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基于Budyko假设的布哈河流域径流变化归因分析

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南水北调与水利科技（中英文） 2023年第3期21卷 480-490页

作者：黄霄翔李润杰甘永德吴玉帅青海大学水利电力学院西宁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

以布哈河流域为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt检验法分析各水文气象要素的趋势变化并识别其突变特征,基于Budyko假设的水热耦合平衡Choudhury-Yang公式,分析量化不同因素对流域径流变化的贡献。结果表明:1958—2016年... 详细信息

以布哈河流域为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt检验法分析各水文气象要素的趋势变化并识别其突变特征,基于Budyko假设的水热耦合平衡Choudhury-Yang公式,分析量化不同因素对流域径流变化的贡献。结果表明:1958—2016年研究区年径流深呈显著增加趋势,增加速率为0.536 mm/a;通过突变检验识别在2001年存在突变点,据此径流序列划分为基准期(1958—2001年)和变化期(2002—2018年);与基准期相比,变化期径流增加了32.7 mm,其主要影响因素为气候变化,贡献率为86.27%,气候变化中降水量变化的贡献率占97.12%,潜在蒸散发量变化起到负贡献作用,贡献率为−10.85%,而下垫面变化的贡献率为13.73%。可知,降水量的变化是影响布哈河流域径流增加的主要因素。

关键词：布哈河 Budyko假设归因分析径流变化弹性系数

青藏高原湖泊沉积物与水体细菌群落共发生网络和群落构建过程差异解析

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湖泊科学 2023年第3期35卷 959-971页

作者：王丹丹黄跃飞杨海娇青海大学水利电力学院西宁810016 青海大学省部共建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 青海大学水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室西宁810016

研究高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构的差异对于水生态治理与保护具有重要的科学意义。本文选取青藏高原中东部共19个湖泊为研究对象,采集沉积物和水体样本,使用高通量测序技术和统计分析,解析湖泊沉积物和水体细菌群落结构、空间分... 详细信息

研究高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构的差异对于水生态治理与保护具有重要的科学意义。本文选取青藏高原中东部共19个湖泊为研究对象,采集沉积物和水体样本,使用高通量测序技术和统计分析,解析湖泊沉积物和水体细菌群落结构、空间分布特征、共发生网络模式、群落构建过程的差异及其原因。研究结果表明沉积物细菌群落alpha多样性指数(Chao1指数、Shannon多样性指数、Faith s系统发育指数和Pielou均匀度指数)均显著高于水体细菌群落。沉积物和水体细菌的优势门均为Proteobacteria(相对丰度为45.33%和41.77%),而水体细菌群落结构具有较强的空间异质性。主坐标分析和相似性分析结果表明沉积物和水体中细菌群落结构差异极显著,海拔和纬度分别是青藏高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构变化最显著的驱动因子。沉积物和水体细菌群落均具有明显的距离衰减模式,而沉积物细菌比水体细菌群落在空间上的周转率小。采样湖泊沉积物细菌群落共发生网络复杂度和稳定性高于水体细菌。沉积物和水体细菌群落的平均归一化随机率值分别为0.24和0.72,表明确定性过程在沉积物细菌群落构建的过程中起到了重要的作用,而水体细菌群落的主导构建过程为随机性过程。本文在高原湖泊沉积物和水体中细菌群落特征、空间分布模式、生态网络稳定性、群落构建过程及其差异方面的研究,为深入理解高原湖泊细菌多样性和群落结构形成机理提供了科学支撑。

关键词：高原湖泊细菌群落空间分布共发生网络群落构建

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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

黄河流域城市群水资源利用效率评估及驱动因子分析

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水资源保护 2022年第1期38卷 153-159页

作者：朱晓梅魏加华杨海娇吴国宏康倍铭唐晨洋杨梦瑶青海大学水利电力学院青海西宁810016 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

为客观评价黄河流域城市群水资源利用效率,分析水资源利用效率差异的原因,以黄河流域7大城市群为研究对象,1989—2018年48个大中型城市GDP、人口、地区用水量等为统计指标,采用super-SBM模型评估黄河流域城市群静态水资源利用效率,结合M... 详细信息

为客观评价黄河流域城市群水资源利用效率,分析水资源利用效率差异的原因,以黄河流域7大城市群为研究对象,1989—2018年48个大中型城市GDP、人口、地区用水量等为统计指标,采用super-SBM模型评估黄河流域城市群静态水资源利用效率,结合Malmquist全要素生产率指数对水资源利用效率进行动态分解,选用Tobit模型分析城市群整体水资源利用效率的驱动因子。结果表明:1989年以来,7大城市群水资源利用效率整体提升,2000年以来提升幅度较大;节水和技术进步共同推动了Malmquist指数的提升,经济发展水平对黄河流域水资源利用效率的提升有显著的促进作用,产业结构和人口密度分别有抑制和轻微抑制作用。

关键词：水资源利用效率城市群 super-SBM模型 Malmquist指数驱动因子黄河流域

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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

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

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

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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

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

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水资源与水工程学报 2023年第2期34卷 107-113,120页

作者：吴海涛郑温刚田丽蓉高仁祖顾声龙青海大学水利电力学院青海西宁810016 黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 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

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地... 详细信息

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明:在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。

关键词：台阶式溢洪道最优消能率光滑质点水动力学(SPH) 数值模拟