陆面露水资源开发利用技术初探

简要归纳了陆面露水资源独特的生态和气候效应,分析了开发利用陆面露水资源的理论依据,并重点从局地气候条件的选择和陆水凝结面的改进2个方面讨论了陆面露水资源开发利用的科学思路和技术措施。     

黄土高原大孔径闪烁仪观测特征量T*的研究

基于黄土高原定西站2009年9月大孔L径闪烁仪(LAS)的观测数据,结合涡动相关系统(EC)和梯度塔的同步观测资料,分析了LAS和EC在测量感热通量过程中的温度特征尺度T*及其差异与近地层气象要素风向、位温梯度和稳定度等的关系.结果表明,黄土高原下垫面LAS测量的T*LAS和EC测量的T*EC有很好的相关性,相关系数达到0.955,拟合的线性趋势系数是1.482.对9月进行风向统计,主风向为NNE和SE,NNE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.960,拟合的线性趋势系数是1.349,SE风向上T* LAS和T*EC的相关系数是0.968,拟合的线性趋势系数是1.619,风向对T*有显著影响.位温梯度与T*呈很好的线性相关关系,T*LAS相较于T*EC与位温梯度有更好的相关性.当稳定度z/L＜1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大雨减小;当z/L＞1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大而增大.T* LAS/T*EC的变化范围随着z/L的增大逐渐变小,当z/L增大到4后,T*LAS/T*EC开始保持较小的变化范围.     

基于声波信号的岩性智能分类方法

传统的岩性识别以钻井取心、钻井曲线和岩石图像等方法为主,这些识别方法对地质和识别条件要求较高,且不能满足随钻实时识别。为此,本文提出一种新的基于声波信号的岩性智能分类方法。该方法首先基于所采集钻头与岩层碰撞得到的音频数据,通过数据增强技术解决数据稀疏问题;然后采用基于CGRU(CNN+GRU,卷积神经网络+门控循环单元)的深度学习模型,对采集到的3种岩性的岩石音频数据进行深度学习与训练。为提高该模型在复杂背景下的识别能力,引入注意力机制模型进行优化。注意力机制模型可以在复杂环境下对岩性信息实现重点学习,提高模型识别性能。实验结果表明,与GMM(高斯混合模型)-SVM(支持向量机)、CNN和CGRU模型相比,CGRU-AttGRU(注意力机制模型+GRU)混合模型准确率达81.17%左右,在GMM-SVM、CNN和CGRU模型基础上分别提升了13.31%、9.99%和5.93%。     

极端干旱荒漠区典型晴天大气热力边界层结构分析

利用极端干旱区敦煌野外观测试验资料,分析了极端干旱荒漠区夏季典型晴天位温、风速、比湿等主要物理要素的垂直结构特征及其地表热力和近地层大气运动特征的日变化规律。发现在极端干旱地区夏季晴天大气热力边界层结构十分独特。在夜间,贴地逆温层最低在900 m以上,最厚可以达到1 750 m,逆温层上面的残余层一般能达到4 000 m左右的高度。在白天,位温超绝热递减层高达1 000 m,超绝热递减层上面的混合层最高达3 700 m,混合层顶上还有大约450 m甚至更厚的夹卷层。当白天对流层发展达到残余层以后,混合层的发展明显加快。风速和比湿垂直廓线特征很好地印证了大气热力边界层独特的结构特征,地表热力和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的物理支持。     

稀疏植被地表反照率及土壤热传导率特征研究

利用“敦煌试验”稀疏植被站2002年典型晴天的资料,分析了与地表能量平衡最密切的两个参数：地表反照率和土壤热传导率的特征。分析发现稀疏植被下垫面的地表反照率日变化具有明显的不对称特征,这与以往在戈壁或沙漠上的地表反照率的研究明显不同,这可能是由于早晨的露水造成的。另外分别用定义法和加权平均法分别计算得到典型晴天敦煌稀疏植被的平均地表反照率基本为0.25,两种方法计算得到的地表反照率非常接近,得到的地表反照率的值与敦煌戈壁的值较接近,但比“黑河试验”的结果大。这也从一个侧面反映出稀疏植被区是一个气候敏感区。得到的稀疏植被下垫面的地表反照率应该可以作为遥感反演和陆面过程模式的一个参考值。另外还得到了敦煌稀疏植被干燥土壤的热传导率的平均值为0.20 W\5m-1\5K-1,在晴天,干燥土壤的执传导率基本分布在0.164~0.24 W\5m-1\5K-1范围内,平均值与敦煌戈壁2.5 cm处的土壤执传导率接近,但稍大一些;比“黑河试验”在戈壁观测的值小近一倍,而比权威的文献给出的干燥沙漠的值要小一些。     

