中国东北冷涡背景下连续发生的中尺度对流系统的组织演变特征个例分析

使用雷达、地面加密观测、探空数据和ERA5再分析数据研究2009年7月22日0400—2400 UTC的21小时内东北冷涡后部在京津地区连续发生的4次中尺度对流系统的组织形态演变和中尺度环境特征。研究结果表明, 在东北冷涡后部稳定的西北气流背景下, 由于东北冷涡后部对流层中层西北气流中的浅槽、其在对流层低层发展的低槽和低涡以及对流层低层高压脊西北部的西南暖湿气流与冷池之间复杂的相互作用, 导致4次过程中强对流的组织形态各异。第一次过程受冷涡西侧一个浅槽锋生影响, 在河北北部形成西南?东北走向弱对流线, 对流线位于北京北部的对流发展较强, 移动迅速, 发展为超级单体和弓形回波, 其冷池出流和西南暖湿气流辐合形成西北?东南走向的后部增生型组织形态, 横贯京津地区。第二次过程是第一次过程位于北京南部的冷池出流触发, 形成超级单体, 之后受第一次过程冷池向西出流的影响, 产生西南?东北走向的后部增生型对流线。第三次过程发生在第一个浅槽造成对流层低层低涡发展的环境下, 低涡西侧的偏北风与低层高压脊北部的偏南风在冷池上面辐合, 造成多条平行的西北?东南走向的后部增生型对流线, 产生列车效应, 造成天津的强降水。第四次过程由冷涡西南部的又一个浅槽锋生和冷涡在天津北部调整出的切变线共同触发, 两个初始的西南?东北走向对流线合并形成一条西南?东北走向的线状对流, 最后南侧的对流发展为弓形回波。4次过程中出现的弓型回波部分还具有弓箭回波结构特征。     

不同供氮水平的核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性

【目的】探讨核桃对缺氮胁迫的适应性及其机制。【方法】以核桃幼苗为研究对象,设置不同程度的缺氮处理:对照(CK)、中度缺氮(MN)和重度缺氮(SN),分析缺氮胁迫对核桃幼苗外部形态特征、生长情况及叶绿素荧光参数的影响。【结果】缺氮会使核桃幼苗失绿黄化,长势下降,地上部分和地下部分生物量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著低于对照,且总体随着缺氮程度加深和时间延长显著下降,尤其是处理后期(60~75 d)表现更明显;MN和SN处理下,核桃幼苗的光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(F_v/F_m)和光条件下PSⅡ天线转化效率(F_v'/F_m' )在前期(0~30 d)和后期(60~75 d)受影响较大,实际光化学效率(Φ_PSII)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)随胁迫程度加深明显下降,反之非光化学猝灭系数(NPQ)随胁迫程度加深而上升,且同样在处理后期(60~75 d)受影响较大;地上部分生物量与地下部分生物量、叶面积、根表面积、叶绿素a含量、F_v/F_m和ETR呈显著正相关,叶绿素a含量与叶面积、叶片厚度、F_v/F_m 和F_v'/F_m' 显著正相关。【结论】缺氮会抑制核桃幼苗对氮素的吸收和同化,阻碍根系生长,影响核桃幼苗对营养物质的吸收利用,导致植株矮小瘦弱、叶片变小、叶色变淡。在缺氮胁迫下,核桃光合色素含量下降也会造成叶绿体吸收光照的能力减弱,降低光合电子传递速率及对光能的利用效率,进而限制光合速率,影响植株生长。     

高纤维体积率玻璃纤维增强水泥基材料的力学性能研究

为探究高体积率玻璃纤维掺量（>5%）对砂浆力学性能方面的影响,从水泥试块的成型入手,对力学性能、破坏行为等方面展开研究,通过测试不同玻璃纤维长度的高体积率玻璃纤维增强水泥基材料的抗折、抗压性能,并观测、记录其破坏过程和破坏方式,分析其破坏机理和破坏行为,并通过超景深扫描电子显微镜观察玻璃纤维断裂情况。研究结果表明,随着玻璃纤维体积掺量的提升,抗折和抗压性能初始有大幅度提升,分别达到38.6 MPa、55.4 MPa,在7%玻璃纤维掺量时基本平稳,掺量超过10%时成型困难;掺量在7-10%时,抗折应力-应变曲线出现明显的塑性特征。     

垂直旋转圆盘边缘液体滑移率及液柱形态

旋转圆盘表面液体与壁面之间存在切向相对滑移,液体的转速并不等于圆盘转速。利用高速摄影拍摄圆盘边缘液体形态,用软件Image J测量了液体的滑移率及液体头液滴与液柱的直径比。分析发现,垂直旋转圆盘不同区域的液体滑移率不同,随转速增加,各区域滑移率趋向相同,约为10%~13%。圆盘表面的波动、边缘液体的形态会影响液体滑移率的大小,当液体形态为液膜时,滑移率大大增加,可达70%。头液滴与液柱的直径比随转速增加而下降,当转速达到3 500 r/min后,直径比不再明显变化,保持在1.5左右。头液滴直径与流量关系不大,随转速增加而减小,当转速达到4 000 r/min后,不再明显变化,约为0.25mm.     

