黑龙江省自然科学基金(E201241)
- 作品数：11 被引量：182H指数：9
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- 相关机构：东北农业大学哈尔滨工业大学更多>>
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- 相关领域：农业科学环境科学与工程天文地球更多>>
- 冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应被引量：28
- 2015年
- 为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明：冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9∽5.3、-3.6∽6.9和-3.1∽3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。
- 付强侯仁杰王子龙李天霄
- 关键词：分形积雪土壤冻融期
- 基于改进萤火虫算法的土壤水分特征曲线参数优化被引量：20
- 2015年
- 针对因参数精度不足,影响相关土壤水分运动建模、仿真结果等问题,引入萤火虫算法,并将固定随机步长改进为随萤火虫间距离变化的可变步长,旨在解决土壤水分特征曲线Van Genuchten模型参数优化的非线性拟合问题。结果表明:对不同深度的黑土和黏土的脱湿过程进行模拟,得到优化后的相关参数及体积含水率计算值。通过与粒子群算法、遗传算法对比,表明萤火虫算法模拟结果精度高,曲线吻合性好,最大相对误差仅在2%左右,是一种高精度的优化算法,且改进之后收敛效率提高。利用萤火虫算法解决这类非线性优化问题是可行的,尤其在对精度、准确性要求较高及需为后续研究确定其他土壤水分运动参数提供准确依据的情况下,适用性更强。
- 付强蒋睿奇王子龙李天霄
- 关键词：土壤水分VANGENUCHTEN模型土壤水分特征曲线萤火虫算法可变步长参数优化
- 积雪覆盖条件下土壤液态含水率空间分布被引量：8
- 2016年
- 为了揭示季节性冻土区积雪覆盖条件下土壤垂直剖面各层次液态含水率序列的复杂性变化过程,基于(2013年11月-2014年4月)实测的田间数据,分析了裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下5、10、15、20、40、60、100、140、180 cm土层土壤液态含水率的变化过程,采用变异系数、方差等指标评价其时间序列的离散程度,同时利用小波变换信息量系数(wavelet transform information cost function,WT-ICF)值对含水率序列的复杂性进行识别验证。结果表明:冻融期,积雪覆盖阻碍了土壤与环境之间的水汽传输与能量交换过程,裸地处理条件下土壤含水率变幅最大的层面出现在20 cm土层处,其含水率变幅为18.31%,自然降雪、积雪压实和积雪加厚条件下其最大变幅层面分别为15、15、10 cm,层面逐渐上升;裸地处理条件下20 cm土层处的离散程度最大,随着积雪覆盖厚度的增加和密度的增大,序列离散程度最大的层面逐渐上移,其变异系数依次为6.0189%、6.1367%和6.8546%,波动性增强;小波变换信息量系数能够精确的测算各土层土壤含水率的复杂度,裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚处理条件下其复杂性活跃层依次为21、18、14和10 cm,积雪的存在导致了环境因子对于土壤的影响区域减小,复杂性活跃层向地表移动。该研究揭示了北方寒区冻融期土壤水分迁移的复杂性特征,对于合理预测春播期土壤墒情,精准、高效的利用土壤水资源具有指导意义。
- 付强侯仁杰刘东李天霄王子龙
- 关键词：土壤含水率复杂度
- 北方高寒区不同覆盖条件下土壤温度差异性分析被引量：38
- 2014年
- 以北方寒区典型城市哈尔滨市的大田为研究区域,通过冬季大田试验(试验周期2013-11-01—2014-04-30),设置裸地、5、10和15 cm厚度秸秆覆盖4个处理,分别测定不同处理条件下3、5、8、10、15、20、40、60、100、140 cm等深度土壤温度以及气温和太阳总辐射,采用统计学理论对其进行对比分析。研究结果表明:秸秆覆盖对于热量具有双向阻碍作用,只是在不同的外界条件下双向阻碍作用的主导地位在不断调整;某深度下土壤温度变化是秸秆覆盖与土壤导热性相互作用的结果;裸地温度差异性最大,其次为5 cm秸秆覆盖和15 cm秸秆覆盖,最后为10 cm秸秆覆盖,秸秆覆盖对于土壤温度差异系数的影响并非随着秸秆厚度的增加单调增加。
- 付强马梓奡李天霄蒋睿奇
- 关键词：秸秆覆盖土壤温度
- 基于改进投影寻踪模型黑龙江省土地资源生态安全评价被引量：12
- 2016年
- 针对Friedman-Tukey投影指标中窗口半径不易确定,分析目前窗口半径确定方法不足,提出基于聚类思想窗口半径确定方法,改进投影寻踪模型,将其应用于黑龙江省各地级市土地资源生态安全评价,实例分析表明,改进模型优于原模型,所得投影点分布与正态分布差异更大。空间差异分析表明,哈尔滨、齐齐哈尔、七台河、绥化土地资源生态安全状况较差,属于Ⅳ级,双鸭山、佳木斯、黑河、鸡西、鹤岗和牡丹江属于Ⅲ级或Ⅱ级,生态安全状况适中,土地资源生态安全状况较好地区是大庆、伊春和大兴安岭,属于Ⅰ级。从自然因素上看,大多数区域属于Ⅰ级或Ⅱ级,表明黑龙江总体自然状况较好;从经济因素上看,经济状况差,改善土地资源生态安全能力有限;从社会因素上看,区域等级分布均衡,表明社会因素对土地压力适中,有待改善。
