Estimation of the 3D correlation structure of an alluvial aquifer from surface-based multi-frequency ground-penetrating radar reflection data     

Zhiwei Xu  James Irving  Kyle Lindsay  John Bradford  Peimin Zhu  Klaus Holliger 《Geophysical Prospecting》2020,68(2):678-689

Knowledge about the stochastic nature of heterogeneity in subsurface hydraulic properties is critical for aquifer characterization and the corresponding prediction of groundwater flow and contaminant transport. Whereas the vertical correlation structure of the heterogeneity is often well constrained by borehole information, the lateral correlation structure is generally unknown because the spacing between boreholes is too large to allow for its meaningful inference. There is, however, evidence to suggest that information on the lateral correlation structure may be extracted from the correlation statistics of the subsurface reflectivity structure imaged by surface-based ground-penetrating radar measurements. To date, case studies involving this approach have been limited to 2D profiles acquired at a single antenna centre frequency in areas with limited complementary information. As a result, the practical reliability of this methodology has been difficult to assess. Here, we extend previous work to 3D and consider reflection ground-penetrating radar data acquired using two antenna centre frequencies at the extensively explored and well-constrained Boise Hydrogeophysical Research Site. We find that the results obtained using the two ground-penetrating radar frequencies are consistent with each other, as well as with information from a number of other studies at the Boise Hydrogeophysical Research Site. In addition, contrary to previous 2D work, our results indicate that the surface-based reflection ground-penetrating radar data are not only sensitive to the aspect ratio of the underlying heterogeneity, but also, albeit to a lesser extent, to the so-called Hurst number, which is a key parameter characterizing the local variability of the fine-scale structure.  相似文献   

生物土壤结皮对风沙土和黄绵土膨胀特性的影响     

王国鹏  肖波  李胜龙  姚小萌  孙福海 《中国沙漠》2020,40(1):97-104

作为重要的土壤物理性质，膨胀性在影响土壤导水性、持水性、抗蚀性以及土壤结构的形成和发育等方面发挥着重要作用。为了探讨生物土壤结皮（BSCs）土壤的膨胀特性及其主要影响因素，针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤，利用膨胀仪测定并比较了有、无藓结皮及其在不同因素（初始含水量、干湿循环、冻融循环、温度）下膨胀率的差异，分析了BSCs对土壤膨胀性的影响及其与环境因素和BSCs性质的关系。结果显示：风沙土上藓结皮的膨胀率为1.93%，较无结皮增加了8.65倍；而黄绵土上藓结皮的膨胀率为2.05%，与无结皮相比降低了76.68%。藓结皮的生物量和厚度与其膨胀率在风沙土上均呈线性正相关关系（P < 0.05），在黄绵土上分别呈二次函数（P=0.02）和线性正相关关系（P=0.02）。初始含水量同时影响了土壤最大膨胀率和稳定膨胀时间，影响程度风沙土远大于黄绵土（包括藓结皮和无结皮）；干湿循环次数对无结皮土壤膨胀率的影响程度大于藓结皮土壤，其中风沙土和黄绵土上无结皮的膨胀率分别是50.00%~620.00%和-2.28%~10.81%，而两种土壤上藓结皮的膨胀率分别是-5.70%~10.88%和-10.24%~-21.46%；冻融循环下4种土壤的膨胀率均有不同程度的降低，降幅为0~18.54%。黄绵土无结皮的膨胀率受温度影响程度较大，50℃下黄绵土无结皮的膨胀率分别是25℃和35℃下的1.17倍和1.21倍。BSCs显著地改变了风沙土和黄绵土表层的膨胀性，其影响的程度和方向取决于土壤类型。同时，BSCs的膨胀性受含水量、温度、干湿以及冻融循环等关键因素影响。  相似文献   

