平坦沙地的空气动力学粗糙度变化及其物理意义

利用风温廓线法测定了不同大气稳定度下的空气动力学粗糙度，以跃移传感器（saltiphone）记录的瞬时最小跃移通量观测瞬时起动摩阻风速.观测数据表明：空气动力学粗糙度随着大气稳定度变化而呈现明显的变化，近中性层结下其平均值在（1.2—4.5）×10^-5m之间，不稳定层结的平均值在(0.5—1.1）×10^-4m之间，稳定层结的平均值在3×10^-6—2×10^-5m之间，不稳定层结空气动力学粗糙度高，稳定层结的低，近中性层结介于两者之间；3种大气稳定度下跃移过程的平均空气动力学粗糙度高于无跃移过程，近中性层结无跃移过程的平均空气动力学粗糙度在1—3×10^-5m之间；野外测定的每日平均起动摩阻风速在0.19—0.26m·s^-1之间变化.观测与模拟结果表明近中性层结地表无跃移过程下测定的空气动力学粗糙度对起动摩阻风速是有效的，而非中性层结下测定的空气动力学粗糙度对起动摩阻风速对起动摩阻风速的作用不显著，这能够从物理机制上得到说明.大气稳定度虽然对起动摩阻风速影响不大，但是否影响到风蚀强度还需要进一步的研究.     

下地面对冰雹的影响机理

分析了冰雹形成的局地稳定度和不稳定能量的变化，地面与大气之间的能量交换，讨论了下地面的性质－－土壤、植被、地貌结构对冰雹的影响机理。     

绿洲区域气候效应的数值模拟

在改进的土壤植被大气模式（MSPAS）的基础上,引入一个有效的大气辐射传输方案,建立了一个能在物理上真实地描述陆气相互作用及其反馈机制的二维模式（MLAIM）。利用HEIFE实验的观测资料,对改进了土壤水分传输、近地面层湍流输送以及植被物理过程参数化方案后的MLAIM进行了检验。结果表明,MLAIM能够合理地模拟陆气相互作用中的各种物理过程,能够有效地模拟绿洲与沙漠的地表能量收支情况。因此利用MLAIM对绿洲的气候效应进行了研究,分析了绿洲“冷岛效应”与“湿岛效应”的形成机理,并且着重研究了绿洲对其周围沙漠的影响。结果表明,绿洲对沙漠的水汽输送是影响沙漠地表能量收支以及绿洲周边区域气候的最重要的因子。     

复杂地形上大气扩散规律的比较研究

利用三次在不同地形条件下由Ｇｉｌｌ型双向风标风速仪测得的资料，对复杂地形下大气扩散规律进行了比较研究。研究表明，在此类地形条件下的大气扩散参数对地形与稳定度比较敏感，地形越复杂，大气越不稳定，则扩散参数曲线与Ｐ－Ｇ曲线相差就越大；现有的σψ稳定度分类法，受地形影响很大；复杂地形很难出现极端稳定或不稳定层结，但在特殊地形下形成的特殊气象条件会使大气产生特殊的稳定层结，而不利于扩散。     

绿洲-荒漠过渡带陆面温度与地表能量关系分析

 以实测气象资料为基础,通过波文比能量平衡法对芨芨草地地表能量进行计算,深入探讨了不同天气条件下陆面温度变化规律及其与地表能量的关系特征,建立了适合新疆准噶尔盆地东南部绿洲 荒漠过渡带的陆面温度预测模型。结果表明：① 受不同天气地表能量特征差异的影响,晴天表层土壤（5 cm、10 cm、15 cm）温度变化呈“S”型曲线,雨天与晴天相似,只是振幅减小,而阴天呈直线下降特征。其中,晴天表层土温峰值出现时间由地表向下呈现每5 cm 2.5 h的滞后性。不论何种天气,40 cm及其以下深层土温几乎没有日变化。② 各地表能量分量与表层土壤温度均表现出相关系数值随土壤深度的增加而不断减小,至20 cm负相关性达到最大。③ 各能量分量对土壤温度的影响程度表现为：土壤热通量（G）最大,其次为净辐射（Rn）和感热（H）,潜热（LE）最小。④ 除H外,不同天气条件下各能量分量与土壤温度相关性均表现为晴天>平均>阴天>雨天,土温对能量变化的反应强度（回归系数）也大体表现出相同的规律。⑤ 经过检验的陆面温度预测模型表明：湿热性能量因子（LE）对干旱区绿洲 荒漠过渡带陆面温度的影响微弱。     

