流体加热融雪系统运行对道路结构温度分布特性影响分析

为了明确流体加热道路融雪系统运行对道路结构短期/长期温度分布特性的影响,利用室外足尺试验系统对比分析了普通水泥混凝土路面结构与流体加热道路融雪系统道路结构在温度、温变速率及温度梯度分布特性等方面的差异,阐明了系统运行对道路结构短期/长期温度分布特性的影响规律。结果表明:融雪系统运行初期,快速上升的流体温度对管壁-路面材料界面存在强烈的温度冲击作用;随着系统持续运行,管壁-路面材料界面的温变速率逐渐减小并趋于稳定,且小于普通路面最大温变速率;同时,融雪系统的运行增大了路面结构内部的温度梯度,改变了路面结构一定深度范围内的热量传递方向。融雪系统道路结构年周期温度分布的观测结果表明:融雪系统的运行可在较短的时间内释放大量热能,降低了道路结构内部热量的散失,有效延缓了季节性冰冻地区冬季道路结构温度的降低及冻结深度的发展。

基于SAO-LightGBM算法的致密砂岩储层孔隙度预测方法

孔隙度是评价储层物性的关键参数,四川盆地中部NC地区钻井取心资料有限,储层孔隙度直接获取难度大,而基于常规测井资料的传统孔隙度预测方法误差大、精度低。为了明确NC地区致密砂岩气藏储层物性特征,以上三叠统须家河组四段储层为研究对象,提出了一种改进的机器学习算法SAO-LightGBM;使用该算法分析了孔隙度与地球物理测井参数之间的深层次潜在关系,指出了研究区储层孔隙度与声波时差、密度、中子孔隙度、地层电阻率和自然伽马具有较强的相关性,并基于以上测井参数建立了孔隙度预测模型。研究结果表明:①采用SAO优化算法独特的双重种群机制、高效的探索与利用策略,可以快速寻找到LightGBM的最优超参数组合,提升了模型的预测能力;②在测试数据集上,SAO-LightGBM的平均绝对误差为3.37%,决定系数为0.92。结论认为,较之于其他常规模型,SAO-LightGBM具有更为可靠的预测能力,能够高效完成目标层位孔隙度的预测工作,对NC地区的储层研究和后期勘探开发具有指导作用。

中国西北地区季节性积雪的性质与结构

中国内陆地区积雪分布十分广泛。根据西北地区大陆性气候条件下形成的“干寒型”积雪的特征 ,对中国天山和阿尔泰山山区的季节性积雪进行了观测与分析。结果表明 ,该区最大积雪深度达 15 2cm(1997) ,积雪层一般由新雪 (或表层凝结霜 )、细粒雪、中粒雪、粗粒雪、松散深霜、聚合深霜层和薄融冻冰层组成。与“湿暖型”积雪相比 ,“干寒型”积雪的性质具有密度小 (新雪的最小密度为 0 .0 4 g/cm3 )、含水率少 (隆冬期 <1% )、温度梯度大(最大可达 - 0 .5 2℃ /cm)、深霜发育层厚等特点 ,并且变质作用以热量交换和雪层压力变质作用为主。据中国科学院天山积雪与雪崩研究站 (43°2 0N ,84°2 9E ,海拔 1776m)的观测资料 ,中国内陆干旱区冬季积雪期雪面太阳辐射通量以负平衡为主 ,新雪雪面反射率达 96 % ,短波辐射在干寒型积雪中的穿透厚度达 2 8cm。春季积雪消融期 ,深霜层厚度可占整个积雪层厚度的 80 %。随着气温的升高 ,雪粒间的键链首先融化 ,使积雪变得松散 ,内聚力、抗压、抗拉和抗剪强度降低 ,积雪含水率也随之增大 ,整个积雪层趋于接近 0℃的等温现象 ,因此 ,春季天山。