敦煌戈壁冬夏季地表辐射与能量平衡特征对比研究

利用敦煌戈壁夏（2006年7月）、冬（2007年1月1—10日）季观测得到的微气象资料,比较了夏、冬季敦煌戈壁的地表辐射平衡、能量平衡特征。分析了地表反照率（Albedo）与土壤特性的关系,发现地表反照率和表层土壤温度日变化呈反相关;冬季地表反照率和土壤湿度的线性相关差,夏季地表反照率和土壤湿度的线性相关性好;地表反照率和土壤热通量呈反相关,并且冬季二者的拟合性好于夏季。分析了降水前后各能量通量的变化,发现阵雨时感热H是变小的,降雨过后H和净辐射Rn有明显的增大,土壤热通量Gn在降雨过后也有增大,潜热LE变化微弱,对阵性降水强迫后的非平衡态的张弛时间大约为3 d。     

甘肃春小麦产量时空分布及其气候响应

利用近45 a甘肃省78县区春小麦实际产量生长期(3～6月)气温、降水和日照时数等资料,主要采用REOF和小波分析等方法,分析春小麦产量时空演变及气候响应。结果表明:1)甘肃春小麦产量由西向东、由北到南产量递减;2)存在河东、河西2个特别区域,春小麦在河西走廊地区高产而稳定,河东地区明显产量低且不稳定,陇中黄土高原地区最为突出;河西走廊区域产量变化与陇中反向,及河西产量偏高年份河东反而偏低,反之亦然。河东地区相关程度很高,产量变化与河西反向;3)河西走廊地区对气温响应敏感,甘肃黄土高原地区对干湿(降水)的变化敏感;4)响应最敏感区产量1991年之前变幅较小,之后变幅加大;丰欠年份相间,存在2～3 a的准振荡周期。     

黄土高原陆面水分的凝结现象及收支特征试验研究

中国黄土高原是全球独特的地理区域,其陆面水分过程比较特殊。利用黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)的陇中黄土高原定西陆面过程综合观测站的资料,分析了陆面水分凝结现象及其出现频率与局地微气象条件的关系,研究了露水(霜)量及其出现频率的季节分布特征以及受降水和天气阴、晴的影响规律。同时,对比分析了降水、露水、雾水和土壤吸附水对陆面水分的贡献率,讨论了涡动相关法、蒸渗计和蒸发皿观测的陆面蒸发量的差别及其与陆面水分来源的年平衡关系,给出了半干旱区陆面水分平衡的日循环特征。发现露水对风速、大气湿度、近地层温度梯度的依赖很强,一般在风速为1.5 m/s、相对湿度大于80%和逆温强度为0.25℃的情况下露水(霜)量最大;刚降水后的晴天露水量比较大;实际蒸散量与蒸发力的差距十分明显,陆面水分平衡特征表现为一个"呼吸"过程。     

陇中黄土高原夏季陆面辐射和热量特征研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的观测资料,分析了陇中黄土高原夏季陆面辐射和热量收支的特征.通过研究不同典型天气条件对陆面过程微气象特征的影响,发现地表反射率在晴天会出现早晨偏大的不对称结构;晴天与多云天气相比不平衡量较大,而阴天时的阵性降水会使局地能量收支出现不平衡.利用最小二乘法(OLS)线性回归得到的夏季平均不闭合度是19.6%.在半干旱区云和降水对辐射和能量收支的影响不容忽视,达到约25%的削弱程度,比极端干旱的敦煌荒漠区要大,又进一步证明了半干旱区夏季的平均气候特征与云量较多的多云天气(5≤Mean total cloud amount<8)接近.另外,7月日平均波恩比最大是4.1,平均是1.95,比极端干旱区的敦煌波恩比小1个数量级,说明榆中所处的黄土高原半干旱区比敦煌所处的极端干旱区在气候上要湿润很多.