冬小麦叶水势-蒸腾速率关系的滞后效应

植物叶水势和蒸腾速率是判断和预测植物水分亏缺的2个常用生理指标.在稳态水流条件下,对其关系的研究人们已做过大量的工作,普遍接受的结论有二:一为线性关系,即系统内的水流阻力为一常数;二为非线性关系,即系统内的水流通量较小时,有较高的水流阻力,而当水流通量逐渐增大时,水流阻力趋于定值.然而,系统内的水流通量除受控于势梯度和水流阻力外,还受系统内的水容影响,是瞬态流而非稳态流.因此,在瞬态水流条件下研究植物叶水势与蒸腾速率的关系就更具有实用价值.为此,本文以冬小麦田间试验和生长箱内的模型试验为基础探讨了这一关系.结果发现在一定的有效土壤水势范围内,叶水势与蒸腾速率间存在滞后效应,并借助于非线性网络模型,对其形成的原因进行了分析.     

高含沙宾汉流体矩形断面明渠阻力试验

1979年以来作者在室内矩形断面粗糙水槽中进行了浑水阻力试验,取得了一定数量的资料。通过试验证明了宾汉体高含沙明渠水流阻力规律与牛顿体的阻力规律是相似的。现将本试验的试验系统、试验方法、成果分析简述如下。     

准稳态磁层晨-昏不对称性的模拟研究

基于一个新的全球三维磁层模型, 系统地研究了地球磁层在准稳态情况下的近磁尾晨、昏侧磁鞘区位形及粒子密度、粒子尾向通量密度等的不对称性问题. 结果表明, 磁鞘厚度的晨-昏不对称性是行星际磁场螺旋线位形所造成的固有现象, 是晨-昏侧不同的激波条件产生的结果, 而晨-昏侧粒子密度与粒子通量密度的不对称性主要是晨-昏侧磁鞘厚度的不同所致, 受磁层顶磁重联的影响不显著. 还研究了日下点磁层顶等离子体“减压层”(PDL)对磁层晨-昏不对称性的影响, 认为其可使昏侧粒子总通量略高于晨侧.     

在裂变径迹测定年代中准确测定中子通量

一、引言 裂变径迹技术测定年代必须使用准确的中子积分通量和~(235)U的中子有效裂变截面,通常是采用Au和Co活化监示器或用铀标准剂量玻璃的B值(φ=B_(ρd),φ为照射的中子积分通量,ρd为中子照射后铀标准剂量玻璃的诱发裂变径迹密度)测定中子通量,一般这些方法测定的中子积分通量不能代表与~(235)U反应的实际通量,有时测定值和实际值之间的差别是不     

基于不可逆热力学的膜换湿过程研究

利用非平衡热力学理论研究了膜换湿过程的热质耦合现象, 建立了相应的物理数学模型, 求得了非平衡热力学模型中各特征参数的具体表达式, 分析了各特征参数与膜两侧温度和浓度的依变关系, 为传质通量和传热通量的分析计算奠定了基础. 探讨了膜两侧温差、浓度差以及膜平均温度对透膜通量及热流束的影响情况, 结果表明: 当膜平均温度相同时, 膜两侧浓度差越大或温差越小对应的透膜传质通量就越大; 当膜两侧的浓度差和温差相同且浓度差产生的质量流占主导地位时, 膜平均温度越高, 对应的透膜传质量也越大; 透膜质量流引起的吸附热占总热流的比值与膜两侧的温差、浓度差以及膜基准温度有关, 且膜两侧温差越小, 吸附热占总热流的比重就越大.     

黑河流域高分辨率区域气候模式建立及其对降水模拟验证

以中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式为基础,采用黑河流域观测和遥感数据对模式中地形高度、植被类型、饱和土壤水势、饱和土壤导水率、田间持水量和萎点含水量、土壤孔隙度和土壤水势参数b等重要参数进行重新率定,进行模式本地化,建立适合黑河流域高分辨率区域气候模式,并且利用该模式对黑河流域进行了2000年连续积分模拟,重点考察了区域气候模式在水平分辨率为3 km条件下对黑河流域降水模拟能力.结果表明:模式能够较好地模拟出黑河流域降水的年、季节空间分布特征和不同区域降水年变化.对于不同区域来说,上游地区模式模拟降水较观测偏多,中游和下游地区较观测偏少,降水偏差在?39.9%~9.06%之间,与IPCC 2001报告中在区域尺度105~106 km2上降水偏差为±50%较为一致;模式模拟黑河流域上游、中游和下游地区平均降水与观测之间对应的相关系数分别为0.8123,0.5064和0.7033,都通过99%置信度检验.其中黑河流域上游地区模拟最好,相关系数达到0.8123;该研究表明采用黑河流域高分辨率区域气候模式进行动力降尺度后,弥补了黑河流域观测站点少的缺陷,为水文模型评估与实现对流域水资源精细化管理和决策支持提供科学数据.     