积雪对玛曲局地微气象特征影响的观测研究

利用2011年12月至2012年3月中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站提供的玛曲站的观测资料,通过对比分析三次积雪过程及其前期无雪时的近地层气象要素特征,研究了积雪对大气温度层结特征的影响。观测结果表明:降雪前降温较快,由冷空气过境引发的降雪过程可使2.35 m高处日最高、最低气温24 h降低10℃,雪后气温回升较慢,平均速率为2.5℃·d^(-1)。温度梯度值白天为负值、夜晚为正值,7.17 m以下温度梯度绝对值较大,平均为0.4℃·m^(-1),7.17~18.15 m温度梯度绝对值较小,其值不足0.2℃·m^(-1),到18.15 m绝对值减小到0.05℃·m^(-1);当地表有积雪覆盖时,早上温度随高度减小的变化趋势出现时间比无雪覆盖时落后1 h,傍晚温度随高度增大的变化趋势较之提前1 h出现。积雪可减小白天气温分布范围,第二次积雪过程由于风速较大减小较明显。除晴天11:00—16:00 4.2~7.17 m,积雪存在将减小各层温度梯度绝对值;晴天11:00—16:00 4.2~7.17 m温度梯度绝对值比2.35~4.2 m偏大,当有积雪覆盖时偏大幅度明显增大,出现这种异常主要是受4.2 m偏暖的影响,这种偏暖现象可能是由观测场内外下垫面植被覆盖不同而引起的温度平流所致,当风速较大时,将破坏这种平流作用,不同高度温度趋于一致。

2012年冬春季高原积雪异常对亚洲夏季风的影响

利用罗格斯大学积雪遥感资料、NCEP/NCAR再分析格点资料和NOAA陆地降水分析数据PREC/L,从2011/2012年冬春季青藏高原积雪偏多现象与亚洲夏季风的观测事实与以往研究结果不一致出发,诊断分析了2011/2012年冬春积雪与亚洲夏季风的可能联系。结果表明:2012年春季和前期冬季,青藏高原主体上空对流层主要为气旋性环流距平且气温偏低,这与积雪偏多年的环流特征一致。尤其在90°E以西,自青藏高原到热带地区,前期冬春季对流层中部气温表现为北冷南暖的距平特征,有利于夏季自热带印度洋到高原温度梯度偏弱,造成南亚夏季风偏弱。但是在90°E以东的高原东部到东亚地区及其南侧的低纬度地区,对流层温度距平为北正南负型,温度梯度偏弱,有利于亚洲东南部大气环流冬夏季节转换偏早,南海夏季风爆发偏早,东亚夏季风偏强,这种环流特征受到高原以外的其他外强迫信息的影响。2011/2012年冬春季积雪偏多特征可能对南亚夏季风偏弱有重要贡献,而对东亚夏季风的影响不明显。

梯度淋洗法在雪冰样品有机酸测试分析中的应用

离子色谱法是分析有机酸的有效方法之一,而梯度淋洗可一次分离与固定相亲合力差异较大的多种有机酸和无机阴离子,改善离子的色谱峰形,提高分离度和选择性.雪冰是记录有机酸的良好载体,对雪冰中有机酸的研究可认识过去大气中相应化合物含量及其变化,从而恢复过去生态环境和气候变化.利用Dx-600离子色谱仪及外加水梯度洗脱程序对南极雪冰样品中的有机酸离子组分进行了测试和分析,初步探讨雪冰中有机酸离子特征及其对雪冰化学记录的影响.

中国天山西部季节性森林积雪雪层温度时空分布特征

利用2009年12月27日～2010年4月2日天山积雪站站区内开阔地和雪岭云杉(Picea schrenkiana)林下6次降雪过程后雪层内时间间隔10 min的温度数据,探讨雪层温度变化特征。结果表明,越接近地表雪层温度越高,且在雪层表面形成冷中心和(局部)暖中心;在积雪稳定期林下雪层温度高于开阔地,融雪期林下低于开阔地;林下雪层冷、暖中心出现时间晚于开阔地,其强度也小于开阔地。林下雪层温度振幅小于开阔地,林下温度振幅拐点以上雪层温度振幅随深度和时间的递减率小于开阔地,拐点以下无明显差异。初冬,林下和开阔地雪层均为较小的正温度梯度,随着气温急剧下降,温度梯度逐渐增大,且从雪表向雪底递减,林下雪层负温度梯度出现时间晚于开阔地。开阔地和林下积雪表层正温度梯度最大值分别达到0.95℃/cm和0.82℃/cm,负温度梯度大值分别达到-0.84℃/cm和-0.35℃/cm;但开阔地全雪层日平均温度梯度小于林下雪层。