时域反射仪（TDR）测定土壤含水量标定曲线评价与方案推荐     

徐玲玲  高彩虹  王佳铭  金会军  吴青柏  DYCK Miles  何海龙 《冰川冻土》2020,42(1):265-275

时域反射仪（Time Domain Reflectometry）可用于室内和田间快速、 准确、 自动测定土壤含水量， 是目前应用最广泛的土壤含水量测定方法之一。适宜的土壤含水量标定曲线（即土壤表观介电常数和土壤含水量之间的关系）是TDR准确测定土壤含水量的关键。目前文献中存在大量的土壤含水量标定曲线， 但尚未有研究对这些标定曲线进行系统的验证和分析评价。因此， 它们的准确性和适用范围尚不明晰， 严重影响到与土壤含水量测定相关的研究。通过查阅大量国内外文献， 收集整理了一系列土壤含水量标定曲线的经验公式（19个）和半经验半物理模型（5个）， 并利用大量的文献实测数据对其进行综合评价。同时运用均方根差（RMSE）， 平均误差（AD）， 纳什效率系数（NSE）等三个指标对比分析和评价这些标定曲线的准确性和可靠性。研究结果表明： 经验公式中Topp、 Roth（1992）2、 Jacobosen、 Yoshikawa2、 Alharathi模型和半经验模型中Malicki1公式及其修订模型综合性能较好。研究成果可为利用TDR准确测定土壤含水量及土壤含水量标定曲线的选择提供参考和指导。  相似文献   

土石混合体分形几何特征与强度演化特征     

曾晋 《地质与勘探》2020,56(3):590-596

针对土石混合体的结构性特点,以含石量为20%、30%、40%、50%、60%的土石混合体为研究对象,基于多重分形原理研究多重分形特征,研究分形维数与强度之间的关系。研究表明,土石混合体具有双重分形特征,不同尺度条件下具有不同分形指标,包括块石粒度、土体粒度以及平均粒度等分形维数,与含石量相关。单轴压缩试验表明,抗压强度随含石量增加呈现先增大后减小的趋势,根据单维分形特征,确定最优含石量约为40%。建立了含石量、不同分形维数指标与抗压强度之间的关系,分析了双重因素综合影响下抗压强度的变化特征,确定了含石量与分形维数之间存在最优区域。  相似文献   

微量元素锰对底栖甲藻热带库里亚藻(Coolia tropicalis)生长及叶绿素荧光特性的影响     

刘莎莎  陈亨  黄凯旋  吕颂辉  张亮  谢学东 《热带海洋学报》2020,39(3):76-85

以热带库里亚藻(Coolia tropicalis)为研究对象, 在不同锰浓度(0、1、5、10、50μmol·L ^-1)的人工海水培养15d, 利用叶绿素荧光动力学技术研究了其生长和光合作用对不同锰环境的响应。结果表明: 1)比生长速率(μ)和最大相对电子传递速率(rETR_max)与锰浓度均呈指数关系且对锰胁迫具有相同程度的响应; 2)锰浓度至少大于1μmol·L ^-1才能维持热带库里亚藻正常的光合作用活性, 当锰浓度低于该浓度时, 光合作用活性(F_v/F_m)在6d后开始下降, 而单位反应中心吸收光能(ABS/RC)和热能耗散(DI₀/RC)升高; 两个反应中心之间的电子传递(φ_E0)及生长并未受影响, 表明此阶段锰缺乏只影响活性光反应中心数量并提高热耗散途径; 当锰缺乏延长至15d时, 胁迫作用显现(F₀上升)并且电子传递(φ_E0)和生长受到抑制, 这阶段锰缺乏使光反应中心关闭且电子传递受阻; 3)锰缺乏的修复损伤比(r/k)并未降低, 表明锰缺乏并未影响热带库里亚藻的光保护能力。  相似文献   