温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理

土体冻结后,由于土颗粒表面能的作用,土中始终存在部分未冻结的薄膜水,在温度梯度诱导下,薄膜水会从温度高处向温度低处迁移,并在土中分凝成冰,引起冻胀.这早已成为冻土学界的共识,关键在于如何定量.分凝冻胀量可按下式计算:式中Hv为冻胀量,q为水分迁移通量(迁移量),K为导湿系数(迁移系数),d(?)/dx为土水势梯度(迁移驱动力)因此,温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理可归纳为水分迁移驱动力、迁移系数和迁移量的研究.问题在于K和d(?)/dx是土质、温度或温度梯度的函数.目前尚无测定冻土导湿系数和冻土中未冻水势能的被普遍接受的方法、为解决此问题,我们提出下列方法:未冻状态下,土体的导湿系数和土水势均可通过试验实测,且具有下列关系:     

温带荒漠区不同灌溉条件下的胡杨、俄罗斯杨水势变化分析

测定植物水势被认为是现代灌水制度中确定何时灌水的直接途径. 以中亚准噶尔盆地两种防护林物种——胡杨和俄罗斯杨为研究对象, 探讨不同灌溉条件下胡杨和俄罗斯杨的叶、茎水势(ψ_?和ψ_s)变化以及土壤水势(ψ_soil)变化对胡杨和俄罗斯杨水势(ψ)的影响. 研究结果表明: (1) 随着灌溉量的增加, 胡杨和俄罗斯杨受旱胁迫的强度逐渐减弱, 相同灌溉量下俄罗斯杨受旱胁迫的强度比胡杨弱. (2) 环境越干旱, 俄罗斯杨对干旱反映的敏感程度越弱, 胡杨则越强, 反之亦然. (3) 胡杨群落地下60 cm处土壤水势比地下30和90 cm处土壤水势对灌溉量的变化响应强烈, 俄罗斯杨群落较浅层土壤水势比较深层土壤水势对灌溉量的变化响应强烈. (4) 在土壤水分较充足的情况下, 植物黎明前茎水势可作为反映土壤水势的合理指标. (5) 对胡杨和俄罗斯杨防护林分别实施多量少灌和少灌多次的策略, 能满足胡杨和俄罗斯杨对水分的需求.     

一个修正的海气通量距平耦合方案

通过分析海气耦合模式“气候漂移”的原因,提出了一个修正的通量距平耦合方案,它可以保证通过海气界面的热通量长期平均值接近于零。应用这个耦合方案,可以成功地把一个２０层海洋环流模式和９层大气环流模式耦合起来,并完成了一个４０ａ的长期积分,积分结果表明,模式没有出现明显的气候漂移。     

三参数冰相云微物理方案的构建及在单柱大气模式中的应用

云微物理的参数化对天气及气候的准确模拟至关重要,其中云粒子谱分布特征通过改变云演化发展和云辐射效应,必然进一步影响气候模拟.目前广泛使用的双参数云微物理方案,无法预报云粒子谱分布的谱形参数,阻碍了气候模式对云物理过程的准确描述.鉴于此,本文在单柱大气模式SCAM5.3(Single Column Atmosphere Model,Version 5.3)中增加雷达反射率因子的预报方程,构建了三参数冰相云微物理方案,实现了冰晶粒子谱分布谱形参数的预报.利用该模式,模拟了大气辐射观测计划在1997年夏季实施的为期29 d的观测个例(ARM97),分析了双、三参数方案对云量和辐射的模拟差异.结果表明:首先,三参数方案预报的冰晶粒子谱的谱形参数主要集中在0～4,峰值在2左右,至少有85%的μ都大于默认的0.其次,与双参数方案相比,三参数方案对云量的模拟更接近观测;利用辐射通量密度的观测值进行评估,发现无论是短波还是长波辐射通量密度,三参数方案的误差都比双参数方案小.最后,揭示了三参数方案对云量和辐射模拟效果的改进机理:主要是因为三参数方案减弱了冰晶到雪的自动转化过程,增强了冰晶凝华增长过程,从...     

