Characterization of sudden and sustained base flow jump hydrologic behaviour in the humid seasonal tropics of the Panama Canal Watershed     

Yanyan Cheng  Fred L. Ogden  Jianting Zhu 《水文研究》2020,34(3):569-582

Base flows are important for tropical regions with pronounced dry seasons, which are facing increasing water demands. Base flow generation, however, is one of the most challenging hydrological processes to characterize in the tropics. In many years during the May–December wet season in the Panama Canal Watershed (PCW), base flows in rivers abruptly increase. This increase persists until the start of the December–April dry season. Understanding this unusual base flow jump (BFJ) behaviour is critical to improve water provisioning in the seasonal tropics, especially during droughts and extended dry seasons. This study developed an integrated approach combining piecewise regression on cumulative average base flow and sensitivity analysis to calculate the timing and magnitude of BFJ. Rainfall, forest cover, mean land surface slope, catchment area, and estimated subsurface storage were tested as predictors for the occurrence and magnitude of the BFJs in seven subcatchments of the PCW. Sensitivity analysis on correlated predictors allowed ranking of predictor contributions due to isolated and cross-correlation effects. Correlations between observed BFJs and BFJs predicted by watershed and rainfall-related predictors were 0.92 and 0.65 for BFJ timing and magnitude, respectively. Forest cover was the second most significant predictor after cumulative rainfall for jump magnitude, owing to larger subsurface storage and groundwater recharge in forests than pastures. Catchments in the mountainous eastern PCW always generated larger jumps due to their higher rainfall and greater forest cover than the western PCW catchments. The cross-correlations between predictors contributed to more than 50% of the jump variances. The results demonstrate the importance of rainfall gradient and catchment characteristics in affecting the sudden and sustained BFJs, which can help inform land management decisions intended to enhance water supplies in the tropics. This study underscores the need for more research to further understand the hydrological processes involved in the BFJ phenomenon, including better BFJ models and field characterizations, to help improve tropical ecosystem services under a changing environment.  相似文献   

Sentinel-2卫星落叶松林龄信息反演   总被引：1，自引：0，他引：1  

唐少飞  田庆久  徐凯健  徐念旭  岳继博 《遥感学报》2020,24(12):1511-1524

林龄结构信息能够有效反映区域森林群落不同生长阶段的固碳能力，对于评估森林生态系统的健康状况具有重要意义。本研究以中国温带典型优势树种落叶松林为研究对象，分别选择其芽萌动期、展叶期和落叶期时段的Sentinel-2影像，采用多元线性回归（MLR）、随机森林（RF）、支持向量机回归（SVR）、前馈反向传播神经网络（BP）以及多元自适应回归样条（MARS）等5种方法依次构建落叶松林龄反演模型。通过相关性分析首先确定最佳遥感反演物候期，并在此基础上根据相关性差异筛选出5个最优特征变量用于模型反演，分别为冠层含水量（CWC），归一化水体指数（NDWI），叶面积指数（LAI），光合有效辐射吸收率（FAPAR）和植被覆盖度（FVC）。研究结果表明，展叶期为落叶松林最佳遥感反演物候期。除植被衰减指数（PSRI）以及落叶期的NDVI、RVI外，落叶松林龄与各指标之间均呈负相关关系，其中与冠层含水量（CWC）的相关性最高，pearson相关系数达到-0.74（p<0.01）。此外，不同模型反演结果表明，随机森林模型（RF）为最佳落叶松林龄估测模型，其平均决定系数R²和平均均方根误差RMSE分别为0.89和2.91 a；多元线性回归模型（MLR）的林龄估测结果最差，其平均决定系数R²和平均均方根误差RMSE仅为0.57和5.69 a，非线性模型能更好的解释林龄与建模变量之间的关系。  相似文献   

