An analytical approach to ascertain saturation‐excess versus infiltration‐excess overland flow in urban and reference landscapes     

Ryan D. Stewart  Aditi S. Bhaskar  Anthony J. Parolari  Dustin L. Herrmann  Jinshi Jian  Laura A. Schifman  William D. Shuster 《水文研究》2019,33(26):3349-3363

Uncontrolled overland flow drives flooding, erosion, and contaminant transport, with the severity of these outcomes often amplified in urban areas. In pervious media such as urban soils, overland flow is initiated via either infiltration‐excess (where precipitation rate exceeds infiltration capacity) or saturation‐excess (when precipitation volume exceeds soil profile storage) mechanisms. These processes call for different management strategies, making it important for municipalities to discern between them. In this study, we derived a generalized one‐dimensional model that distinguishes between infiltration‐excess overland flow (IEOF) and saturation‐excess overland flow (SEOF) using Green–Ampt infiltration concepts. Next, we applied this model to estimate overland flow generation from pervious areas in 11 U.S. cities. We used rainfall forcing that represented low‐ and high‐intensity events and compared responses among measured urban versus predevelopment reference soil hydraulic properties. The derivation showed that the propensity for IEOF versus SEOF is related to the equivalence between two nondimensional ratios: (a) precipitation rate to depth‐weighted hydraulic conductivity and (b) depth of soil profile restrictive layer to soil capillary potential. Across all cities, reference soil profiles were associated with greater IEOF for the high‐intensity set of storms, and urbanized soil profiles tended towards production of SEOF during the lower intensity set of storms. Urban soils produced more cumulative overland flow as a fraction of cumulative precipitation than did reference soils, particularly under conditions associated with SEOF. These results will assist cities in identifying the type and extent of interventions needed to manage storm water produced from pervious areas.  相似文献   

鲫鱼(Carassius auratus)半胱亚磺酸脱酸酶CSAD基因克隆及其表达研究     

李晓洁  唐建洲  宋鹏  伍琴  瞿符发  刘臻  鲁双庆 《海洋与湖沼》2018,49(1):134-141

本研究以鲫鱼(Carassius auratus)为研究对象,采用巢式PCR和RACE技术克隆鲫鱼半胱亚磺酸脱酸酶CSAD基因c DNA序列,并且利用实时荧光定量PCR检测了CSAD m RNA在鲫鱼不同组织和昼夜节律中的相对表达水平,同时还研究了牛磺酸对鲫鱼肠道CSAD m RNA表达的影响。结果表明:(1)鲫鱼CSAD基因c DNA序列包含186bp的5?UTR序列,675bp的3?UTR序列,1503bp开放阅读框,编码500个氨基酸。同源性分析表明,鲫鱼和鲤鱼的同源性为97.2%。系统发育分析表明,鲫鱼与鲤鱼之间的亲缘关系最接近,置信度为100。经预测,其编码的蛋白质的分子量和等电点分别为56.82k Da和5.77;(2)Ca CSAD m RNA在肌肉、心脏、肠道及肝脏中的表达水平较高,在脑和鳃组织中的相对表达量较低;(3)鲫鱼肠道CSAD m RNA的相对表达量在6:00am点时最高,9:00pm点时相对表达量最低;(4)鲫鱼CSAD的相对表达丰度随着牛磺酸添加量的增加而逐渐下降。本研究结果不仅有助于理解鲫鱼CSAD基因的分子特征,同时将为进一步研究鱼类CSAD营养调控功能提供理论依据。  相似文献   

The effect of storm movement on infiltration,runoff and soil erosion in a semi-arid catchment     