基于粗差拟准检定的实时滤波

基于卡尔曼滤波框架的实时滤波算法对测量粗差敏感,需要开发合适的粗差检择算法.将拟准观测思想与卡尔曼滤波框架相结合,提出了拟准检定滤波算法,并详细讨论了算法的扩展性和执行步骤.建立了卡尔曼滤波的可靠性矩阵,据此分析了算法的可靠性.试验数据计算结果得到了与理论分析一致的结论.拟准滤波将新息作为拟准算法的观测初选准则,将拟准算法的复选观测作为滤波器测量,简化了粗差检择过程,且适当改造后,可以涵盖常用的新息算法、抗差估计和原始拟准检定算法.测量信息的选择性利用,使得拟准滤波比新息算法和抗差估计有更高的检择精度和抗粗差转移能力.状态预测模型的利用,使得拟准滤波比原始拟准检定法所需拟准观测数量更少,更加适合观测结构复杂或观测数量较少的系统.这里的检择算法和可靠性分析方法可以用于指导实际系统的滤波器设计.     

描述密度波特征的新方法

密度波通常以形如螺线状、棒状和环状的高密度区域出现在星系之中,而处于这些特定区域内、外的绕轨星体和气体流,极象陷入了交通阻塞之中的车辆。自20世纪60年代以来星系中的密度波一直是天文学家和数学家们研究的活跃领域。位于星系盘不同区域的密度波常常表现为错综复杂的模式片段的嵌套(如棒中嵌入棒,或螺线中嵌入棒等),每个片段严格地以固定的模式速度旋转。新方法用近红外光作为大密度示踪物,可以通过计算由不同嵌套密度波模式所产生的重力位场,来确定它们的模式速度。与此同时,Zhang和Buta还进一步证实了他们早先提出的名为“长期动…     

非光滑表面的仿生降阻研究

近年来的仿生研究发现土壤动物减粘降阻的机理之一是其具有各种非光滑触土体表.对非光滑表面的仿生应用所进行的一系列试验研究表明,非光滑表面能在一定程度上降低推土板的推土阻力,其效果受非光滑几何单元的几何尺寸、排布方式及数量密度的影响,若组合不当反而会增加推土阻力.迄今为止,对非光滑表面的试验研究均是按规则排布方式,本文以典型土壤动物——蜣螂的触土体表为仿生对象,研究具有仿生非光滑表面推土板的推土阻力及其随试验因素的变化规律.     

一次γ辐射通量密度的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法,模拟计算了不同情况下点源、均匀线源以及均匀圆盘源的一次γ辐射通量密度,并与解析方法计算结果进行分析、比较,在误差范围内,两者很好的符合。说明蒙特卡罗方法是解决γ射线屏蔽问题的一种方便、可靠的方法。     

从FY-3B极轨气象卫星VIRR 仪器通道5 遥测数据计算射出长波辐射

基于红外辐射传输方程, 模拟了代表全球各种天气状况3812 条大气廓线的大气顶射出长波辐射通量密度(OLR), 以及FY-3B VIRR 通道5 辐射率, 通过统计回归分析, 建立了通道5亮温与通量等效亮度温度的统计回归关系式. 将回归模式应用于FY-3B VIRR仪器的L1级数据,处理出了卫星观测时刻的OLR格点场产品, 产品的精度经由与观测时间相近的NOAA-18 卫星同类产品对比得出, 对于全球日平均产品, 两者的系统均方根误差RMSE=10~13 W/m²,相关系数R = 0.97~0.98, 误差的主要原因是对同一地理位置两星的观测时间不尽相同. 文中给出了处理出的OLR产品实例, 以及产品的应用范围和初步应用个例     

楚科奇海融冰期热收支的数值模拟

楚科奇海海冰剧烈变化对极地生态系统及碳循环过程具有重要影响.基于1/4°(经纬度)水平分辨率的北大西洋-北冰洋-北太平洋海洋-海冰耦合模式(简称NAPA1/4)在1994～2015年的模拟结果,本文估算了楚科奇海融冰期的热收支,并揭示了海(冰)面净热通量和太平洋入流热通量在楚科奇海融冰过程中的相对贡献.结果表明:楚科奇海融冰期间的海冰体积变化主要由热力过程调控的海冰融化导致,且冰底融化占优.在海冰快速融化的6～8月,海冰表、底融化速率的相对强度受海冰密集度影响存在空间差异,在密集度大于80%的海区,冰表融化占优,反之冰底融化速率远高于冰表.冰面净热通量是冰表融化的热驱动,平均约60%的冰面净热通量用于冰表融化.冰底融化消耗的热量则主要来自海面净热通量以及太平洋入流所携带的热量;融化初期和盛期,海面净热通量贡献占优;后期和末期则主要受太平洋入流热通量的影响,且该影响可持续作用至结冰早期,抑制冰底冻结速率.在整个融冰期,进入研究区域水体的总热输入中,约67%由太平洋入流贡献.总热输入中约58%的热量用于海水增温,冰底融化吸收的热量约占28%,向下游海区输运的热量仅占14%.年际变化的相关性分析表明,相对于融冰期海面净热通量,太平洋入流热通量对楚科奇海海冰面积年际变化的影响更为显著.     