山地高梯度森林生物质能效应研究(Ⅱ):案例

综合应用森林生物量及生产力计算﹑地理信息技术﹑生物地理统计等方法,对梅里雪山森林生物质能资源赋存量﹑资源总量以及与海拔、山地坡度和坡向等的关系作出定量计算,并对其相关性作分析,发现梅里雪山东坡森林生态系统潜在蕴藏生物质能资源具有明显的空间异质性和空间相关性:在海拔2 000～3 900 m,森林生物质能资源数量随着海拔的升高而逐渐增加,3 900 m以上急剧减少;生物质资源数量在坡度25°～35°期间最大,不同坡向上生物质资源数量差异明显,较为集中分布在东坡、东南坡和西北坡。相关分析表明,生物质能资源数量与地形因子海拔、坡度、坡向具有相关性,与海拔、坡向负相关,与坡度呈正相关,其皮尔森简单相关系数分别为-0.17,-0.86和0.30。在山体中部形成森林生物质能资源富集带,构成环形生态廊道,为山地生态系统和人居环境提供了优良环境条件。

青藏高原冬春季积雪影响南海季风爆发的机制

利用1958—1998年NCEP/NCAR再分析资料、1975—1998年OLR资料和1973—1998年青藏高原月平均积雪日数站点资料,分析了高原冬春季积雪影响南海季风爆发的可能机制。结果表明:多雪年,高原感热加热偏弱,高原地区以及东侧的中上层大气温度偏低,大尺度经向温度梯度逆转时间偏晚;同时高原地区Hadley环流季节转换时间偏晚,中南半岛上空维持下沉异常气流,导致孟加拉湾副高断裂偏晚,中南半岛地区对流爆发偏晚,中南半岛地表温度下降时间偏晚,中南半岛与南海局地纬向温度梯度逆转时间偏晚;上述大尺度经向温度梯度和中南半岛与南海局地纬向温度梯度的共同作用使得南海季风爆发偏晚。

DX-300离子色谱测定山地冰川雪冰中的有机酸与无机酸阴离子

利用AS4A SC分离柱 ,AG4A SC保护柱 ,ASRS Ⅱ抑制器 ,TAC 2阴离子富集柱和ATC 1阴离子捕集柱 ,以四硼酸钠 (Na2 B4O7)为淋洗液试剂 ,2 5mmol/LH2 SO4为化学抑制的再生液 ,采用梯度淋洗方式 ,对中国天山乌鲁木齐河源一号冰川雪冰中的生物有机酸和无机酸阴离子进行了测试分析。 2mL雪冰融水样品可在 16min内通过一次进样检测出氟离子、乙酸根离子、甲酸根离子、丙酮酸根离子、一氯乙酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、溴离子、硝酸根离子、磷酸根离子、硫酸根离子和草酸根离子共 10多种有机酸和无机酸阴离子。绝大多数阴离子的测试结果相对标准偏差小于 5 %。