低分子有机酸对林地土壤磷释放及活化影响

为了解林地土壤中闭蓄态磷转化为有效磷的转化效率,以淮河流域固始县意杨林灰潮土为例,开展了在不同低分子有机酸、酸浓度及反应时间下灰潮土壤总磷(Total Phosphorus, TP)的释放及各形态磷,包括TP、无机磷(IP)、有机磷(OP)、Fe/Al-P和Ca-P的活化影响实验。实验结果显示,苹果酸、柠檬酸及草酸对土壤TP释放率分别增长了180%、161%和217%。苹果酸和柠檬酸对土壤TP的平均活化率均在164%以上,而草酸则在中浓度时才表现出活化作用。3种低分子有机酸均能有效促进灰潮土磷的释放与活化,且释放作用和有机酸种类、浓度及实验处理时间密切相关,活化作用也与酸种类和酸浓度相关性显著,研究结果为磷肥的合理施用和土壤有效磷的提升提供科学依据。     

基于坡面形态的h型抗滑桩加固效果分析

h型抗滑桩是加固边坡的有效措施之一,在以往的研究中,大多数学者选取的研究对象均为直线形边坡,导致研究结果对自然环境中形态各异的边坡缺乏普遍适用性。因此,基于凹形、直线形、凸形、组合形四种坡面形态,从桩位、连梁长度、锚固深度三个方面综合考虑,以安全系数、边坡变形模式、桩身位移、桩身受力情况为分析依据,提出基于不同坡面形态的h型抗滑桩最优加固方案。研究结果表明：组合形坡最稳定、凸形坡最不稳定。凹形坡桩中轴线距坡脚的合理距离为4/5坡长,其余三种坡形的合理距离均为1/5坡长。凹形坡与组合形坡最优连梁长度为3～5倍桩径,直线形坡与凸形坡最优连梁长度为2～3倍桩径,组合形坡最优连梁长度为3～4倍桩径。凹形坡与组合形坡最优锚固深度为2.5倍桩径,直线形坡最优锚固深度为2～3倍桩径,凸形坡最优锚固深度为1.5～2.5倍桩径。研究结果可对边坡抗滑桩加固设计提供参考。     

无患子细根形态及垂直分布特征对配方施肥措施的响应

【目的】探究不同施肥处理下无患子细根垂直分布特征与形态差异,以及氮(N)、磷(P)、钾(K)对细根生长的影响及其交互作用,为中国南方地区广泛种植的生物质能源树种无患子的科学培育提供支撑。【方法】以福建省三明市建宁县 8年生无患子原料林为研究对象,对N、P、K肥料各设置 3个水平,采用“3414”随机区组设计进行配方施肥试验,共 14个处理,以不施肥为对照(CK),设置 3个区组,共 42个处理小区,每小区 5株作为重复。分别在2015年生长季末、2016年花期前、2016年果实迅速生长期按照配比开沟施 3次肥料,2016年12月在每个处理小区选取 4株平均标准木样株,在距树1 m处分 3层(0~20 cm、≥20~40 cm、≥40~60 cm)采集林地土柱样品,研究各处理 3层土壤内的细根分布规律及细根形态。【结果】无患子细根主要分布在0~20 cm土层,呈各土层逐层递减的规律,0~20 cm土层细根生物量(fine root biomass, FRB)及根长密度(fine root length density, FRLD)是 ≥20~40 cm土层的1.51~2.52倍和1.82~2.25倍,是 ≥40~60 cm土层的6.29~13.17倍和6.03~9.31倍。无患子FRB、FRLD、细根表面积(fine root surface area, FRSA)及细根平均直径(fine root average diameter, FRAD)均随着N、P、K施肥量的增加呈先增加后平缓降低的变化趋势,而细根比根长(fine specific root length, SRL)随着施肥量的增加表现为先降低再急剧增加而后平稳降低的变化规律。对根系促进效果最佳的N2P2K2处理在0~20 cm土层的FRB及FRLD较不施肥(CK)分别显著提高了152%和164%,≥20~40 cm土层较不施肥(CK)分别显著提高了242%和161%,≥40~60 cm土层较CK分别显著提高了385%和135%。【结论】无患子FRB、FRLD和FRSA在0~60 cm土层范围内逐层递减,有明显的垂直分布特点。在缺P条件下施用N肥和K肥对无患子根系生长影响效果较小,需要在一定范围内增加土壤养分有效性以促进无患子细根生长及生物量积累。施肥量较为充足时,无患子能够根据 ≥40~60 cm土层土壤养分资源有效性调整细根分布结构,以充分吸收养分。N和P的交互作用对FRB、FRLD、FRAD和SRL的影响达极显著水平,与无患子细根生长的相关性较大。在配方施肥处理下无患子细根生长的拟合模型分析基础上建议施N肥693 kg/hm²、施P肥321 kg/hm²、施K肥432 kg/hm²。     

