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声波干预下微液滴群微物理变化及其与雷达反射率因子关系研究

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干旱区地理 2024年第8期47卷 1388-1398页

作者：李岩柏文文青海大学土木水利学院/黄河上游生态保护与高质量发展实验室/水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室/三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海西宁810016

通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1)存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过... 详细信息

通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1)存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过临界声压级)干预实验滴群,引起微液滴群特征粒径增大、粒径谱右移变宽,粒子数浓度减小,雷达反射率因子增大,该结论对于30~280 Hz声波同样适用。(2)D90-Z相关系数在0.9以上,大粒径对雷达反射率因子贡献较大,拟合参数a、b范围分别为[2.84×10^(-8),1.104]和[0.6713,9.2000]。(3)滴群特征粒径增量与宏观雨强增量呈线性正相关关系,相关系数均在0.98以上,并且声压级越大,拟合的线性斜率越小。研究结果对外场试验效果评价具有重要的参考意义和指导价值。

关键词：声波微液滴群临界声压级粒径谱雷达反射率因子

青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

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湖泊科学 2023年第1期35卷 267-278,I0010-I0013页

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术... 详细信息

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明:(1)非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;(2)水体细菌群落的优势门均为变形菌门(Proteobacteria),非冰封期细菌中拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;(3)冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的驱动因子不同,非冰封期环境因子影响的大小顺序为:总氮>纬度>总溶解固体>经度>溶解有机碳,冰封期为:海拔>溶解氧>溶解有机碳>pH;(4)Sloan中性模型计算结果表明冰封期高原湖泊细菌群落比非冰封期更易受到中性过程的驱动,并且冰封期细菌群落的迁移率也大于非冰封期(冰封期:0.289;非冰封期:0.130),反映冰封期细菌菌群扩散能力较强。随机性的扩散限制过程是非冰封期(贡献率=54.74%)和冰封期(贡献率=55.56%)湖泊细菌群落的主要构建过程。本文解析了不同时期高原湖泊细菌群落特征及其驱动机制,为高原湖泊水资源保护和管理以及深入理解细菌群落构建过程提供了基础。

关键词：青藏高原湖泊细菌群落结构驱动因子中性模型零模型

黄河源区典型日近地表土壤-植被-水体蒸散发及水汽同位素特征

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干旱区研究 2024年

作者：柏文文王尚涛倪三川贺巨龙王春艳刘伊丰吴淼苏宇博王凯玉青海大学土木水利学院黄河上游生态保护与高质量发展实验室水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室三江源生态与高原农牧业国家重点实验室

基于蒸发量及其水汽同位素原位观测，研究了黄河源区王家乡典型日近地表土壤-水体-植被蒸散发特性，探讨了土壤-植被-水体蒸散发水汽同位素特征，计算了蒸散发和迁移水汽占比。研究结果表明，土壤、植被蒸散发峰值时间相对于水体蒸发峰... 详细信息

基于蒸发量及其水汽同位素原位观测，研究了黄河源区王家乡典型日近地表土壤-水体-植被蒸散发特性，探讨了土壤-植被-水体蒸散发水汽同位素特征，计算了蒸散发和迁移水汽占比。研究结果表明，土壤、植被蒸散发峰值时间相对于水体蒸发峰值时间存在延迟效应，蒸散发影响土壤水深度为20 cm。不同观测对象（裸土、植被、水体、混合）蒸散发水汽同位素值存在显著性差异，植物散发过程相对土壤蒸发过程，有更加强烈的同位素分馏过程，并且蒸散发消耗土壤水深度越大，分馏效应越强，蒸发引起观测水汽δ18O、δD、δ17O先富集增大后趋于稳定，表明存在同位素平衡分馏过程，而蒸发过程d盈余持续减小。采用逐小时瑞利分馏模型可以较好的刻画水汽同位素变化特征。水汽同位素端元混合模型计算结果表明观测站点近地表以蒸散发水汽为主，未来在水资源量调配和管理时，应更加关注气候变化对土壤蒸散发量的影响。

关键词：黄河源区土壤蒸散发水汽同位素瑞利分馏模型

低频声波作用下液滴群氢氧同位素效应实验与理论分析

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应用基础与工程科学学报 2022年第6期30卷 1357-1365页

作者：柏文文魏加华杨海娇贺巨龙时洋李琼青海大学水利电力学院黄河上游生态保护与高质量发展实验室三江源生态与高原农牧业国家重点实验室水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室青海西宁810016 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室清华大学水利水电工程系北京100084

声波能引起流体介质中微滴群携带运动、碰撞团聚并促进重力沉降.本文旨在研究声波干预下河水和雨水源液滴群同位素响应特征.通过室内实验和理论分析,研究了环境和液滴物理参数对沉降滴群D-^(18)O同位素值的影响.研究发现:(1)声波干预后... 详细信息