高寒草甸土壤微生物功能多样性对积雪变化的响应

积雪是高寒地区不可忽视的生态因子,不仅直接影响土壤温度、水分,而且间接影响土壤微生物群落组成和多样性。为研究高寒草甸生态系统中土壤微生物对积雪变化的响应,于2013年11月至2014年7月在青藏高原东缘红原县高寒草甸,通过人工堆积的方法建立4个不同积雪梯度,以自然积雪量为对照(CK),2倍于自然积雪量(S1)、3倍于自然积雪量(S2)、4倍于自然积雪量(S3)。运用Biolog-Eco板法研究不同积雪梯度下土壤微生物功能多样性,并测定积雪变化对土壤温度和土壤养分的影响。结果表明:积雪期内,0～10 cm土层土壤温度随着积雪量的增加而降低,而10～20 cm土层随积雪量增加先降低后升高。增加积雪量处理后0～10 cm土层全磷(TP)、有机碳(SOC)显著增加(P<0. 05);而10～20 cm土层仅S3下全氮(TN)、TP、SOC增加。每孔平均变化率值(Average w ell color development,AWCD)在0～10 cm土层表现为CK> S2> S1> S3,而10～20 cm表现为S2> S1> CK> S3。在0～10 cm土层,S3处理显著降低了土壤微生物多样性M c Intosh指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数(P <0. 05); 10～20 cm土层,S1和S2处理下多样性指数显著增加(P <0. 05)。主成分分析显示:氨基酸类和酚酸类是微生物利用的主要碳源类型。相关性分析表明:多样性指数与TP、SOC、碳氮比(C/N)显著负相关(P <0. 05),氨基酸类碳源与TP、C/N显著负相关(P <0. 05)。因此,冬季积雪一定程度上影响着土壤温度和土壤养分,进而影响高寒草甸土壤微生物群落功能多样性。

上坡融雪径流对下坡融雪影响的模拟试验

东北低山丘陵区土地利用复杂,常有上坡积雪优先融化产流现象,不同产流模式融雪侵蚀过程不同。为深入了解上坡积雪优先融化条件下坡面融雪产流过程,采用室内模拟融雪试验,研究解冻期上坡融雪径流、坡度、坡长及积雪密度对坡面融雪产流过程的影响。结果表明:1)影响积雪融化速率的主要因素为上坡融雪径流,上坡融雪径流量为0.1 L/s时,融雪速率为591 g/min,上坡融雪径流量增加至0.5 L/s时,融雪速率提高到1121 g/min,融雪速率加快近2倍;2)坡度与积雪融化速率呈正相关关系,坡度为2°时,融雪速率为766 g/min,坡度提高至14°时,融雪速率增大到1002 g/min;3)融雪速率随坡长增加整体呈上升趋势;4)积雪密度变化与积雪融化速率之间线型关系不明显。研究结果可为融雪侵蚀预报模型研究提供参考。

大兴安岭北部白桦次生林林内积雪及浅层土壤温度分布特征

以大兴安岭北部白桦次生林林内积雪为研究对象,通过野外定位观测,分析了积雪及浅层土壤温度分布特征。结果表明：1）积雪内部温度差异随着积雪厚度的增加而逐渐增大,积雪厚度在11.36～14.00 cm,气温为-13.10℃时,雪底与雪表温差为6.89℃,而积雪厚度增到27.50～30.00 cm,气温降到-30.20℃时,雪底与雪表温差高达18.87℃,在气温骤降17.10℃过程中,雪表温度相差17.31℃,而雪底温度仅相差5.34℃,这说明一定厚度的积雪具有缓冲冷空气和保持雪底温度的作用,且积雪越厚其保温性越强。2）积雪上层和下层的温度梯度差异随着积雪厚度的增加而增大,当积雪厚度在13.25 cm时,积雪上层和下层的温度梯度相差0.17℃/cm,而当积雪厚度在29.80 cm时,温度梯度相差达0.65℃/cm,说明冷空气穿透上层积雪后对下层积雪的降温作用变缓。3）积雪的覆盖延缓了冷空气向下层土壤的传导,积雪深度11.36～14.00 cm时,气温降低6℃,浅层土壤温度降低2.59℃,而当积雪深度在26.00～34.80 cm时,气温降低8℃,而浅层土壤温度仅降低2.63℃。4）积雪层越厚滞缓冷空气对土壤侵袭效应越明显,12.46 cm积雪覆盖条件下,0～10 cm土层温度梯度为0.26℃/cm,20～30 cm土层是0.13℃/cm,积雪厚度达到30.22 cm时,0～10 cm土层温度梯度为0.31℃/cm,而20～30 cm土层仅为0.12℃/cm。