有限容积法离散方程截断误差本质及其来源

本文从有限容积法的原理出发,指出有限容积法离散方程截断误差的本质为离散表达式与守恒型积分方程的近似程度.基于该思想,推导了有限容积法离散方程截断误差表达式,该表达式与有限差分法截差表达式有显著的不同;并指出有限容积法中涉及的截断误差主要包含3个层次,分别为由界面上值的近似、界面通量的近似和离散方程的近似带来的截断误差.有限容积法界面通量截断误差包含法向和切向两部分,有限差分法不存在界面未知值近似和切向截断误差,因而即使对于常物性二维/三维问题,两者截差表达式也不相同.与有限差分法相比,有限容积法误差来源较多,单纯提高待求变量的离散精度并不能有效地提高离散方程的整体精度.此外,通过理论推导和数值试验证明了对于规则区域正交非均分网格,计算区域采用内节点法离散的计算精度总体上优于外节点法.     

一个1/10°涡分辨准全球海洋环流模式及其初步分析

在中国科学院大气物理研究所气候系统海洋环流模式最新版本(LICOM2.0)基础上,将模式水平分辨率提高到均匀的1/10°,垂直分辨率增加到55层,建立了一个不含北冰洋区域的准全球涡分辨(eddy-resolving)海洋环流模式.利用再分析和观测的海表强迫将该模式积分了20年,其中最后8年使用2000~2007年QuikSCAT卫星反演的风应力和再分析热通量强迫.本文利用最后8年模式输出结果,初步评估了该模式对海洋环流的基本模拟能力.相对于低分辨率的海洋环流模式,发现涡分辨率海洋模式不仅可以更好地模拟海洋中尺度涡旋的时间和空间特征,而且还能较好地模拟出西边界流的路径和位置,特别是能够重现黑潮大弯曲现象及其年际变化.另一方面,当模式的水平和垂直分辨率提高之后,模式也能够更好地模拟赤道太平洋环流和中国近海环流的复杂结构.     

一种检测粗差的新方法——拟准检定法

提出一种不同于以往的研究思路和方法，从观测值的真误差入手，借鉴周江文拟稳平差思想，通过附加“拟准观测的真误差范数极小”的条件，求解关于真左的秩亏方程组，提出了并推导出粗差的拟准检定法。     

不同降水强度4种草地群落土壤呼吸通量变化特征

利用静态暗箱法, 对内蒙古锡林河流域沿降水梯度4种半干旱草地类型进行了连续2年的野外定位试验, 对比研究了沿降水梯度4种不同草地类型土壤呼吸通量的变化特征, 统计分析了水热因子对草地土壤呼吸通量特征的可能影响, 并建立了土壤呼吸通量与水热因子间的数值关系模式, 同时利用野外连续完整的观测数据对不同草地类型土壤CO₂年排放量分别进行了估算. 结果表明: 土壤呼吸通量存在明显的季节变化规律, 沿降水梯度各草地类型土壤呼吸通量的季节变化型式基本相同, 各草地群落土壤呼吸均以春末和夏季较高, 秋冬季排放量较低, 不同草地类型冬季均观测到土壤呼吸的负通量, 对其机制的进一步研究有利于对土壤年呼吸总量的准确估算; 沿降水梯度4种草地类型土壤年(或生长季)呼吸量均沿降水梯度递减, 表现为贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原; 不同草地类型土壤呼吸通量在植物生长季与0~10 cm以及10~20 cm土壤含水量均呈不同程度的正相关, 而与气温和表层土壤温度的相关性较弱, 4种草地类型生长季内土壤表层含水量的变化通常能解释土壤呼吸通量变异的70.2%~94.7%, 而在植物非生长季, 土壤呼吸通量更多地受气温及土壤表层地温的限制, 温度条件的变化能解释土壤呼吸通量变化的70%以上.