神奇的万年冰洞

正在我国山西省,有一个非常神奇的天然冰洞,它如童话中的冰雪世界一样美丽,被人们称为万年冰洞。万年冰洞位于山西省忻州市宁武县的芦芽山上,海拔2300米,人们在其内部已向下开发100多米。夏天,洞外温度最高可达38摄氏度,洞内温度却恒定在0摄氏度以下,积冰常年不化。洞内冰笋、冰柱、冰锥、冰花等随处可见,冰的形态多达10余种。因为世界上已发现的冰洞大多分布在西伯利亚和南极洲等极寒地带,处在低纬度的宁武县不具备形成大冰洞的条件,所以这里的万年冰洞实属罕见。     

山西宁武冰洞成因分析

从冰洞所处位置分析该地区在地质时期曾经是岩溶发育区,并且经历了温暖潮湿的气候作用,逐渐形成石灰岩溶洞;而且该地区曾经是山岳冰川发育区,在第四纪冰期及间冰期时,大量的积雪、冰川融水甚至破碎冰块堆积于洞中,经过复杂的物理变化,融化和重新凝结,再加上大气降水的不断渗入,在溶洞内形成各种形态冰物质的广泛分布现象———冰洞形成;以后的年代,由于当地比较特殊的地形、气候等自然地理环境因素,冰洞得以有效保存。宁武冰洞的形成是由岩溶作用和冰川作用以及环境因素共同作用的结果。     

宁武的万年冰洞

万年冰洞位于山西省吕梁山区管涔山,属忻州市宁武县涔山乡。洞口海拔2240米,接近山脊分水岭。洞口周围生长着茂密的云杉和华北落叶松林,山梁上还分布有小片灌木和草地。有趣的是在山梁附近可见到不久还燃烧的地下煤层。万年冰洞发育在奥陶纪马家沟灰岩中,是一个陡峻的石灰岩洞穴。洞口朝向北,原被巨大的云杉和杂草遮蔽。整个洞穴如同一个略呈倾斜的直桶。走进洞口就会感到洞内有一股寒气涌出,使人感到阴森恐怖。从洞口直下30余米,到达一个约200平方米的冰面平台,在20世纪60年代,这里还可见到从洞口直伸到冰面的巨大冰柱,直径有6米多,高达30…     

头脑体操

正1真真假假千年寒冰洞不只是小说里虚构的神秘场所,它真真切切存在于自然界。以下这些冰洞奇闻,你觉得都是真的吗?1、自然界大多数冰洞是岩石洞穴里的水结冰后形成的。2、有的冰洞在冰川期就存在了,那时人类还过着茹毛饮血的生活。3、在气候温和的温带地区,也能找到冰洞。4、俄罗斯堪察加半岛的冰洞可以发出五颜六色的光。5、待在冰洞里的确寒气袭人,因为洞里的冷空气很难与外界交换和对流。     

唐古拉冰芯包裹气体氧稳定同位素气候环境指示意义

本研究对钻取自青藏高原中部唐古拉冰川190m冰芯上部的99.5m序列进行了多参数指标的分析测试.以常规阴、阳离子的季节性变化、结合冰芯记录的1963年β活化度峰值和中低纬度山地冰川深部冰体定年模型,建立了99.5m冰芯的年代学序列.结合冰芯钻取点的成冰作用过程分析,明确了冰芯包裹气体与同层位冰体间不存在年龄差异,冰体年龄即为冰芯包裹气体年龄.基于此年代学结论和冰芯年代学结果,将冰芯包裹气体氧稳定同位素值(δ~(18 )O_(atm))与大气中δ~(18 )O_(atm)本底值、冰体气泡含量、冰芯氧同位素和全球太阳辐射量进行对比分析,分析揭示了唐古拉冰芯包裹气体δ~(18 )O_(atm)值变化对区域气候环境影响下冰川表面融化强度变化的指示意义,冰川表面融化强度越强,冰芯包裹气体δ~(18 )O_(atm)值越低.     

