An experimental investigation of the effects of thawed soil depth on rill flow velocity     

Xiaofeng Gao  Xiaonan Shi  Tingwu Lei  Huaqing Liu  Jiahui Yang 《水文研究》2021,35(2):e14043

Water flow velocity is an important hydraulic variable in hydrological and soil erosion models, and is greatly affected by freezing and thawing of the surface soil layer in cold high-altitude regions. The accurate measurement of rill flow velocity when impacted by the thawing process is critical to simulate runoff and sediment transport processes. In this study, an electrolyte tracer modelling method was used to measure rill flow velocity along a meadow soil slope at different thaw depths under simulated rainfall. Rill flow velocity was measured using four thawed soil depths (0, 1, 2 and 10 cm), four slope gradients (5°, 10°, 15° and 20°) and four rainfall intensities (30, 60, 90 and 120 mm·h⁻¹). The results showed that the increase in thawed soil depth caused a decrease in rill flow velocity, whereby the rate of this decrease was also diminishing. Whilst the rill flow velocity was positively correlated with slope gradient and rainfall intensity, the response of rill flow velocity to these influencing factors varied with thawed soil depth. The mechanism by which thawed soil depth influenced rill flow velocity was attributed to the consumption of runoff energy, slope surface roughness, and the headcut effect. Rill flow velocity was modelled by thawed soil depth, slope gradient and rainfall intensity using an empirical function. This function predicted values that were in good agreement with the measured data. These results provide the foundation for a better understanding of the effect of thawed soil depth on slope hydrology, erosion and the parameterization scheme for hydrological and soil erosion models.  相似文献   

Satellite Observations of Reflectivity Maxima above the Freezing Level Induced by Terrain     

Aoqi ZHANG  Weibiao LI  Shumin CHEN  Yilun CHEN  Yunfei FU 《大气科学进展》2021,38(4):627-640

Previous studies have recognized reflectivity maxima above the freezing level(RMAF) within stratiform precipitation over mountain slopes, however, quantitative studies are limited due to the lack of adequate identification criteria. Here, we establish an identification method for RMAF precipitation and apply it to the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) Precipitation Radar(PR) observations. Using the TRMM 2A25 product from 1998 to 2013, we show that the RMAF structure in reflectivity profiles can be effectively identified. RMAF exists not only in stratiform precipitation but also in convective precipitation. RMAF frequency is positively correlated with elevation, which is thought to be caused by enhanced updrafts in the middle layers of stratiform precipitation, or in the low to middle layers of convective precipitation over mountains. The average RMAF heights in stratiform and convective precipitation were 1.35 and 2.01 km above the freezing level, respectively, which is lower than previous results. In addition, our results indicate that the RMAF structure increased the echo top height and enhanced precipitation processes above the RMAF height, but it suppressed the downward propagation of ice particles and the near-surface rain rate. Future studies of orographic precipitation should take into account the impact of the RMAF structure and its relevant dynamic triggers.  相似文献   

人工冻土观测的冻点对应的土壤温度研究     

孙艳云  苗传海  丛郁  王若男  侯畅  韩莹  李琳  肖楠舒 《气象与环境学报》2021,37(3):102-109

基于2018年12月至2020年3月喀左、沈阳、辽阳、满洲里4个国家级地面气象站人工冻土器与测温式冻土自动观测仪观测的资料,对人工冻土观测获得的冻点与测温式冻土自动观测仪获得的相应深度的温度进行对比分析。结果表明：人工冻土器获取的冻点对应的土壤温度与0℃总体一致,又不完全重合;0—35 cm深度范围,冻点对应的温度变化范围为-2~6℃,呈现跳跃性变化。35 cm以下深度范围,冻土冻点对应的温度变化范围为-0.5~1.0℃;融化过程冻点对应的平均温度高于冻结过程冻点对应的平均温度。从完全融化时间上来看,人工冻土器观测到的完全融化时间晚于测温式冻土仪0℃线完全消失的时间。人工冻土观测的实质是获得土壤温度0℃点所在位置。灌注不同台站水的冻土器内管在相同的温度环境下,冻结与融化状态无明显区别;人工冻土器内管冻结过程是温度和持续时间双重作用的结果,深层土壤温度变化缓慢,使得内管中的水冻结和融化需要的时间长。另外,作为接触式测温设备,减小外因产生的时滞是提高其灵敏度的重要环节,建议测温式冻土仪的外管壁使用温度滞后效应更小的金属外管。  相似文献   