筋土界面特性宏细观分析试验仪器研制与应用     

易富  杜常博  王政宇  于犇 《煤田地质与勘探》2020,48(1):174-182

为了更全面地分析筋土界面相互作用特性，改制了一台可视加筋土界面特性宏细观分析的试验仪器，可开展不同土工合成材料与填料的直剪和拉拔试验；该仪器改进了试验箱的尺寸，可方便两种试验的对比分析，增加了图像摄录系统，可进行试验过程的细观分析。使用新研制仪器分别进行了土工合成材料（土工格栅和土工布）加筋尾矿砂的直剪和拉拔试验，试验结果表明:两种试验条件下，土工格栅与尾矿的界面参数（似黏聚力和似摩擦角）及似摩擦系数均比土工布与尾矿的界面参数和似摩擦系数大；直剪试验下筋材网孔的有无对筋-尾矿界面参数均有较大影响，拉拔试验下筋材网孔有无对筋-尾矿界面参数似黏聚力的影响较为显著，对似摩擦角的影响较小。随着宏观变量法向应力的增加，细观参数孔隙率减小，平均接触数增加，反映在宏观上的现象就是填料颗粒被压密，筋材需要克服的阻力增大。该试验仪器能够较好地分析筋土界面宏细观特性，获得关键技术指标以用于加筋结构的设计。   相似文献   

城市居民日常身体活动时空分异特征及影响因素   总被引：2，自引：2，他引：0  

姜玉培  甄峰  赵梦妮  曹晨 《地理科学》2019,39(9):1496-1506

依托南京主城区居民日常身体活动调查数据,基于身体活动时空维度,挖掘城市居民日常身体活动时空分异特征,并采用混合效应模型探究身体活动分异的影响因素。研究表明：① 居民日常身体活动时空异质特征明显。工作日/非工作日不同类型身体活动时间安排及个体间差异均显著;工作性、交通性、家务性身体活动空间制约明显,而休闲性身体活动空间分布更具弹性;与工作日相比,非工作日不同类型身体活动空间范围变化收敛与扩散特征并存。② 活动空间范围、个人社会经济属性、自身健康状况对居民日常身体活动分异均具有显著影响。具体而言,居民日常活动空间范围决定身体活动的空间适应与选择;社会分工差异导致不同性别、年龄人群身体活动具有指向性;身体活动时间出现与个人社会经济实力倒置现象;而良好健康状态会激励居民日常身体活动的保持。  相似文献   

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览   总被引：2，自引：2，他引：0  

魏泽勋  郑全安  杨永增  刘克修  徐腾飞  王凡  胡石建  谢玲玲  李元龙  杜岩  周磊  林霄沛  胡建宇  朱建荣  李均益  张正光  侯一筠  刘泽  田纪伟  黄晓冬  管玉平  刘志宇  杨庆轩  赵玮  宋振亚  刘海龙  董昌明  于卫东  连涛  陈朝晖  史久新  雷瑞波  刘煜  于福江  尹宝树  陈戈  王岩峰  李整林  熊学军  汪嘉宁  李晓峰  王永刚 《海洋学报》2019,41(10):23-64

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。  相似文献   

Sediment flux-driven channel geometry adjustment of bedrock and mixed gravel–bedrock rivers     

Edwin R.C. Baynes  Dimitri Lague  Philippe Steer  Stéphane Bonnet  Luc Illien 《地球表面变化过程与地形》2020,45(14):3714-3731

Sediment supply (Q_s) is often overlooked in modelling studies of landscape evolution, despite sediment playing a key role in the physical processes that drive erosion and sedimentation in river channels. Here, we show the direct impact of the supply of coarse-grained, hard sediment on the geometry of bedrock channels from the Rangitikei River, New Zealand. Channels receiving a coarse bedload sediment supply are systematically (up to an order of magnitude) wider than channels with no bedload sediment input for a given discharge. We also present physical model experiments of a bedrock river channel with a fixed water discharge (1.5 l min⁻¹) under different Q_s (between 0 and 20 g l⁻¹) that allow the quantification of the role of sediment in setting the width and slope of channels and the distribution of shear stress within channels. The addition of bedload sediment increases the width, slope and width-to-depth ratio of the channels, and increasing sediment loads promote emerging complexity in channel morphology and shear stress distributions. Channels with low Q_s are characterized by simple in-channel morphologies with a uniform distribution of shear stress within the channel while channels with high Q_s are characterized by dynamic channels with multiple active threads and a non-uniform distribution of shear stress. We compare bedrock channel geometries from the Rangitikei and the experiments to alluvial channels and demonstrate that the behaviour is similar, with a transition from single-thread and uniform channels to multiple threads occurring when bedload sediment is present. In the experimental bedrock channels, this threshold Q_s is when the input sediment supply exceeds the transport capacity of the channel. Caution is required when using the channel geometry to reconstruct past environmental conditions or to invert for tectonic uplift rates, because multiple configurations of channel geometry can exist for a given discharge, solely due to input Q_s. © 2020 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd  相似文献   