植被对近地面层水热交换影响的参数化模型

提出了一个研究植被对地表面与大气之间水热交换影响的参数化模型。该参数化模型考虑了到达植被冠层的总辐射、大气长波辐射,建立了冠层内的热量收支平衡方程。应用本参数化模型,研究了不同植被类型的覆盖度、土壤湿度、下垫面的土壤温度、叶温、近地面层气温及地表与大气之间热量和水分的交换,并与相应的实际观测资料进行了比较。结果表明,模型模拟的不同植被的温度、湿度状况,辐射特征和能量平衡关系是合理的。因此,该参数化模型可应用于中尺度气象模型、气候模型和环境生态学的研究。     

不同温度层结下建筑物周围流场的数值模拟研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟不同温度层结下立方体建筑物对流场结构的影响,应用莫宁-奥拨霍夫长度描述不同温度层结下大气的运动。结果表明,数值模拟能较好地模拟受建筑物影响时气流的位移区长度、尾流区范围、空腔区高度,稳定层结下建筑物两侧与顶部分离区域相对较小,建筑物对水平方向的影响高于垂直方向,大气稳定度对湍流动能的影响非常显著,大气处于稳定层结时湍流动能略低于中性与不稳定层结,湍流动能的变化较弱。在建筑物附近,由于建筑物扰动与热稳定性的共同影响,大气湍流动能相对较大,随着下风向距离的增加,热稳定性对湍流动能的影响逐渐显现。     

大气数值模式中有效粗糙度计算的一种新方法

在现代边界层理论基础上,利用湍流通量相等原理,对数值模式中有效粗糙度的计算方法,及网格区域内地表类型、大气层结稳定度和数值模式最低层高度对有效粗糙度的影响进行了研究,并提出了一种计算有效粗糙度的新方法.     

典型绿洲-荒漠LST时空分异及其与NDVI的关系

为了辨析干旱区绿洲-荒漠地表温度时空分布对不同下垫面的响应特征,以叶—喀河三角洲绿洲为研究区,MODIS地表温度产品和土地利用数据相结合,分别提取LST和NDVI,研究地表温度的时空分异特征及其与NDVI的关系。结果表明:(1)研究区NDVI值越高,LST值越低;NDVI值越低,LST值越高,NDVI和LST之间存在明显的反相关关系;空间分布上来看,绿洲植被覆盖度呈现东、西部高而中部裸地低,地表温度分布状况则中部裸地高而东、西部低,这表明二者具有明显相反的空间分布特征;(2)研究区四季地表温度变化显著,昼夜温差很大,水域相比于裸地,水体夜间温度高于裸地;其中,春季温度分布在-0.11-37.94℃之间,夏季温度分布在10.63-54.18℃之间,秋季温度分布在2.54-38.84℃之间,冬季温度分布在-18.76-21.05℃之间;(3)从不同土地覆被地表温度的分布上看,在裸地、城市建设用地所覆盖区域地表热量丰富,水域、湿地所覆盖区域热量呈递减趋势。不同下垫面在冬夏两季温度变化和同一季节内昼夜温度变化显著,植被类型和植被覆盖度及其空间组合在不同程度地影响地表温度的时空分布。     

高寒草甸能量动态系统模型的灵敏度分析

青藏高原上大面积的高寒草甸是中国植被的特点。高寒草甸放牧生态系统在我国自然生态系统中占有重要的位置。利用本文作者建立的高寒草甸放牧生态系统模拟模型，ＧＭＡＭＥ１，模拟了高寒草甸放牧生态系统夏秋草场在临界放牧压力下的２７０种轮牧制度；研究高寒草甸放牧生态系统的潜在生产力等。对高寒草甸能量动态系统模型（ＧＭＡＭＥ１）的灵敏度进行分析，输入扰动是通过在计算机程序里增加或降低２０％第１１天的各分室生物量值来进行。参数扰动是通过在模拟１００ｄ和１８２ｄ中变动２０％的温度和太阳辐射强度来进行的。结果表明：高寒草甸能量动态系统模型容易受放牧采食的影响，而不易受温度和太阳辐射强度的影响。     

微结构疏水表面的液滴浸润特性

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底采用光刻蚀法制备了具有不同粗糙度的微方柱结构疏水表面,研究了微结构疏水表面的液滴浸润特性.结果表明,微方柱高度对表观接触角影响很小,但会显著影响疏水表面液滴浸润状态的稳定性,当微方柱边长和间距一定时,存在一个临界高度,当微方柱高度大于该临界值时,液滴具有良好的稳定性.通过对不同温度下疏水表面液滴浸润状态的研究表明,在露点温度至环境温度区间内,随着温度的增加,表观接触角呈增大趋势;在环境温度至沸点温度区间内,随着温度的升高,表观接触角呈减小的趋势.研究认为,合理的微结构尺寸和应用环境温度对液滴浸润状态的稳定具有重要意义.     

