Spatial and temporal analysis of hillslope–channel coupling and implications for the longitudinal profile in a dryland basin          下载免费PDF全文

Katerina Michaelides  Rory Hollings  Michael Bliss Singer  Mary H. Nichols  Mark A. Nearing 《地球表面变化过程与地形》2018,43(8):1608-1621

The long‐term evolution of channel longitudinal profiles within drainage basins is partly determined by the relative balance of hillslope sediment supply to channels and the evacuation of channel sediment. However, the lack of theoretical understanding of the physical processes of hillslope–channel coupling makes it challenging to determine whether hillslope sediment supply or channel sediment evacuation dominates over different timescales and how this balance affects bed elevation locally along the longitudinal profile. In this paper, we develop a framework for inferring the relative dominance of hillslope sediment supply to the channel versus channel sediment evacuation, over a range of temporal and spatial scales. The framework combines distinct local flow distributions on hillslopes and in the channel with surface grain‐size distributions. We use these to compute local hydraulic stresses at various hillslope‐channel coupling locations within the Walnut Gulch Experimental Watershed (WGEW) in southeast Arizona, USA. These stresses are then assessed as a local net balance of geomorphic work between hillslopes and channel for a range of flow conditions generalizing decadal historical records. Our analysis reveals that, although the magnitude of hydraulic stress in the channel is consistently higher than that on hillslopes, the product of stress magnitude and frequency results in a close balance between hillslope supply and channel evacuation for the most frequent flows. Only at less frequent, high‐magnitude flows do channel hydraulic stresses exceed those on hillslopes, and channel evacuation dominates the net balance. This result suggests that WGEW exists mostly (~50% of the time) in an equilibrium condition of sediment balance between hillslopes and channels, which helps to explain the observed straight longitudinal profile. We illustrate how this balance can be upset by climate changes that differentially affect relative flow regimes on slopes and in channels. Such changes can push the long profile into a convex or concave condition. © 2018 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd.  相似文献   

吕宋和台湾岛以东黑潮季节与年际变化规律的对比分析     

武杰  张林林  闫晓梅 《海洋与湖沼》2020,51(4):839-850

黑潮是北太平洋副热带环流系统的一支重要的西边界流。前人对不同流段黑潮的季节和年际变化进行了诸多研究,然而基于不同数据所得结论仍存在差异,尤其是不同模式计算所得流量差别很大,而且以往研究往往着眼于某一流段,对不同流段黑潮变化之间的异同及其原因涉及较少。本文基于卫星高度计数据,评估了OFES(Ocean generalcir culation model For the Earth Simulator)和HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)两个模式对吕宋岛和台湾岛以东黑潮季节与年际变化的模拟能力,进而对两个海域黑潮变化的异同及其物理机制进行了分析。结果表明:HYCOM模式对黑潮季节变化的模拟较好,而OFES模式对黑潮年际变化的模拟较好。吕宋岛以东黑潮和台湾岛以东黑潮在季节与年际尺度上的变化规律均不相同,且受不同动力过程控制。吕宋岛以东黑潮呈现冬春季强而秋季弱的变化规律,主要受北赤道流分叉南北移动的影响;而台湾岛以东黑潮呈现夏季强冬季弱的变化特点,主要受该海区反气旋涡与气旋涡相对数目的季节变化影响。在年际尺度上,吕宋岛以东黑潮与北赤道流分叉及风应力旋度呈负相关,当风应力旋度超前于流量4个月时相关系数达到了-0.56;而台湾岛以东黑潮的流量变化则受制于副热带逆流区涡动能的变化,且滞后于涡动能9个月时达到最大正相关,相关系数为0.44。本研究对于深入理解不同流段黑潮的多尺度变异规律及其对邻近海区环流与气候的影响具有重要意义,同时对于黑潮研究的数值模式选取具有重要参考价值。  相似文献   

闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应   总被引：1，自引：0，他引：1  

王爱军  叶翔  赖志坤  王亮 《海洋与湖沼》2020,51(5):1013-1024

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。  相似文献   

基于拉格朗日拟序结构的黑潮区域海流运输结构提取和分析     

田丰林  任一丹  何遒  陈戈 《海洋学报》2020,42(5):12-21

海流的拉格朗日运动对于研究物质输送有着重要意义，拉格朗日拟序结构(LCSs)作为研究海流结构的新型方法，相比于传统欧拉方法更为客观。本文提出了一种新的计算LCSs束的方法，基于25年的平均速度场，利用变分方法计算得到黑潮区域的气候态LCSs，并通过简化合并的方法得到了气候态LCSs束，该LCSs束能够突出地显示出海流特性和运输模式，其代表的平均拉格朗日环流有很强的约束作用，且具有鲁棒性。最终我们获得了气候态下12个月份的流场结构图，揭示了月周期性拉格朗日环流规律。本文还利用虚拟粒子输运、多年浮标轨迹以及气候态温盐异常3种方法进行了验证，与拉格朗日运输模式相吻合，证明了海流拉格朗日拟序结构的准确性和可靠性。  相似文献   

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响     

王乐  张录军  杨文发 《海洋学报(英文版)》2020,39(8):14-23

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料，分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主，其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道，二者之间存在反位相的协同变化，且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月，AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化，这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常，同时影响途经区域的气温，从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送，从极区输出的热量为冷输送，则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷，而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时，有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少；当G区输入、B区输出热量时，利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少；当B区和G区均输出热量时，利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多，反之则相反。  相似文献   