Qihua Ran  Feng Wang  Jihui Gao 《水文研究》2020,34(23):4526-4540

Rainfall characteristics are key factors influencing infiltration and runoff generation in catchment hydrology, particularly for arid and semiarid catchments. Although the effect of storm movement on rainfall-runoff processes has been evaluated and emphasized since the 1960s, the effect on the infiltration process has barely been considered. In this study, a physically based distributed hydrological model (InHM) was applied to a typical semi-arid catchment (Shejiagou, 4.26 km²) located in the Loess Plateau, China, to investigate the effect of storm movement on infiltration, runoff and soil erosion at the catchment scale. Simulations of 84 scenarios of storm movement were conducted, including storms moving across the catchment in both the upstream and downstream directions along the main channel, while in each direction considering four storm moving speeds, three rainfall depths and two storm ranges. The simulation results showed that, on both the hillslopes facing downstream (facing south) and in the main channel, the duration of the overland flow process under the upstream-moving storms was longer than that under the downstream-moving storms. Thus, the duration and volume of infiltration under upstream-moving storms were larger in these areas. For the Shejiagou catchment, as there are more hillslopes facing downstream, more infiltration occurred under the upstream-moving storms than the downstream-moving storms. Therefore, downstream-moving storms generated up to 69% larger total runoff and up to 351% more soil loss in the catchment than upstream-moving storms. The difference in infiltration between the storms moving upstream and downstream decreased as the storm moving speed increased. The relative difference in total runoff and sediment yield between the storms moving upstream and downstream decreased with increasing rainfall depth and storm speed. The results of this study revealed that the infiltration differences under moving storms largely influenced the total runoff and sediment yield at the catchment scale, which is of importance in runoff prediction and flood management. The infiltration differences may be a potential factor leading to different groundwater, vegetation cover and ecology conditions for the different sides of the hillslopes.  相似文献   

塔克拉玛干荒漠-绿洲过渡带尘卷风活动特征——以肖塘为例     

马明杰  杨兴华  何清  买买提艾力&#  买买提依明  周成龙  霍文 《中国沙漠》2019,39(2):115-121

利用1992-2011年塔克拉玛干沙漠北缘荒漠-绿洲过渡带肖塘气象站的观测资料，分析了该地区尘卷风的年、月变化规律及其与气象因子的关系。结果表明：（1）1992-2011年尘卷风发生日数总体呈波动递减趋势；尘卷风主要发生在3-9月，占全年总日数的90.9%，其中4-7月占全年总日数的70%左右。（2）尘卷风月发生日数随月平均地表与1.5 m高处温差的增大而线性增加（r=0.875，P<0.01）。（3）尘卷风月发生日数随着月平均风速的增大而幂函数增加（r=0.89，P<0.01）。（4）尘卷风月发生日数随月平均相对湿度的增大而线性减少（r=-0.869，P<0.01）。  相似文献   

1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系     

曹瑜  游庆龙  蔡子怡 《冰川冻土》2021,43(5):1290-1300

采用一元线性回归、合成分析等方法对1961—2019年青藏高原中东部71个站点夏季强降水与大尺度环流进行了分析,研究结果表明,近年来青藏高原中东部强降水呈增加趋势。在强降水高值年时,青藏高原中东部水汽辐合加强,中纬度西风和热带地区东风带向极移动加强,高层辐散流场、水汽输送以及上升运动条件,共同作用导致了强降水的产生。在强降水低值年时,青藏高原中东部大部水汽异常辐散,区域内的季风水汽输送减弱,西风带和东风带均向赤道移动减弱,高层为气旋式环流异常。通过风暴轴、波作用通量和E-P通量进一步分析发现,当北大西洋地区风暴轴偏强（偏弱）时,瞬变扰动作用加强（减弱）,使得北大西洋地区高纬度西风加速（减弱）,急流出口区的不稳定能量激发了欧洲西北部的异常反气旋（异常气旋）,并通过Rossby波列调控季风输送,导致了青藏高原中东部地区强降水的变化。  相似文献   

那曲高寒草地总体输送系数及地面热源特征     

郑汇璇  胡泽勇  孙根厚  谢志鹏  严晓强  王奕丹  付春伟 《高原气象》2019,38(3):497-506

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站那曲/BJ观测点的野外观测数据,估算了青藏高原那曲地区典型高寒草地下垫面的热量和水汽总体输送系数以及地表大气相对湿度因子,在此基础上利用中国气象局那曲气象站1980-2016年的常规业务观测数据,采用总体输送法计算并分析了那曲高寒草地地表通量特征。研究结果表明:(1)那曲/BJ观测点地表大气相对湿度因子γ的数值在33%~62%,9月最大,2月最小,热量和水汽输送系数CH和Cλ的季节变化范围分别在1.6×10^-3~2.7×10^-3和1.0×10^-3~2.0×10^-3,两者存在较大的差异。(2)1980-2016年那曲高寒草地感热通量总体呈现减弱趋势,而潜热通量呈现增强趋势,导致地面热源变化趋势不明显;分阶段来看,感热通量的变化在2004年前后发生转折,转折点前后的趋势为先减弱后增加,潜热通量在1994-2005年下降趋势明显,这也导致地面热源在1995-2005年有一个明显的减少。(3)年内季节变化上潜热通量相较于感热通量更明显,地面热源的季节变化更依赖于潜热通量的季节变化。  相似文献   