NaHSO3对两种微藻生长及胞外多糖和藻胆蛋白含量的影响     

梁英  闫译允  黄徐林  田传远  胡乃霞  王帅 《中国海洋大学学报(自然科学版)》2020,(1):21-29

本文研究了0.25~3 mmol/L浓度的NaHSO3对紫球藻(Porphyridium violaceum)和0.06~0.96 mmol/L浓度的NaHSO3对蓝隐藻(Chroomonas placoidea)的叶绿素荧光参数(PSII最大光能转化效率Fv/Fm、相对电子传递速率rETR、光化学淬灭qP、非光化学淬灭NPQ)、细胞密度、干重、胞外多糖和藻胆蛋白含量的影响。研究表明,较低浓度的NaHSO3对紫球藻和蓝隐藻的生长及活性物质积累有促进作用,2种微藻进行生长和活性物质积累的最适NaHSO3浓度分别为0.5和0.12 mmol/L,此条件下,实验结束时,2种微藻的Fv/Fm、rETR、qP、细胞密度、干重、胞外多糖和藻胆蛋白含量均达到最大值,显著高于对照组。其中,紫球藻的最终细胞密度、干重、胞外多糖和藻胆蛋白含量分别比对照组增加了36.0%、19.1%、71.8%和69.0%。蓝隐藻的上述参数在NaHSO3浓度为0.12 mmol/L时则比对照组增加了60.8%、45.4%、60.0%和53.1%。另一方面,NaHSO3浓度为2~3 mmol/L时显著抑制紫球藻生长及活性物质积累,NaHSO3浓度为0.48~0.96 mmol/L则不利于蓝隐藻生长及活性物质积累。研究结果表明,适合紫球藻和蓝隐藻生长及胞外多糖和藻胆蛋白积累的最佳NaHSO3浓度分别为0.5和0.12 mmol/L,该研究为2种微藻的开发利用提供了理论依据。  相似文献   

春季西沙永乐龙洞浮游植物的昼夜垂直分布特征     

葛汝平  傅亮  毕乃双  陈畅  刘光兴  庄昀筠  杨作升  范德江  姚鹏  陈洪举 《中国海洋大学学报(自然科学版)》2020,(1):65-73

南海永乐龙洞位于西沙群岛永乐环礁,是迄今为止发现的最深的海洋蓝洞,水文环境及理化因素特殊,90 m以下水体为无氧环境。为研究永乐龙洞浮游植物的群落组成及其昼夜变化,于2017年3月在龙洞、潟湖及外礁坡进行浮游植物样品采集。研究结果表明:龙洞内叶绿素a浓度呈现随深度先增大后减小的趋势,日间浓度最大值层出现在40 m层(0.42μg/L),夜间则出现在20 m层(0.59μg/L)。永乐龙洞微微型浮游植物丰度介于1.1×10^3~5.1×10^4 cells/mL。聚球藻在上层水体占优势(0~20 m),40 m以下水层原绿球藻丰度对微微型浮游植物丰度贡献率最大(90%以上),微微型真核浮游植物丰度在整个水体都较低(除20 m层)。微微型浮游植物昼夜存在明显差异,夜间其丰度最大值层为20 m层,日间则上移至表层。本研究共记录微型和小型浮游植物5门41属55种(含未定种)。其中,硅藻门25属34种、甲藻门12属15种、金藻门1属1种、蓝藻3属、隐藻1属。微型和小型浮游植物丰度介于3.3×10^2~9.8×10^4 cells/L。甲藻丰度对浮游植物总丰度贡献率最大,其次是硅藻,隐藻和蓝藻丰度仅在少数水层占优势。微型和小型浮游植物昼夜变化明显,夜间丰度最大值层为20 m层,日间则出现在40 m层。微微型、微型和小型浮游植物垂直分布与叶绿素a浓度垂直分布一致性高。龙洞浮游植物的种类数和丰度高于潟湖和外礁坡。  相似文献   

Calibration method affects the measured δ2H and δ18O in soil water by direct H2Oliquid–H2Ovapour equilibration with laser spectroscopy     

Hongxiu Wang  Bingcheng Si  Dyan Pratt  Han Li  Xiaojun Ma 《水文研究》2020,34(2):506-516