室内土体单向冻结水分迁移的试验研究

以江苏镇江、扬州等地区具有代表性的表层黏土为研究对象,对土体进行了单向冻结实验,研究了不同饱和度、不同温度梯度、不同冻结速率及不同补水条件下土体中水分迁移的现象.实验结果表明:在有外界水源补给的条件下,土体冻结时间越长,非饱和土中水分迁移现象范围越大,对于饱和土每层含水率基本波动范围不大;温度梯度越大,土体完全冻结且水分迁移达到稳定状态所需时间越短,水分迁移的范围越广;在无水源补给的条件下,冻结速率越大,土试样中水分迁移分布曲线变得越平缓;相对于无外界水源补给条件下,有外界水源补给的试样最终完全冻结时水通量更大,土样中水分迁移分布的范围更明显.     

联合TM和NOAA数据研究黄河三角洲地表蒸发(散)量

不同类型下垫面水热传输机制不同,利用专题地图(TM)数据将黄河三角洲分为植被覆盖区域、裸地和水面3类计算区域,结合NOAA数据,根据SEBS(surface energyba lance system)模型并适当修改,分别建立植被、裸地和水面蒸发(散)模型,依据模型计算了黄河三角洲区域蒸发(散)量。黄河三角洲蒸发(散)量较高,2002年农田平均蒸发(散)量814mm,湿地平均蒸散量为843mm,裸地蒸发量变化较大,平均为637mm,与地表湿润程度有关。计算的冬小麦、棉花蒸散量基本接近其需水量;遥感方法计算结果与点上观测结果比较接近,说明计算结果符合实际。     

基于Landsat 5 TM的祁连山区蒸散发遥感估算——以青海祁连县为例

蒸散发的估算在区域能量平衡和水分循环研究中具有重要意义.本研究利用Landsat 5TM数据和能量平衡模型相结合,通过遥感数据获取各参量,对祁连山区的日蒸散发进行估算,研究表明估算值与实测值基本一致,相对误差为4.23%,基本上满足了该区域蒸散发研究的精度要求.通过对蒸散结果的分析发现,该区域的日蒸散发空间分布受气候特征、地形因素、土壤供水条件及土地利用类型的影响比较严重,其分布趋势主要在空间上表现出随海拔的降低而降低,阳坡蒸散量大于阴坡,在土地利用类型上呈现按照"林地沼泽地水域草地耕地城乡工矿居民用地"的类型而降低的规律,而永久性冰川雪地以及裸土裸岩石砾地的蒸散发则随冰川面积的缩小而减小.     

中国西北干旱区过度灌溉绿洲的水分收支特征研究

基于水分收支平衡原理, 观测2012年生长季张掖绿洲的水分收支分量动态特征, 探究灌溉对绿洲水分收支的影响。结果表明: 1) 无降水及灌溉时, 绿洲内40~100 cm深度的土壤含水量高 0~20 cm的土壤, 强降水事件对0~20 cm的土壤含水量影响较大, 而灌溉事件对 0~100 cm的土壤含水量有明显影响; 2) 无降水及灌溉时, 绿洲的日均蒸散发(ET)为2.83 mm/d, 降水事件后3日蒸散发量为降水之前的 1.16倍, 灌溉事件之后2日蒸散速率为灌溉之前的1.88倍, 说明灌溉对绿洲的蒸散发影响更为显著; 3) 绿洲生长季水分收支收入项(降水和灌溉, P+I)中, 灌溉占89.7%, 水分支出项主要为深层渗漏(DP), DP/(P+I)为81%; 4) 2012年生长季绿洲灌溉需水量为213 mm, 实际灌溉量比灌溉需水量多出474 mm, 远远超出所需, 水资源浪费严重。     