基于温度剖面特性的2016年南极普里兹湾海冰厚度变化分析

2016年4月至11月在南极中山站普里兹湾布设了A1、A2、A3 3套冰雪情检测传感器。传感器每隔1 h采集一次数据,实时获取了被测点空气、积雪、海冰和海水的剖面温度数据。通过对不同介质剖面温度的分析,系统可以有效反映出海冰、积雪在气温影响下的温度变化差异,即空气、积雪、海冰和海水的热传导特性差异。通过寻找合理的温度阈值,编写MATLAB程序分别对积雪、海冰上下界面位置进行了自动判断,从而得到整个观测期间海冰厚度和积雪深度的变化过程。并与人工观测进行比较,结果表明:从传感器安装时间开始,海冰持续增长,10月开始海冰增长速度放慢,直至10月末达到最大海冰厚度170 cm左右。A1、A2、A3传感器采集的冰厚值与人工观测值之间平均误差分别为5.1 cm(A1)、3.4 cm(A2)、3.6 cm(A3);积雪深度的平均误差分别为3.2 cm(A1)、3.5 cm(A2)、2.7 cm(A3),传感器测得的积雪、海冰厚度结果可以较好的反映出被测地点冰雪情的演变过程,是一种可以应用于条件恶劣地区的冰雪环境有效检测手段。

云南轿子雪山种子植物多样性分布格局

为探讨轿子雪山区域种子植物海拔梯度的分布格局,采用物种丰富度Shannon指数来解析植物alpha多样性,Bray-curtis指数来解析植物beta多样性,采用距离矩阵多重回归方法和方差分解方法,阐述该范围内种子植物alpha多样性和beta多样性与环境因子(年平均降雨量、年平均温度、坡向、坡度、岩石和土壤)之间的关系。结果表明:①本区种子植物属和种的丰富度整体上随着海拔的升高呈现先增加后减小的单峰趋势,最大值出现在海拔3000 m左右,并且在3500 m和3900 m有2个小峰;②alpha多样性与土壤类型、岩石类型、年平均温度和年平均降雨量有显著的线性关系;其坡度、土壤与坡向的组合解释了轿子雪山种子植物alpha多样性85%的变异;③所有的环境因子与beta多样性之间都具有极显著的线性关系,岩石类型、年平均降雨量和年平均温度这3个因子尤为显著。其中,年均降水差异与岩石类型差异解释了轿子雪山种子植物beta多样性90%的变异。本研究得出轿子雪山的种子植物多样性主要是在气候、土壤和地形三重影响下形成的,因此环境因子作用过程对本区域群落的构成具有决定性的影响。

积雪冰冻地区城市快速路纵坡坡度分析研究

设计速度是满足道路建设预期的重要指标,所有设计参数都应与之相适应,以便取得均衡的设计,纵坡坡度是道路纵断面设计的关键参数之一。本文根据车辆行驶理论,结合通行的主要车型和冰雪条件下大连市城市快速路特征路况,建立车辆最大爬坡能力模型,计算不同档位条件下的小客车和大客车代表车型的最大爬坡度。这可以为类似区域市政道路纵坡设计提供一定参考依据。

梅里雪山地区气温和降水的时空分异及海拔效应

梅里雪山地区是中国地形起伏最大的地区之一,其气候环境复杂多变、空间分异特征显著,对区域气温和降水的系统分析有助于揭示区域内冰川变化的原因和水文循环过程。站点观测的缺乏和再分析资料的低空间分辨率是精细刻画该地区气象条件的主要制约因素。研究中首先基于有限站点观测,采用尺度因子法和月尺度的回归校正对ERA5-Land产品进行校准;然后,考虑气温和降水的海拔效应,采用Anusplin插值的方式对校准后的结果进行统计降尺度。最终获得了梅里雪山地区近30年(1990—2020年)1 km空间分辨率的气温、降水数据,并以此分析了这一地区降水、气温的时空异质性及其在不同海拔梯度上的表现特征。结果表明,区域气温以0.15℃/(10 a)的速率呈显著上升趋势,且各季节升温的幅度及分布范围各异;降水则以-41.19 mm/(10 a)的速率呈显著下降趋势,整个区域呈“变暖变干”的倾向。区域增温具有明显的海拔依赖性,海拔低于4000 m和>5000 m时,增温不随海拔变化而变化,当海拔处于4000~5000 m时,增温幅度随海拔升高而增加。区域降水也具有显著的海拔梯度效应,当海拔<5000 m时,西坡降水随海拔的升高而减少,当超过该海拔后降水随海拔升高而增加;东坡降水始终随海拔升高而增加。梅里雪山气候变化的时空分异特征是大气环流背景和复杂地理环境共同作用的结果。区域持续的变暖及降水的减少可能会进一步加重该区冰川水资源的流失。