Cotton canopy reflectance under variable solar zenith angles: Implications of use in evapotranspiration models     

Christopher M. U. Neale  Maria P. Gonzalez-Dugo  Angelica Serrano-Perez  Isidro Campos  Luciano Mateos 《水文研究》2021,35(6):e14162

Evapotranspiration (ET) is an important parameter in hydrologic processes and modelling. In agricultural watersheds with competing uses of fresh water including irrigated agriculture, estimating crop evapotranspiration (ET_c) accurately is critical for improving irrigation system and basin water management. The use of remote sensing-based basal crop coefficients is becoming a common method for estimating crop evapotranspiration for multiple crops over large areas. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI), based on reflectance in the red and near-infrared bands, are commonly used for this purpose. In this paper, we examine the effects of row crop orientation and soil background darkening due to shading and soil surface wetness on these two vegetation indices through modelling, coupled with a field experiment where canopy reflectance of a cotton crop at different solar zenith angles, was measured with a portable radiometer. The results show that the NDVI is significantly more affected than the SAVI by background shading and soil surface wetness, especially in north–south oriented rows at higher latitudes and could lead to a potential overestimation of crop evapotranspiration and irrigation water demand if used for basal crop coefficient estimation. Relationships between the analysed vegetation indices and canopy biophysical parameters such as crop height, fraction of cover and leaf area index also were developed for both indices.  相似文献   

基于森林模型参数先验知识估算高分辨率叶面积指数   总被引：1，自引：0，他引：1  

张静宇  王锦地  石月婵 《遥感学报》2020,24(11):1342-1352

目前，估算高分辨率叶面积指数LAI（Leaf Area Index）的常用方法是采用大量地面测量数据和遥感数据建立统计模型，再用统计模型估算LAI。然而，与农田地面测量实验相比，森林地面测量实验获取的观测数据更加有限，这使得基于统计模型的森林高分辨率LAI的估算精度低，难以满足应用需求。为此，本文提出一种基于森林模型参数先验知识、使用森林研究区少量的LAI地面测量数据和归一化植被指数NDVI数据估算森林高分辨率LAI的方法。首先，获取全球20个森林实验区的LAI地面测量数据和NDVI数据，建立LAI-NDVI统计模型并提取森林模型参数的先验知识。然后，以一个新的森林站点Concepción作为研究区，将该研究区的数据分为建模数据和验证数据两个部分。使用研究区有限的建模数据对森林模型参数先验知识进行本地化校正得到优化模型，优化模型用于估算森林高分辨率LAI，使用验证数据评价LAI的估算精度。同时，选取了Camerons站点、Gnangara站点、Hirsikangas站点评价本文方法的LAI估算精度。使用地面测量LAI验证基于森林模型参数先验知识估算高分辨率LAI的结果精度，经验证4个森林站点的均方根误差分别为0.6680，0.4449，0.2863，0.5755。研究结果表明：在仅有少量观测数据时，采用本方法能有效地提高森林高分辨率LAI的估算精度。因此，本方法可为森林高分辨率LAI的遥感估算提供参考。  相似文献   

西南某岩溶区地下水系统示踪试验与解析     

张浪  李俊  潘晓东  黄晓荣  彭聪 《中国岩溶》2020,39(1):42-47

以西南某典型岩溶区为例,解析示踪试验在岩溶管道连通性以及获取水文地质参数中的应用。选择落水洞为投放点,分别从落水洞西侧和东侧寻找地下水出露点作为接收点,判别落水洞地下径流的实际去向以及落水洞与接收点之间的水力联系。结合Qtracer2软件对示踪试验成果进行定量解析,确定示踪剂回收率、地下水平均流速、最快流速,估算出岩溶管道结构特征和水文地质参数。结果表明:落水洞与接收点JS01、JS03之间不存在直接水力联系;落水洞与接收点JS02存在水力联系且岩溶管道极为发育,含水介质不均匀,地下水运移路径较为通畅,为典型的紊流流态;落水洞地下径流的主要方向是由西向东,但在丰水期雨量较大期间,接收点JS04能够接收到荧光素钠,说明丰水期水位上涨后两者间会有水力联系,导致部分水量向落水洞西侧排泄。  相似文献   

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义     

张运林  秦伯强  朱广伟 《湖泊科学》2020,32(5):1348-1359

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.  相似文献