温室番茄蒸散量及影响因子研究

为了研究华北地区日光温室作物在地膜覆盖条件下的蒸散量及其影响要素,并评价现状灌溉制度的合理性,于2018年10月—2019年1月在河北省邢台市宁晋县开展了田间试验,测量了番茄植株茎流速率和茎流量、土壤基质势和温室内小气候（总辐射、温度和相对湿度）,探究番茄蒸散量和茎流速率变化特征及其与气象因子的关系;并将实际作物蒸散量与灌溉水量进行比较。试验表明,番茄茎流速率具有明显昼夜周期变化特征,茎流速率从08:00 —10:00开始加速增长,13:00左右达到最大值,此后快速下降,在21:00时番茄茎流停止。晴天茎流日变化过程为单峰曲线,多云天气为多峰曲线。在番茄不受水分胁迫时,茎流速率与总辐射、空气温度和饱和水汽压差的Pearson相关系数从大到小排序呈现为总辐射（0.972）、饱和水汽压差（0.970）、空气温度（0.949）;日蒸散量与总辐射、日平均温度、日最高温度和饱和水汽压差的Pearson相关系数从大到小排序呈现为总辐射（0.970）、饱和水汽压差（0.965）、最高温度（0.922）、平均温度（0.828）。在番茄果实膨大期,温室内作物系数K_c为1.5,这要显著大于FAO-56推荐的1.15,说明在华北地区FAO-56推荐的作物系数应进行调整。试验期间日光温室累积蒸散量（78 mm）仅为灌水量（255 mm）的31%,表明农户灌水量明显偏多,建议可适当减少灌溉水量,以提高水分利用效率。      

温度对季冻区粉质黏土强度及变形特性的影响

为研究温度变化对天然状态及饱和状态下粉质黏土强度以及变形的影响,以典型季冻区广泛分布的粉质黏土为研究对象,通过GDS非饱和土三轴测试系统对天然状态下非饱和土以及GDS温控式静/动三轴测试系统对饱和粉质黏土,在不同温度条件下进行三轴试验。对试验结果进行研究分析可得：非饱和以及饱和粉质黏土的应力-应变曲线均呈现出应变硬化的特性。非饱和粉质黏土的黏聚力随温度降低表现出不断增加的趋势,而内摩擦角随温度降低逐渐减小,但整体变化趋势较小。饱和土的黏聚力与非饱和土变化趋势相同,随温度的降低其黏聚力逐渐增加,但相同温度时其黏聚力小于非饱和土,其内摩擦角则呈先减小后增加的转变趋势。无竖向压力作用时,相同围压条件下,非饱和与饱和粉质黏土轴向变形量随温度降低而增加,相同温度条件下,两者的轴向变形量随围压的增加会有所减小。试验成果可为季冻区粉质黏土地层工程的设计施工提供理论依据。     

持续强降雨对有限土体土压力的影响规律

以安徽繁昌某小区南侧大型滑坡为研究对象,该滑坡在持续强降雨作用下复滑,导致原有挡土墙破坏,运用野外地质调查、工程地质勘察、数值模拟及物理模型试验等方法,研究了暴雨对滑体土压力的影响规律、滑体在暴雨作用下的破坏机制,查明了滑坡的稳定性,以及不同工况下墙后土压力的分布规律。调查研究结果表明：该滑坡在天然状态下处于稳定~欠稳定状态;在暴雨状态下处于欠稳定~不稳定状态,在持续强降雨状态下处于不稳定状态,自墙顶至土岩接触面,墙后土压力分布呈先增大后减小再增大的趋势;持续强降雨作用下,土压力相较于天然状态显著增大,斜坡塑性区逐渐发展,直至形成贯通滑面,斜坡水平位移陡增,发生滑动破坏;在稳定状态下,抗剪强度参数的变化对墙后土压力及滑坡稳定性并无影响,当土体抗剪强度参数小于某一临界值时,土压力随着抗剪强度参数减小呈非线性增长。     

黄河源区蒸散量变化与生态恶化的关系

利用20世纪80年代以来黄河源区水文和气象资料,分析了该区蒸散量、日照时数、气温、空气饱和差的变化趋势,并着重研究了诸因子对蒸散量的影响.结果表明,源区蒸散量呈逐年增大趋势;而作为主要影响因子的日照时数则以3.6h/a的速度增加;气温以0.04℃/a的速度递增;空气饱和差也以0.02hPa/a的速度递增.因此,可以认为,源区日照时数、气温及饱和差的增加,加剧了草地蒸散发,生态的恶化也加大了蒸散量,蒸散量的增大和降水量的减少则直接造成了源区流量的减少和生态的恶化.     

两弹性接触粗糙快速滑动表面温升的分形模型

采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB模型,对微接触点的温升进行了分析,得到了快速滑动区域内的分形区域实际接触面积的温升概率分布密度、温升补充累积概率分布函数的封闭式表达式.分析结果说明:量纲一特定滑动区域的实际接触面积随量纲一最大Jaeger参数增加而单调减小.量纲一最大温升随分形维数增加而减小,但随分形粗糙度参数增加而增加.量纲一温升随分形维数增加而增加.当分形维数为1.5时,实际接触面积的温升概率分布密度等于在一个弹性微接触点面积上的温升概率分布密度,基于正八边形面积的近似解适当接近精确解.温升的补充累积概率分布函数随分形维数、滑动速度和量纲一分形粗糙度参数增加而增加.