玉龙雪山东坡气温和降水梯度年内变化特征

依据玉龙雪山东坡4个不同海拔高度处自动气象站观测的2008年10月至2009年9月的气温和降水资料,系统分析了该区气温和降水梯度的年内变化特征.结果表明,同一海拔区间温度梯度月变化存在显著差异,海拔2400～3046m之间温度梯度绝对值的最大值和最小值分别出现在4月(1.01℃/100m)和12月(0.39℃/100m),两者相差0.62℃/100m;海拔3046～4300m之间温度梯度绝对值的最大最小值分别出现在4月(0.60℃/100m)和1月(0.32℃/100m),两者相差0.28℃/100m;在4300～4800m之间,月温度梯度绝对值最大值和最小值分别为2月(0.80℃/100m)和8月(0.46℃/100m),两者相差0.32℃/100m.另外,玉龙雪山东坡海拔2400、3046、4300和4800m处的2009年5月到10月的降水总量依次为788.40、1884.30、735.30和1680.70mm;该区雨季降水量(5-10月)随海拔变化存在两个峰值带,第一大降水带在海拔2800～3200m左右,养育了森林植被,第二大降水带在海拔4800～5000m左右,养育了冰川.同时,月降水梯度随海拔升高呈现出"正-负-正"的变化形式.

滇西北白马雪山西坡长苞冷杉林群落特征的研究

研究了白马雪山西坡长苞冷杉林的群落组成、结构以及不同海拔梯度上的种群结构、分布格局和苗木更新的变化规律。白马雪山西坡的长苞冷杉林为杜鹃—长苞冷杉林 ,分布于海拔 3 5 0 0～ 42 0 0m的范围内 ,林分结构简单 ,多为单层纯林 ,郁闭度 0 .5～ 0 .7,长苞冷杉的平均密度为 42 5株 /hm2 。该区长苞冷杉高度通常小于 8m ,海拔从高到低平均胸径变化规律为 19.4cm→ 10 .4cm→ 11.2cm。长苞冷杉种群在不同海拔梯度上都呈随机分布格局。更新苗木在海拔 3 80 0m左右的平均密度最大为 1930 0株 /hm2 ,随着海拔升高或降低 ,密度都随之而减小。目前更新苗木低矮 ,平均高度通常只有 10cm左右 ,能否成功更新难以预料 ,因此必须进一步加强对该区天然林的保护。

白马雪山国家级自然保护区小型兽类的组成与分布

目的调查了解白马雪山国家级自然保护区小型兽类的群落分布格局特征,为当地人类相关自然疫源性疾病的宿主动物防控研究及生物多样性保护提供基础资料。方法以白马雪山国家级自然保护区海拔2 000~4 500 m的山地耕地、林区和高山灌丛草甸3种生态环境为调查的空间范围,分别采用夹夜法、圈套法、挖洞等方法在不同海拔梯度带相应生境中捕获小型兽类,分类计数分析。结果共捕获小型兽类1 279只,隶属于4目7科21属32种。其中啮齿目种类最多,为3科12属19种,共1 139只,占捕获总数的89.05%;兔形目1属2种;食虫目2科7属10种;攀鼩目1属1种。中华姬鼠、西南绒鼠、大耳姬鼠和齐氏姬鼠是白马雪山国家级自然保护区小型兽类群落的主要优势种。结论白马雪山国家级自然保护区不同小型兽类对不同生态环境及海拔梯度带的适应性不同,其种类、数量构成及分布因生境和海拔的不同而存在差异,其中优势种的分布范围相对较广,适应能力较强;存在多种自然疫源性疾病的宿主动物。