雀儿山隧道温泉热能融化洞口段路面冰雪的可行性

高海拔隧道冬季洞口路面积雪结冰,极易诱发交通事故发生,威胁行车安全。为分析高海拔隧道温泉热能融化洞口段路面冰雪可行性,开展雀儿山隧道气候与温泉温度变化长期监测,通过模型计算和现场测试研究了温泉管道热源对冬季冰雪影响。结果表明:提高入口温泉温度,减小管道间距有利于高效融化路面冰雪,对比优选出间距24 cm、埋深10 cm、管径2 cm不锈钢管的路面下温泉管道布置参数。现场测试发现30℃温泉24 h能明显融化路面上方3.5 cm厚冰雪,在10～12 cm积雪环境下温泉管道能够保障上方路面无冰雪堆积,保障道路行车安全。研究成果可为利用可再生的温泉热能保障高海拔和寒区隧道洞口路面冬季行车安全提供了借鉴。     

次生林中5种次级洞巢鸟对巢址的再利用研究

在吉林省左家自然保护区的次生林内,对1996年标记的被5种次级洞巢鸟利用并保存下来的104个巢址进行了4年的再利用跟踪调查.所标记的巢址被5种次级洞巢鸟、2种初级洞巢鸟和花鼠所利用.标记巢址总的再利用率为55.16%,次级洞巢鸟对标记巢址的再利用率为51.29%,说明次级洞巢鸟利用过的巢址仍是其后续繁殖的重要资源.每种次级洞巢鸟都偏爱同一种类以前利用过的巢址,被同种鸟重复利用的巢繁殖成功率明显高于只被利用过一次的巢,表明被同一鸟种多次利用的树洞是该种鸟繁殖更适宜的巢位.次级洞巢鸟对标记巢址存在交叉利用现象,且对再利用的巢址具有选择性;影响次级洞巢鸟巢址再利用的因子主要包括洞口类型、洞口水平直径、洞内径、洞深、洞距地面高和洞口垂直直径.次级洞巢鸟在对巢址资源的再利用过程中不存在明显的时滞现象.     

单双面进风蒸发冷却冷水机组在数据中心的应用对比分析

为合理利用新疆地区冬季室外空气中的冷量和夏季室外空气中的干空气能,研发一种复合乙二醇自然冷却技术的蒸发冷却冷水机组,并设计了单面进风蒸发冷却冷水机组和双面进风蒸发冷却冷水机组2种技术方案,对比分析了各自的结构特性.根据新疆某数据中心空调系统的制冷需求搭建实验台,测试2种机型.结果表明,双面机型的出水温度更低,单面机型采用减少循环水量的方式可以在保证机组高能效比的条件下降低机组出水温度,更适用于中、小型工程项目.     

核磁共振成像原位监测冰融化及四氢呋喃水合物分解的微观过程

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)可以通过物质在不同相态之间的亮度差别来识别物质相态的变化,冰、水和水合物之间较大的亮度对比使MRI成为监测水合物生成分解动态过程的有效工具.采用MRI原位监测了冰融化和四氢呋喃(THF)水合物分解的微观过程,从微观角度对比研究了THF水合物分解与冰融化过程的异同.冰融化和THF水合物的分解过程受传热程控,冰的融化和水合物的分解总是沿着固-液界面从外向内推进,消解速度持续加快.固相表面的"结构化水层"是冰和水合物立体结构瓦解的主要原因.THF水合物的分解过程与气体水合物不同,没有明显的"自保护效应".由于温度梯度产生的密度差异,液相产生自然对流,造成了水合物的分解及冰的融化过程中固-液界面运动的随机性.     

呼伦湖冰封期溶解性总固体的垂直分布特征

为掌握湖水结冰过程中及冰冻条件下溶解性总固体(TDS)在垂直方向的分布规律,采用标准方法,考查呼伦湖冰封期的冰体和水体中TDS的质量含量,并进行相关数据分析.结果表明,结冰过程可以促进TDS由冰体向水体的迁移,使冰中的TDS质量含量小于水中的质量含量,并且大量的迁移发生在冰体生成的初期,与冰的生长速率成正相关;随着冰层厚度的增加,水中TDS的质量含量也会上升,但结冰过程对水体不同深度中TDS的质量含量变化影响不大.     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