贵州茂兰喀斯特森林两树种叶片气孔形态特征及其对蒸腾的影响

【目的】 石漠化是中国西南喀斯特地区严重的环境问题, 探讨在喀斯特生境下树种气孔对蒸腾需求的响应及环境因子的影响,了解类似气候条件下相似物种对外界环境条件的基本调节策略,为喀斯特地区森林的保护和石漠化治理提供参考。【方法】 在贵州茂兰喀斯特地区,以常绿树种胀果树参(Dendropanax inflatus)和落叶树种瓜木(Alangium platanifolium)为对象,利用热扩散探针(TDP)对树干液流进行了野外监测,同步记录小气候数据,采集两树种叶片样本带回实验室进行干燥处理,然后在电子显微镜下做气孔结构分析。【结果】 ①常绿和落叶树种树干的液流速率(F_S)日变化规律相似,整体来看,观察期落叶树种瓜木的F_S[(585.25±53.46) g/h]高于常绿树种胀果树参的[(384.83±39.12) g/h],说明落叶树种比常绿树种的蒸腾作用强。②落叶树种瓜木的气孔密度(SD)[(1 005.08±80.99) 个/mm²]显著大于常绿树种胀果树参的[(237.16±21.67) 个/mm²](P<0.05,df=48,F=7.08),但两树种的气孔开度(SO)、气孔长度(SC)以及气孔器大小(SAS)均无显著差异(P>0.05,df=48,F=2.65);同时SD与SO、SC之间均存在显著负相关(P<0.05,df=9,F=14.00;P<0.05,df=9,F=17.12),相比较低气孔密度的常绿树种胀果树参气孔较长,开度较大。③两树种的SD与F_s均呈极显著正相关(P<0.01,df=48,F=16.03;P<0.01,df=48,F=32.10),说明两树种蒸腾与气孔密度小有关;同时两树种气孔密度与太阳辐射强度(R_n)均呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=7.66;P<0.01,df=48,F=47.18),落叶树种瓜木的SC与R_n呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=13.06),常绿树种胀果树参的SD还与大气温度(T_a)呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=5.02), SC与T_a呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=6.32),SO与T_a、R_n呈极显著正相关(P<0.01,df=48,F=17.20;P<0.01,df=48,F=14.81),说明R_n是影响两树种气孔形态的主要环境因子。【结论】 环境因子和气孔形态变化均在调节树木蒸腾中起作用,以气孔密度较低的常绿树种胀果树参对环境条件的响应更强,从蒸腾调节的角度来看,气孔密度大小以及环境因子影响叶片气孔形态的差异是导致树木蒸腾强弱差异的关键所在,类似落叶树种瓜木有高气孔密度的物种更适合在复杂的喀斯特生境下生长。     

湿地松针叶功能性状及其对磷添加的响应

目的 揭示湿地松人工林针叶功能性状间的关系,探讨针叶功能性状对磷添加的响应及对环境养分的适应策略。方法 以12年生湿地松人工林为研究对象,设置3个磷元素梯度(P1为25 kg/hm², P2为50 kg/hm², P3为100 kg/hm²)和不施磷为对照(CK)共4个处理,分析不同处理下叶长、叶面积和比叶面积等9个形态指标与针叶全氮、全磷和有机碳等养分含量的变化,探讨针叶形态指标与养分含量的相关性。结果①各处理下湿地松针叶各功能性状的变异系数为6.62%~19.77%,其中叶鞘长和比叶面积的变异系数大,均高于19%,有机碳含量变异系数最小,仅为6.61%。②与CK相比,随着施磷浓度的增加,除针叶干物质含量显著降低外(P<0.05),针叶叶面积、比叶面积及养分含量等指标均上升。③湿地松针叶的叶面积和比叶面积与全钾和全磷间存在显著正相关(P<0.05),相关系数达0.597以上,而针叶干物质含量与全磷、全钾和有机碳含量间表现出显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.840、-0.639和-0.530。结论①湿地松针叶功能性状均属较弱变异,在特定环境中湿地松针叶功能性状具有较强的内稳性;②磷添加可以影响湿地松针叶的形态特征和养分储量,高浓度磷添加(P3)的效果最明显。③湿地松针叶形态建成与其养分含量相关,养分含量高促进针叶生长代谢、叶面积增加,同时加快干物质含量向其他器官转运,使针叶干物质含量减少。     

数值逆吊法创建的自由曲面结构形态及稳定性分析

应用数值逆吊法,创建多种力与形和谐统一的自由曲面结构形态,并与传统规则曲面结构进行了稳定性能的对比分析.以薄壳找形为例,将原始结构的几何条件和物理条件转化为参数化数值,输入ANSYS中进行建模和迭代找形,然后将平衡后的模型进行翻转,得到数值逆吊法创建的薄壳结构模型,然后改变不同工况下的荷载分布,进行静力分析和稳定性分析,并与相同矢跨比的圆柱面薄壳结构模型进行对比.研究结果表明:不同荷载工况下数值逆吊法创建的薄壳相比于规则圆柱面薄壳,其稳定性更优,尤其在水平荷载半跨布置时更为明显.数值逆吊法创建的曲面形态可以同时满足多样化的审美需求和结构的稳定性要求.