The direct H₂O_liquid–H₂O_vapour equilibration method utilizing laser spectroscopy (DVE-LS) is a way to measure soil pore water stable isotopes. Various equilibration times and calibration methods have been used in DVE-LS. Yet little is known about their effects on the accuracy of the obtained isotope values. The objective of this study was to evaluate how equilibration time and calibration methods affect the accuracy of DVE-LS. We did both spiking and field soil experiments. For the spiking experiment, we applied DVE-LS to four soils of different textures, each of which was subjected to five water contents and six equilibration times. For the field soil experiment, we applied three calibration methods for DVE-LS to two field soil profiles, and the results were compared with cryogenic vacuum distillation (CVD)-LS. Results showed that DVE-LS demonstrated higher δ²H and δ¹⁸O as equilibration time increased, but 12 to 24 hr could be used as optimal equilibration time. For field soil samples, DVE-LS with liquid waters as standards led to significantly higher δ²H and δ¹⁸O than CVD-LS, with root mean square error (RMSE) of 8.06‰ for δ²H and 0.98‰ for δ¹⁸O. Calibration with soil texture reduced RMSE to 3.53‰ and 0.72‰ for δ²H and δ¹⁸O, respectively. Further, calibration with both soil texture and water content decreased RMSE to 3.10‰ for δ²H and 0.73‰ for δ¹⁸O. Our findings conclude that the calibration method applied may affect the measured soil water isotope values from DVE-LS.  相似文献   

南海南部次表层叶绿素a质量浓度最大值及其影响因子*     

廖秀丽  戴明  巩秀玉  刘华雪  黄洪辉 《热带海洋学报》2018,37(1):45-56

文章分析了2013年南海南部4个季节航次的叶绿素a (Chl a)调查数据, 结果显示: 150m以浅水柱Chl a质量浓度均值分别为早春0.14mg•m^-3、初夏0.12mg•m^-3、初秋0.18mg•m^-3、初冬0.16mg•m^-3。早春和初夏偏低的原因与早春风速小, 初夏水温高, 不利于水体的垂直混合, 限制了深层海水中丰富的营养盐向上层水体补充有关。4个季节中海水次表层Chl a质量浓度最大值层(SCML)均出现在50m和75m, 这两个水层的Chl a质量浓度差异小, 季节变化不大, 平均值变化范围分别为0.24~0.26mg•m^-3和0.22~0.26mg•m^-3。受混合层深度和温跃层上界深度的共同影响, 50m水层Chl a质量浓度主要受制于深层富营养盐海水的向上补充, 75m水层Chl a质量浓度受水温的影响明显。  相似文献   

一套具有更高时空分辨率的全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集     

肖艳芳  张杰  崔廷伟  孙凌 《海洋学报(英文版)》2018,37(7):118-130

认识海洋在全球碳循环中的作用及其对环境变化的响应，需要高时空分辨率的观测数据。由于轨道宽度、云雨天气、太阳耀斑等的影响，单一的水色传感器的观测能力十分有限，将多源海洋水色卫星进行融合是提高水色数据时空覆盖的一种有效途径。SeaWiFS和MERIS分别于2010年12月11日和2012年5月9日停止运行，在很大程度上降低了水色融合产品时空覆盖的提升。我们在融合过程中加入了FY-3 MERSI数据，生成了全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集。数据源包括SeaWiFS、MERIS、MODIS-Aqua、VIIRS和MERSI。结果表明：加入MERSI后，融合产品的日平均有效空间覆盖提高了9%；采样频率（同一区域一年中获取有效数据的次数）由57天/年提高到109天/年。利用实测数据和国外同类融合产品（ESA GlobColour和NASA MEaSUREs）对新的数据集进行了质量评价。与实测数据相比，加入MERSI的融合产品精度与未加入MERSI的融合产品基本一致；与国外同类融合产品的偏差小于10%。新数据集的时间序列特性与未加入MERSI的融合产品以及单传感器的一致。  相似文献