载人飞船座舱内壁面温度偏差的预测

为了预测载人飞船地面热平衡实验时座舱内壁面温度与太空飞行时的偏差,分析了座舱内空气对流换热的近似实验方法的局限性,指出了空气对流换热系数是影响壁面温度的主要因素。由于重力场的影响,载人飞船地面热平衡实验时座舱内的空气对流换热系数与太空飞行时不同,使壁面温度偏离于太空飞行时的真实情况。为了修正地面实验数据,提出了壁面温度偏差的预测方法。     

涡轮叶片最小冷气需求量的一种估算方法

通过涡轮叶片内外表面对流换热与固体导热的耦合计算,建立叶片冷气流量与叶片壁面温度分布之间的关系,从而获得涡轮叶片最小冷气需求量。首先根据假定冷气流量进行耦合计算叶片温度分布,并从中获得叶片温度峰值;再依据这一温度峰值,逐步调整冷气进口流量,直到叶片温度场符合设计要求。计算得出叶片最小冷气量为燃气总量的4.43%,叶片最高温度为1 299.11K。结果表明采用本文的方法估算的燃气涡轮叶片的冷却空气量是合理的。     

严寒地区冬季大棚保温对曝气池工作温度的影响

 针对严寒地区气温低、污水厂曝气池工作温度低的问题, 利用仿真模拟分析大棚内空气温度分布及流动特性, 对严寒地区冬季低温条件下污水厂利用大棚保温技术进行研究。结果表明:在冬季室外温度-22℃条件下, 通过外扣大棚对曝气池保温, 棚内空气平均温度达到4.0℃左右, 曝气池出口水温达到11.2℃左右;曝气池外棚保温膜材料以PO 材料保温效果最优, PVC 材料最不可取, PE 和EVA 材料居中;曝气池选用2.5 m 棚拱高度的外扣大棚保温效果较好;双层保温膜保温效果优于单层保温膜。     

夏热冬冷地区绿化屋顶节能与生态效益研究

【目的】研究夏热冬冷地区绿化屋顶的节能效益,分析包括固碳释氧、空气净化、水源涵养和节能减排4个方面的生态效益。【方法】以无锡地区有无绿化的屋顶为研究对象,对比绿化屋顶的保温隔热及节电效果,并进行屋顶绿化生态效益的量化分析。【结果】在冬季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别高2.5 ℃和5.5 ℃,通过屋顶的热流相对减少36.4%,绿化房间空调日平均节电量为0.90(kW·h); 在夏季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别低3.1 ℃、5.6 ℃,通过屋顶的热流相对减少48.6%,日平均空调节电量为4.23(kW·h)。计算可得,绿化屋顶每年可节约空调用电量15.39(kW·h)/m²; 佛甲草屋顶绿化可创造的固碳释氧效益为1.887元/(m²·a),净化空气效益为2.45×10^-2元/(m²·a),涵养水源效益为0.957元/(m²·a),节能效益可达到12.875元/(m²·a),减排效益达9.613元/(m²·a),综合生态效益是25.357元/(m²·a),动态投资回收期为7 a。【结论】屋顶绿化在冬季可提高屋顶内外表面温度,在夏季降低屋顶内外表面温度,减少通过屋面的热流,达到保温隔热和降低空调能耗的节能效果。屋顶绿化的生态效益显著,投资回收期短,应予以政策鼓励和支持。     

基于不同对流下加热系统的数值模拟与实验研究

采用多孔介质导热方程、DO辐射模型以及标准κ-ε湍流模型,建立三维热物理模型。应用有限体积法计算了室内沙疗室气固耦合传热问题。首先在自然对流条件下,即沙疗室不开风扇、处于无风状态时,改变其加热方式,分别为单面加热和双面加热。对比分析不同加热方式下,空气层以及沙体层温度场的变化。其次在双面加热条件下,改变其对流方式,分别为自然对流与强制对流。对比分析不同对流方式下,空气层温度场、速度场的变化,以及沙体层温度场的变化。最后,通过实验加以验证。研究发现强制对流条件下的双面加热能够加快空气热对流速度及沙体传热速度,使沙体层温度分布均匀化,进而提高沙体的传热效率。     

