步退化的趋势,RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下未来50年地表层多年冻土面积分别减少约23.9×10~4km^2(20.8%)、33.5×10~4km^2(27.7%)、25.6×10~4km^2(21.1%)和43.5×10~4km^2(35.3%),到21世纪末期不同情景下多年冻土面积分别约为为91.4×10~4km^2、70.9×10~4km^2、72.8×10~4km^2和41.7×10~4km^2。

湖北省倒春寒发生程度评估模型

选取湖北省9个代表站历史倒春寒灾害序列资料,分析1951-2010年倒春寒过程中最大降温幅度、最低日平均气温、持续天数变化的特征,结合主成分分析法构建倒春寒评估模型,探讨湖北省倒春寒发生影响程度。结果表明:60a来,湖北3月倒春寒发生频次总体呈下降趋势,4月倒春寒频次以20世纪60、70年代最多,80、90年代明显下降,而2000-2010年又有所增加;倒春寒发生过程中,平均最大降温幅度的年代际间变化不大,但3月最大降温幅度大于4月;3、4月倒春寒过程最低日平均气温按年代比较显示,在2000-2010年有所降低,但不明显;1951-2010年,倒春寒持续天数平均为4.1d,呈不显著的下降趋势。运用评估模型对2010年4月12-15日的倒春寒过程评估表明,9个代表站中5站为中度倒春寒,4站为轻度倒春寒。

德令哈地区霜冻灾害气候指标的对比分析

初步探讨了德令哈地区遭受霜冻害时的低温天气出现与晚、早霜冻之间的相互关系及其规律,得出了较适合该地区主要大田作物气候特点的综合霜冻指标,为今后的霜冻预报服务工作提供理论依据。

不同核桃品种抗霜冻能力的评价

以‘绿岭’、‘辽宁1号’、‘香玲’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’6个核桃品种为试材,于2013年4月15日取样测定各品种叶片和子房的过冷却点、结冰点及电解质渗出率,计算低温半致死温度,4月20—21日调查各品种的霜冻害受冻指数。结果表明:‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’的霜冻害受冻指数分别为41.97%,52.65%,54.88%,67.58%,74.93%,98.67%,‘绿岭’受冻指数极显著低于其他品种。‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’叶片的过冷却点分别为-4.40,-4.27,-3.87,-3.73,-3.53,-3.23℃,结冰点分别为-3.83,-3.27,-3.10,-3.30,-2.47,-2.43℃;子房的过冷却点分别为-3.71,-3.68,-3.53,-3.24,-2.72,-2.31℃,结冰点分别为-3.12,-2.83,-2.61,-2.53,-1.87,-1.73℃;其中‘绿岭’、‘香玲’叶片、子房的过冷却点,子房结冰点均极显著低于其他品种,‘绿岭’叶片结冰点极显著低于其他品种。‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’叶片的低温半致死温度分别为-3.33,-2.96,-2.81,-2.63,-2.31,-2.25℃,其中‘绿岭’极显著低于其他品种;子房的低温半致死温度分别为-2.62,-2.58,-2.39,-2.05,-1.80,-1.07℃,‘绿岭’与‘香玲’无显著差异,但极显著低于其他品种。对各品种过冷却点、结冰点、电解质渗出率、低温半致死温度分析及田间抗霜冻结果均表明,6个品种的抗霜冻能力由高到低为‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’。