1901—2018年三江源地区大气冻融指数变化特征     

陈方方  罗栋梁  刘磊  金会军  李超 《冰川冻土》2021,43(2):417-426

三江源地区是我国重要生态安全屏障,冻土是其高寒生态系统的重要组成部分,冻土的变化深刻影响高寒生态系统固碳及水源涵养。基于英国东英吉利大学（University of East Anglia,UEA）气候研究中心（Climatic Research Unit,CRU）月平均气温再分析资料,利用线性倾向法和滑动平均法并结合GIS空间分析和制图,计算并分析了三江源地区1901—2018年冻融指数变化趋势及其空间分布特征。结果表明：三江源地区冻结指数在1901—2018年整体以-1.1 ℃·d·a^-1的斜率呈波动减少趋势,经历了三个波动变化阶段：1901—1943年的下降（-3.4 ℃·d·a^-1）、1943—1966年的升高（8.8 ℃·d·a^-1）、1966—2018年的再次下降（-4.3 ℃·d·a^-1）。融化指数与冻结指数的变化相反,整体以0.34 ℃·d·a^-1的斜率呈波动上升趋势,呈现升高（1901—1943年,3.3 ℃·d·a^-1）、下降（1943—1981年,-3.1 ℃·d·a^-1）、再次升高（1981—2018年,2.9 ℃·d·a^-1）的趋势。在空间分布上,自西向东随海拔和多年冻土连续性降低,冻结指数由3 400 ℃·d递减到600 ℃·d,融化指数由接近0 ℃·d增加到1 800 ℃·d。长江源区冻结指数最大,融化指数最小;黄河源区冻结指数最小,融化指数最大。研究成果可为三江源地区冻土变化及其对高寒生态环境的影响研究提供科学借鉴。  相似文献   

1977 - 2017年雅江流域中下游大气/地面冻融指数时空变化特征     

刘磊  罗栋梁 《冰川冻土》2020,42(3):812-822

冻结指数是某个地区冻结期长短和严寒程度的综合表征， 融化指数是某个地区融化期长短及正积温高低的综合度量， 冻融指数也是计算活动层厚度和季节冻结深度的关键参数， 并可用于多年冻土分布预报。利用雅鲁藏布江（雅江）流域中下游11个气象站点的逐日气温、 地面温度数据计算了1977 - 2017年大气及地面冻融指数， 并分析其时空变化趋势。结果表明： 雅江流域中下游近40年来冻结指数呈显著下降趋势， 大气冻结指数、 地面冻结指数、 大气融化指数、 地面融化指数多年变化范围分别为208.4 ~ 508.0、 136.9 ~ 371.0、 2 171.8 ~ 2 499.8、 3 350.2 ~ 4 315.2 ℃·d； 其气候倾斜率分别为-36.6、 -48.7、 90.7、 115.8 ℃·d·（10a）^-1。雅江流域大气和地面冻结指数以海拔4 488.8 m的嘉黎最大， 海拔2 991.9 m的林芝最小； 大气和地面融化指数则以海拔3 560 m的泽当最大， 海拔4 488.8 m的嘉黎最小。流域内大气负温日数变化规律与地面负温日数变化趋势基本一致， 其气候倾向率分别是-6.28 d·（10a）^-1和-5.57 d·（10a）^-1。研究结果可为雅江流域冻土预报， 冻融作用所形成的冰缘地貌研究及其引发的地质灾害如冻融滑塌、 冻融泥流等灾害的监测与预防提供借鉴。  相似文献   

An Investigation of the Factors Affecting Saline Ice Melting Processes and Desalination          下载免费PDF全文

Yue Zhang  Jingsong Yang  Rongjiang Yao 《洁净——土壤、空气、水》2018,46(8)

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制备TJ-1模拟月壤空心圆柱试样的新方法   总被引：1，自引：0，他引：1  