芙蓉洞CO2变化特征初探

通过2009年9月～2010年11月对芙蓉洞11个监测点CO_2浓度连续监测,发现芙蓉洞CO_2浓度有一定时空变化特征。空间上,由于洞穴环境封闭,洞内CO_2浓度总体上从洞口到洞尾增长,同时游客人数,洞道形状等因素对其产生一定影响;季节上,CO_2浓度与洞穴外部环境有一定的响应关系,冬季外界温度较低,降水量较少,洞内CO_2浓度也较低。     

Cooling effect of ripped-stone embankments on Qing-Tibet railway under climatic warming

The heat convection in ballast mass and ripped-stone mass in railway embankments is the problem of heat convection in porous media. In order to calculate the temperature distribution of Qing-Tibet railway embankment, from the governing equations used to study forced convec-tion for incompressible fluids porous media, the finite ele-ment formulae for heat convection in porous media are de-rived by using Galerkin抯 method. The temperature fields of the traditional ballast embankment and the ripped-stone mass embankment, constructed on July 15, have been ana-lyzed and compared under the case that the air temperature in Qinghai-Tibetan Plateau will be warmed up by 2.0℃ in the future 50 years. The calculated results indicate that, the permafrost 5 m below the traditional ballast embankment will be thawed in the regions in which the air yearly-average temperature is larger than -3.5℃ or the yearly-average temperature at the native surface is larger than -1℃. The embankment will cause large thawing settlement. The rail-way embankment will be damaged by permafrost degrada-tion. The ripped-stone mass embankment can not only resist the effect of climatic warm up on it but also provide cool energy for the permafrost under it. It can assure permafrost stability and not subjected to thawing. Therefore, it is highly recommended that the ripped-stone mass embankment be taken as the Qing-Tibet railway embankment structure in high-temperature permafrost regions so that permafrost embankment can be protected as possible as we could.     

乌兰布和沙漠绿洲防护林体系小气候效应研究

【目的】 研究绿洲防护林体系的小气候效应,为绿洲防护林体系的长期经营与健康发展提供科学数据。【方法】 对乌兰布和沙漠绿洲防护林内、外2个气象站36 a(1983—2018年)连续监测的气象数据进行了统计分析,研究了2个站点的大气温度、地表温度、相对湿度、降水量、蒸发量,以及风速的年、季和月变化特征,分析了绿洲防护林内、外小气候的差异并探讨了产生差异的原因。【结果】 ①绿洲防护林内、外的大气温度、地表温度和降水量年际变化特征总体呈上升趋势,相对湿度、蒸发量和风速总体呈下降趋势,绿洲防护林体系使大气温度降低0.2~1.6 ℃,地表温度降低0.10~5.49 ℃,相对湿度增加0.5%~18.6%,降水量增加0.5~100.7 mm,蒸发量降低18.4~1 282.8 mm,风速减小0.45~1.98 m/s;②绿洲防护林内、外的每10 a的气温变化倾向率分别为0.27、0.32 ℃,地温变化倾向率分别为0.28、0.36 ℃,降水量变化倾向率分别为1.8、2.5 mm,相对湿度变化倾向率分别为-0.2%、-1.3%,蒸发量变化倾向率分别为-42.5、-78.4 mm,风速变化倾向率分别为-0.1、-0.2 m/s;③绿洲防护林内和林外大气温度、地表温度、相对湿度、降水量和蒸发量的年内变化规律均为先增加后降低,为单峰曲线,而风速的年内变化曲线为双峰曲线;④绿洲防护林内、外各环境因子具有明显的季节差异,春、夏、秋、冬四季大气温度、地表温度和蒸发量增长率均为林外高于林内;四季相对湿度均为林内高于林外,风速则相反;降水量春、夏季林内高于林外,秋、冬季为林内低于林外。【结论】 绿洲防护林体系具有降低气温和地温、减少蒸发、降低风速、增加空气相对湿度和降水等生态功能,防护林及其内农作物生长季节尤为明显,这对于提高作物产量起着积极作用,进而改良土壤,并对维持绿洲可持续发展起着重要作用。