声波能引起流体介质中微滴群携带运动、碰撞团聚并促进重力沉降.本文旨在研究声波干预下河水和雨水源液滴群同位素响应特征.通过室内实验和理论分析,研究了环境和液滴物理参数对沉降滴群D-^(18)O同位素值的影响.研究发现:(1)声波干预后液滴群特征粒径增大,液滴沉降过程中会与环境水汽发生同位素交换,其同位素值受滴群参数(粒径分布和浓度)和声波参数(频率、声强及作用时间)的综合影响;(2)液滴群同位素理论计算值能较好拟合δ^(18)O和δD的线性关系并反映与沉降环境的交叉接近现象,相对误差在5.53%以内.本文所研究的大气同位素特征,对野外降水同位素变化特征的认识具有一定的借鉴意义.

关键词：低频声波液滴声波团聚氢氧同位素环境水汽

黄河源区冬季冷云催化降雪过程的物理特征研究

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应用基础与工程科学学报 2022年第5期30卷 1121-1137页

作者：乔禛魏加华赵杰李琼时洋青海大学三江源生态与高原农牧业国家重点实验室水利电力学院黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

无人机催化撒播具有机动灵活、起降方便、成本低等优势,是潜在的空中水资源开发利用技术.基于2019年冬季在黄河源区开展的无人机播撒试验,利用地基Ka/Ku雷达、微波辐射计、微雨雷达、风廓线雷达等监测设备获得了催化撒播试验过程中云和... 详细信息

无人机催化撒播具有机动灵活、起降方便、成本低等优势,是潜在的空中水资源开发利用技术.基于2019年冬季在黄河源区开展的无人机播撒试验,利用地基Ka/Ku雷达、微波辐射计、微雨雷达、风廓线雷达等监测设备获得了催化撒播试验过程中云和降水的物理监测数据,分析冬季冷云催化撒播过程中云层和降水的宏观和微物理特征.分析表明:黄河源区无人机有效作业高度位于-5℃高度层(1090~1400m),高空中较强的水平风与上升气流,有利于碘化银核有效混合到云层中进而达到催化效果.试验过程中,降水粒子下落速度(V)增大,大于自然降水场次同等粒径等级下对应的V;撒播试验后雷达反射率因子(Radar reflectivity factor,Z)明显增加,差分反射率因子(Differential Reflectivity Factor,Z_(DR))变化显著,表明催化作业使得粒子形状变化明显;粒子数浓度(Particle number concentration,N(D))、粒径(Particle diameter,D)亦出现增大;Z在0~25dBz的值在各高度层的概率密度(Probability Density,PD)增加,在无人机撒播高度以下区域增加最显著;大气积分液态水含量(Integrated Liquid Water Content,LWC)增加0.166mm、积分水汽含量(Integrated Moisture Content,MC)增加0.226cm、可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)增加0.09cm.该研究构建的地基综合气象监测体系可以定量评估无人机作业全过程中云物理参量变化、识别撒播目标云层,对高原高寒、低空气密度等气象条件下开展无人机精准撒播提供了可借鉴的实践案例.

关键词：黄河源区无人机冷云催化云物理特征空中水资源开发利用

柴达木盆地典型流域地表水-地下水转化关系及水化学特征

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干旱区研究 2022年第5期39卷 1543-1554页

作者：杨海娇魏加华任倩慧青海大学三江源生态与高原农牧业国家重点实验室/水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室/水利电力学院/黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

柴达木盆地是典型的干旱内陆区,认识其地表水-地下水转化关系、水化学特征及沿程变化规律,对区域水资源开发利用和生态保护有重要意义。在现场调查和水文地质条件分析的基础上,采用水化学、统计分析等方法,研究了典型流域地表水-地下水... 详细信息

柴达木盆地是典型的干旱内陆区,认识其地表水-地下水转化关系、水化学特征及沿程变化规律,对区域水资源开发利用和生态保护有重要意义。在现场调查和水文地质条件分析的基础上,采用水化学、统计分析等方法,研究了典型流域地表水-地下水转化关系、水化学特征及差异性。结果表明:(1)根据地质构造、地层和地形对水力联系的控制作用,将地表水-地下水转化关系分为基岩阻隔+岩性控制型、岩性控制型和岩性控制+水文气象影响型。(2)从山区到尾闾,地表水和地下水水化学类型从Ca型转变为Na型或Mg型、从重碳酸根型转变为氯离子型;沿程水化学影响机制从水-岩作用为主逐渐过渡到蒸发-沉淀作用占主导;受基岩阻隔和岩性控制的影响,山间河谷和冲洪积扇前缘地表水-地下水转化关系的转变使沿程水化学特征的变化规律发生局部逆转。(3)因含水层岩性差异,盆地南部地表水、地下水中Na^(+)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)占主导,东部、北部Ca^(2+)和HCO_(3)^(−)占主导,且北部F-浓度较其他流域高。