李立青  蒋明镜  苏佳兴  吴晓峰 《冰川冻土》2011,33(4):927-932

针对TJ-1模拟月壤颗粒级配跨度大、粒径〉2mm．的颗粒含量多,采用常规方法制备空心圆柱试样容易出现粗细颗粒分离、试样整体不均匀的特点,提出改良型制备方法．首先采用分层欠压法与冰冻法相结合制备出孔隙比e=1．0的实心圆柱试样,并对实心样的均匀性进行评价,得到分层制备相同孔隙比的TJ-1模拟月壤均匀试样时每层试样的高度;...  相似文献   

冷冻管直径对冻土冻结影响规律的试验研究          下载免费PDF全文

戚波  赵大军  潘殿琦  袁鹏 《探矿工程》2015,42(8):75-79

近年来冻结施工方法越来越多地使用在城市土木工程施工中,但由于受冻土冻结理论基础的缺失和研究方法的局限,长时间以来人们对冻结法的设计始终没有找到较为理想的方案,参数变量选取遇到很大困难,同时在施工阶段没有较为标准统一的技术规范参照,使得该工法的实际应用往往出现工程量浪费、施工混乱和工程质量无保障等情况,而其中冷冻管直径是主要影响参数。通过同轴管土体冻结试验的研究,采用不同直径的冷冻管进行冻结试验,利用Fluent模型分析冻结过程的温度场分布规律,确定了最优冷冻管管径的选择方法,为冻结法的设计及施工提供依据。  相似文献   

低温雨雪过程的粒子群-神经网络预报模型   总被引：3，自引：0，他引：3       下载免费PDF全文

陆虹  翟盘茂  覃卫坚  金龙  谢敏  钱晰  赵华生 《应用气象学报》2015,26(5):513-524

利用逐日气温和降水量数据、NCEP/NCAR再分析资料以及预报场资料,通过分析提取我国南方区域持续性低温雨雪过程及其预报因子,使用粒子群-神经网络方法建立非线性的统计集合预报模型 (PSONN-EPM),对我国南方区域持续性低温雨雪过程进行预报试验。结果表明:以过程的冷湿程度及影响范围为标准,将低温雨雪过程分为一般过程和严重过程,并建立不同的预报模型效果较好。通过10 d独立样本预报试验看,基于粒子群-神经网络方法建立的集合预报模型比基于逐步回归方法建立的预报模型的预报平均相对误差小,对严重过程预报能力高于对一般过程预报,且这种非线性统计集合建模方法在建模过程中不需要调整神经网络参数,在实际预报业务中值得尝试。  相似文献   

陆面过程模型中垂直非均匀土壤的水分传输及相变的模拟   总被引：1，自引：0，他引：1  

李倩  孙菽芬 《大气科学》2015,39(4):827-838

土壤湿度在陆气相互作用中的重要性体现在它既能影响陆地和大气之间水循环的速率, 又能改变地表的能量分配。本文针对陆面过程模型中描述土壤湿度变化的方程进行了理论分析, 指出在非均匀土壤和冻土中采用土壤水势梯度描述垂直非均匀土壤水分流动的合理性。基于描述土壤内部水热传输的统一土壤模型, 并利用推广的表征土壤水分特征的Clapp-Hornberger关系式, 研究了非冻结和冻结的土壤湿度对于垂直非均匀土壤的敏感性。结果表明, 由土壤质地决定的土壤水势和导水率对土壤湿度的模拟有重要的影响。具体地, 在决定土壤性质的Clapp-Hornberger关系式中, 与土壤质地有关的饱和水势、饱和导水率以及土壤孔隙大小分布指数B, 对土壤湿度的模拟起到了关键作用。参数B的重要性尤为突出, 它的增加会引起导水率的大大下降, 从而对水分在土壤中的垂直分布产生重要影响。饱和水势的绝对值和参数B的增加会使得土壤水势绝对值增加明显, 使土壤的结冰(融化)过程延迟, 土壤温度因为没有结冰(融化)释放(吸收)的潜热加热(冷却)而持续下降(上升), 因此在冻融时期土壤温度会比观测值振幅偏大。上述结果揭示了考虑土壤垂直非均匀性并采用有效的土壤特性参数对于陆面过程模型的重要性。  相似文献