- 裴巍付强刘东李天霄成琨
- 关键词：投影寻踪聚类土地资源生态安全
- 哈尔滨市一次降雪过程多环芳烃的污染特征研究被引量：4
- 2016年
- 为研究我国高寒地区典型城市降雪中多环芳烃（PAHs）的污染水平及空间分布特征,根据哈尔滨市不同功能区域划分,共布设9个采样点进行降雪样品的采集,并利用GC-MS测定PAHs的浓度。结果表明,哈尔滨市降雪中16种PAHs的总质量浓度范围为33.2～2 306.6 ng/d L,平均质量浓度为1 144.38 ng/d L,PAHs质量浓度具有明显的功能区域差异,其空间分布体现为：农村1 724.1 ng/d L,商业交通混合区1 662.6 ng/d L,市区公园832.0 ng/d L,居民区528.6 ng/d L和郊区33.2 ng/d L,农村和商业交通混合区PAHs的浓度约为郊区的50倍,其中污染源和大气扩散条件是影响降雪中PAHs浓度呈现区域化差异的主要原因。研究发现3～4环PAHs含量相对较高,约占PAHs总浓度的66.8%～77.3%,PAHs的单体含量也存在较大差异,其中菲（Phe）的含量在所有单体中最高。降雪样品中2环PAHs处于强变异,而其他环数PAHs则表现为中等变异,污染来源与理化性质的不同均可能会造成PAHs的空间异质。结合比值法和因子分析法,初步判定哈尔滨市降雪中PAHs主要来源为煤和生物质的燃烧,以及汽车尾气排放等。
- 付强刘毅鑫崔嵩李天霄李一凡李文龙
- 关键词：多环芳烃降雪污染特征
- 冻融期土壤温度对有机污染物迁移行为的影响被引量：9
- 2016年
- 为了解季节性冻融期土壤垂直分层温度变化对有机污染物迁移扩散行为的影响。通过冬季大田试验分别测定了裸地,5,10,15cm厚度秸秆覆盖条件下3,10,20,40,60,100cm深度土壤温度,并应用土—气交换层及相邻土壤层迁移扩散通量系数,深入研究了土壤温度变化对有机污染物迁移行为的影响,并系统地分析了不同温度数据对模拟结果产生的差异性。研究结果表明:不同覆盖条件下深层土壤有机氯农药α-HCH迁移扩散通量系数数值的变化与土壤层厚度有关;土壤垂直分层温度的变化与α-HCH的迁移扩散通量系数呈显著正相关,且随着土壤深度的增加相关性逐渐减弱;日平均气温变化与土—气交换层α-HCH的迁移扩散通量系数的变化具有明显的一致性(R=0.999,p=0.000);日平均气温与土壤垂直分层温度观测数据建立的回归方程能够较好地与0—40cm土壤深度实测温度相吻合:y=-0.788+0.818x(3cm,R=0.964,p<0.01),y=-1.214+0.705x(10cm,R=0.942,p<0.01),y=0.912+0.474x(20cm,R=0.836,p<0.01),y=1.004+0.361x(40cm,R=0.714,p<0.01);40cm深度土壤预测温度计算α-HCH迁移扩散通量系数产生的相对误差小于使用日平均气温作为替代数据的计算结果。本研究结果将可能为有机污染物在土壤中的迁移扩散行为及相关数值模拟研究提供参考价值。
- 崔嵩付强李天霄李一凡
- 关键词：冻融期土壤温度有机污染物
- 稳定积雪覆盖下的季节性冻土水分特征及其数值模拟被引量：12
- 2013年
- 为了深入研究积雪覆盖边界条件下的土壤水分迁移规律,通过冬季野外土壤水分观测试验,利用土壤水动力学理论,建立了稳定积雪覆盖条件下季节性冻土水分迁移模型。研究结果表明,积雪覆盖土壤比裸地平均地温高出1℃,土壤体积含水率(土壤剖面0～100cm内)高出2%,体现了积雪覆盖不仅能够阻碍土壤热量散失,而且能保持土壤墒情;建立的水分迁移模型能够精准的模拟积雪覆盖条件下冻结土壤水分迁移动态,其相对平均误差仅为3.51%。研究结果对于丰富和完善冻土水分迁移理论,解决春旱和冬小麦"冷拔"等问题具有重要的理论和实践意义。
- 付强马效松王子龙李天霄
- 关键词：水分迁移季节性冻土有限差分法
- 积雪覆盖下土壤热状况及其对气象因素的响应研究被引量：27
- 2015年
- 为研究季节性冻土区在积雪覆盖条件下,土壤温度变化趋势及气象因素对土壤热状况的影响,以野外实测试验数据(2013年11月8日—2014年4月28日)为基础,分析裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖条件下5、10、20、40、60、100、140 cm深度土壤温度变化特征,采用灰色关联度分析的方法筛选出影响土壤热状况的主要气象因素,进而统计土壤温度与气象因素之间的相关关系。结果表明:积雪的存在阻碍了环境与土壤之间的能量交换,引起土壤温度和土壤冻融过程的差异;随着积雪覆盖深度的增加,土壤的冻融日期会出现延迟现象,土壤温度相对稳定在较高水平,并且地、气之间温差增大;冻融过程中土壤温度变化的主要影响因素为环境温度,积雪覆盖使得气象因素与土壤温度的关联度减弱。
- 付强侯仁杰王子龙李天霄王湘浩
- 关键词：土壤温度气象因素热状况
- 不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究被引量：22
- 2015年
- 积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明:积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。
- 付强蒋睿奇王子龙李天霄马梓奡
- 关键词：水分迁移