基于拉格朗日拟序结构的吕宋海峡表层水交换研究     

郑哲昊  庄伟  胡建宇  吴泽轮  刘长建 《海洋学报(英文版)》2020,39(11):21-32

黑潮通过吕宋海峡入侵南海呈现明显的瞬态特征。以往的研究通常将黑潮在吕宋海峡附近的流态分为几种不同类型。本文基于表层地转流计算得到的有限时间李雅普诺夫指数场（FTLE），展示了拉格朗日视角下的吕宋海峡上层水交换特征。从FTLE场提取的拉格朗日拟序结构（LCSs）很好地识别了吕宋海峡附近的典型流态和旋涡活动。此外，这些LCSs还揭示了吕宋海峡周围复杂的输运路径和流体域，这些特征得到了卫星跟踪浮标轨迹的验证，且从流速场中是无法直接识别的。FTLE场显示，吕宋海峡附近表层水体的输运形态主要可分为四类。其中，黑潮直接向北流动的“跨越”形态和顺时针旋转的“流套”形态的发生频次明显高于直接进入南海的黑潮分支“渗入”形态和南海水流出至太平洋的“外流”形态。本文还进一步分析了黑潮在吕宋海峡处的涡旋脱落事件，突出强调了LCSs在评估涡旋输运方面的重要性。反气旋涡旋的脱落个例表明，这些涡旋主要源自黑潮“流套”，涡旋脱落之前可有效地俘获黑潮水。LCS所指示的输运通道信息有助于预测最终被反气旋涡所挟卷水体在上游的位置。而在气旋涡的形成过程中，LCS的分布特征表明，大部分气旋涡并未与黑潮水的输运路径相连通。因此，气旋涡对从太平洋到南海的上层水交换的贡献较小。  相似文献   

Distinguishing the Regional Atmospheric Controls on Precipitation Isotopic Variability in the Central-Southeast Portion of Brazil     

Vinícius dos SANTOS  Peter MARSHALL FLEMING  Luís HENRIQUE MANCINI  Stela DALVA SANTOS COTA  Graziele Beatriz de LIMA  Rafaela RODRIGUES GOMES  Roberto Eduardo KIRCHHEIM  Ricardo SANCHéZ-MURILLO  Didier GASTMANS 《大气科学进展》2022,39(10):1693-1708

Precipitation isotope ratios (O and H) record the history of water phase transitions and fractionation processes during moisture transport and rainfall formation. Here, we evaluated the isotopic composition of precipitation over the central-southeastern region of Brazil at different timescales. Monthly isotopic compositions were associated with classical effects (rainfall amount, seasonality, and continentality), demonstrating the importance of vapor recirculation processes and different regional atmospheric systems (South American Convergence Zone-SACZ and Cold Fronts-CF). While moisture recycling and regional atmospheric processes may also be observed on a daily timescale, classical effects such as the amount effect were not strongly correlated (δ¹⁸O-precipitation rate r ≤ –0.37). Daily variability revealed specific climatic features, such as δ¹⁸O depleted values (~ –6‰ to –8‰) during the wet season were associated with strong convective activity and large moisture availability. Daily isotopic analysis revealed the role of different moisture sources and transport effects. Isotope ratios combined with d-excess explain how atmospheric recirculation processes interact with convective activity during rainfall formation processes. Our findings provide a new understanding of rainfall sampling timescales and highlight the importance of water isotopes to decipher key hydrometeorological processes in a complex spatial and temporal context in central-southeastern Brazil.  相似文献   

雅鲁藏布江河谷盛夏降水年际变化及其与环流的联系          下载免费PDF全文

边巴卓嘎  赤曲  周顺武  吴萍  孙阳 《大气科学学报》2022,45(3):469-479

基于近57 a （1961—2017年）西藏雅鲁藏布江中游河谷地区（简称雅江河谷）4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）盛夏（7—8月）月平均降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,采用合成、相关分析等统计诊断方法,分析了雅江河谷盛夏降水的年际变化特征及其与大气环流的联系。结果表明：1）近57 a雅江河谷盛夏降水无显著线性趋势,降水主要以3～4 a显著周期的年际振荡为主。2）雅江河谷盛夏降水年际波动与区域内水汽收支的变化直接相关,其中印度半岛-东南亚异常反气旋引起的水汽输送通量和水汽在高原腹地辐合上升的动力过程是盛夏降水年际变化的主要原因。3）对流层中低层印度半岛-东南亚异常反气旋环流是该地区盛夏降水年际异常的重要水汽输送通道,该通道将西太平洋、南海和孟加拉湾等地水汽不断输送到高原,期间西太副高和伊朗高压等大尺度系统异常对水汽输送过程起到了重要作用,同时高原盛夏季风低压和南亚高压异常给水汽在高原腹地辐合抬升提供了动力条件。  相似文献   

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析          下载免费PDF全文

车少静  李想  丁婷  高辉 《大气科学学报》2021,44(6):825-834

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压（副高）偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。  相似文献   

对坡面径流挟沙力研究的几点认识   总被引：6，自引：0，他引：6       下载免费PDF全文

张光辉 《水科学进展》2018,29(2):151-158

坡面径流挟沙力是土壤侵蚀过程模型的核心输入参数。在系统界定坡面径流挟沙力概念的基础上,深入分析了坡面径流水动力学特性和泥沙特性对坡面径流挟沙力的影响及其机制,受降雨、地形、土壤、植被、土地利用、结皮形成、细沟发育和砾石出露等多种因素时空变异的综合影响,坡面径流挟沙力具有强烈的时空变化特征,导致坡面径流挟沙力的测定较为困难。将确定挟沙力常用的方法划分为河流挟沙力方程修正法、推理法、模型模拟法和测量法,比较分析了不同方法的优缺点。未来的研究应该重点关注挟沙力测定方法与技术、坡面径流输沙过程的动力机制、典型土壤的挟沙力、挟沙力方程构建与验证及变化条件下坡面径流挟沙力等方面。  相似文献