两次强降水过程雨滴谱特征及差异     

李侠丽  潘先洁  童应祥  倪婷  黄国贵  李景安  陶杰  姚祎  凌新锋 《气象科技》2019,47(2):322-328

利用寿县观测站内的Parsivel激光雨滴谱仪结合观测站雨量数据及雷达基数据,分析了发生在2015年6月26—30日梅雨期间和2015年8月7—10日超强台风"苏迪罗"影响期间2次强降水过程的雨滴谱结构特征及其差异,拟合了雨强与雷达反射率因子之间的关系。结果表明:雨强的大小直接影响雨滴谱的特征参量,且随着雨强增大而增大;梅雨锋暴雨中1.0mm直径≤1.5mm的粒子所占比例最多,雨强贡献率最大;台风雨中0.75mm直径≤1.0mm的粒子所占比例最多,但1.0mm直径≤1.25mm的粒子对雨强的贡献最大,说明较大粒子对强降水的贡献较大。  相似文献   

浙中一次多风暴类型强对流天气成因及多普勒雷达特征     

方桃妮  张小泉  叶妍婷  傅帅 《气象科技》2019,47(5):851-858

利用常规资料、区域自动站加密资料、探空资料、GFS 0.25°×0.25°逐6h的分析场数据和SB多普勒天气雷达资料对2018年5月18日发生在浙中地区的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:此次过程产生了脉冲风暴、中等到强多单体风暴和飑线这3种风暴类型,分别出现冰雹、大范围强降水和雷雨大风等强天气。3种风暴的雷达回波在回波形态、强度、垂直结构、平均径向速度、垂直累积液态水含量VIL等特征如下:①脉冲风暴呈块状,初始回波高度在6～9km,强回波所在高度在-10℃等温线附近,强回波值达60dBz以上,VIL值出现跃升且最大值在50kg·m-2以上,冰雹出现在反射率因子核和VIL值迅速下降之后;②中等到强多单体风暴呈带状,大降水效率和"列车效应"是发生大范围强降水的主要原因,雷雨大风天气则与反射率因子核迅速下降、MARC、低层强辐散区有关;③飑线呈弓形回波形态,移速快,引起了大范围的雷雨大风天气。此次过程影响系统多,天气复杂,存在较大预报难点,在短时临近预报技术研究上有重要借鉴意义。  相似文献   

冬季北半球风暴轴的多尺度能量变化特征及其可能机制     

李欣  朱伟军 《气象科学》2019,39(2):143-152

基于1971—2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料通过多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了风暴轴区域多尺度的能量变化特征及其可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,风暴轴的动能来源主要表现为在风暴轴中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在风暴轴主体区再由天气尺度有效位能转换为天气尺度动能,其中风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。(2)北半球三大风暴轴联合EOF结果表明:第一模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度的减弱(增强),同时伴随着北大西洋风暴轴位置北抬(南压);第二模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴强度减弱(增强),同时北太平洋风暴轴位置北抬(南压)中东部强度增强(减弱),而北大西洋风暴轴位置南压(北抬)。(3)回归分析表明:北半球风暴轴异常在不同模态下与低频尺度环流联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。  相似文献   

太平洋年代际振荡对冬季北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响          下载免费PDF全文

朱伟军  曹煜晨  李天宇  祁春娟 《大气科学学报》2019,42(6):892-901

利用NCEP/NCAR提供的再分析资料和NOAA提供的海温资料分析太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)不同位相的年代际背景下北半球海气耦合关系的异常与风暴轴协同变化的联系,主要结果如下:1)冬季太平洋年代际振荡与北半球两大洋风暴轴协同变化之间存在显著的相关关系,当PDO暖位相时,对应两大洋风暴轴南北位置反向的异常变化,其中北太平洋风暴轴偏南且中东部减弱,北大西洋风暴轴偏北且中东部增强,PDO冷位相时相反。2)PDO为暖位相时,对应El Niňo型海温异常,北大西洋海温呈三极型,平均槽脊加强,经向环流增强,极涡收缩,北太平洋风暴轴南压,大西洋风暴轴则北抬,此时欧亚大陆北部和北美大陆大部分地区温度异常升高,亚洲南部、非洲北部及巴伦支海以北的高纬温度异常降低,北美西南部和格陵兰岛附近温度也为异常降低,PDO冷位相时相反。  相似文献