关键词：柴达木盆地地表水-地下水转化水化学特征

基于BP网络的白杨树潜在蒸散量模拟优化研究

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灌溉排水学报 2024年第S01期43卷 131-134页

作者：高涛袁日萍郑丽萍王尚涛甘永德水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室/黄河上游生态保护与高质量发展重点实验室/青海大学土木水利学院西宁810016

【目的】探寻最优的白杨树潜在蒸散量(ET_(0))模拟方法。【方法】基于贵德县2022年1—6月的气象数据,建立了不同算法优化下白杨树ET_(0)的模拟模型,选取151组数据对模型进行训练,选取30组数据对模型进行验证。【结果】影响白杨树ET_(0)... 详细信息

【目的】探寻最优的白杨树潜在蒸散量(ET_(0))模拟方法。【方法】基于贵德县2022年1—6月的气象数据,建立了不同算法优化下白杨树ET_(0)的模拟模型,选取151组数据对模型进行训练,选取30组数据对模型进行验证。【结果】影响白杨树ET_(0)的主要因素为平均气温,2 m高处风速,饱和水汽压差,相对湿度,基于不同算法优化后的BP网络模型在模拟白杨树ET_(0)方面的精度优于传统的BP网络模型。【结论】EWOA-BP网络模型的模拟精度最佳,可以作为预测白杨树ET_(0)的首选模型。

关键词： ET_(0) BP网络高寒区气象

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黄河源区下垫面变化对水文过程的影响

水力发电学报 2024年第6期43卷 63-74页

作者：韩璐魏加华侯铭垒侯胜玲青海大学三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016 青海大学黄河上游生态保护与高质量发展实验室西宁810016 青海大学土木水利学院西宁810016 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084

量化评估下垫面变化对水平衡要素的影响,对揭示黄河源区径流变化归因具有重要意义。论文建立了考虑土地覆被变化(LUCC)和叶面积指数(LAI)动态变化的可变下渗容量(VIC)模型,模拟了下垫面变化条件下的降水-径流响应关系。结果表明,考虑下... 详细信息

量化评估下垫面变化对水平衡要素的影响,对揭示黄河源区径流变化归因具有重要意义。论文建立了考虑土地覆被变化(LUCC)和叶面积指数(LAI)动态变化的可变下渗容量(VIC)模型,模拟了下垫面变化条件下的降水-径流响应关系。结果表明,考虑下垫面动态变化的VIC模型能更好地模拟源区水文过程,相对误差降低8.8%~12.9%。2001—2018年LAI和LUCC综合作用导致植物蒸腾量年均增加约15%,玛曲和唐乃亥断面径流分别减少约9.19%和7.17%。LAI对径流影响较LUCC大,LAI对玛曲和唐乃亥断面多年平均径流量的贡献分别为-4.80%和4.48%,而LUCC的贡献为0.16%和-3.15%。研究解释了下垫面变化是源区降水增加条件下径流变化不显著的原因,对认识气候变化和生态保护的水文响应规律有借鉴意义。

关键词：可变下渗容量模型土地覆被叶面积指数黄河源区径流模拟

柴达木盆地河流与湖泊水体微生物群落结构及共现网络模式差异

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微生物学报 2024年第12期64卷 4918-4935页

作者：贾海超王丹丹黄跃飞殷恒芝苏子淇李伯荣高印轩夏中帅孙继瑶青海大学土木水利学院青海西宁810016 青海大学黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 青海大学水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室青海西宁810016

【目的】河流与湖泊是重要且紧密联系的水生生态系统,其中微生物是河流与湖泊生态系统中重要的有机组分并参与介导水体各类物质的转化和能量流动,探究河流与湖泊水体细菌和真菌群落特征及其共现网络模式的差异是深入理解柴达木盆地水生... 详细信息

【目的】河流与湖泊是重要且紧密联系的水生生态系统,其中微生物是河流与湖泊生态系统中重要的有机组分并参与介导水体各类物质的转化和能量流动,探究河流与湖泊水体细菌和真菌群落特征及其共现网络模式的差异是深入理解柴达木盆地水生生态系统生物地球化学循环的关键。【方法】基于高通量测序技术利用统计分析,选取柴达木盆地典型河湖(4个湖泊和6条河流)为研究对象,解析河流与湖泊水体的细菌和真菌群落的多样性、群落结构、驱动因素和共现网络的差异性。【结果】河流水体细菌和真菌的丰度和多样性指数均高于湖泊水体(Wilcoxon,P水生生态系统微生物群落特征的差异和联系提供数据支撑,并为该区域水资源保护和管理提供一定理论依据。

关键词：河流与湖泊细菌和真菌驱动因素共现网络