饱和-非饱和土中渗流Richards方程有限元算法

发展了一种求解理查森方程的一般有限元算法.该方法采用积分法处理孔隙水压力对时间的导数项,采用集中质量技术处理有限元方程中质量矩阵来保证数值稳定.所采用的质量守恒迭代方法不须改变迭代方式,采用一般的Picard迭代方法.该方法能求解入渗、地下水位瞬变和排水等范围广泛的饱和-非饱和渗流问题.对3个已公开发表具有详细试验数据的算例的模拟表明,该方法对入渗锋、稳定渗流地下水位和非稳定渗流溢出面都模拟很好.Pieard迭代方法效率很高,且无数值振荡发生.

干旱区绿洲棉田土壤水盐运动数值模拟

利用预报校正法求解土壤水分运动的h型Richards方程.同时利用具有二阶高精度的差分法求解土壤盐分运移的对流扩散方程,此格式可避免利用一般差分格式时出现的数值弥散问题.最后,将上述数学模型对干旱区绿洲棉田,在蒸发条件下土壤水分运动和土壤盐分向上运动积累过程进行数值模拟,计算结果与测量值吻合较好.可为预报土壤盐碱化提供科学依据.

塔里木盆地绿洲农田土壤水盐运动动力学模式研究

采用了改进型Picard迭代差分法求解土壤水分运动的混合型Richards方程,避免了采用Picard迭代法求解h型Richards方程所出现的质量平衡误差问题.同时,采用迎风二次型插值差分法求解土壤盐分运移的对流扩散方程,避免了采用一般差分格式时所出现的数值弥散问题.最后,将上述动力学模型对塔里木盆地绿洲农田在灌既入渗条件下的土壤水盐运动过程进行了数值模拟,模拟结果与测量值吻合较好.

有植被覆盖条件下土壤水盐运动规律研究

利用改进型Picard迭代差分法求解饱和-非饱和土壤中水分运动的混合型Richards方程，避免了传统利用Picard迭代法求解h型Richards方程所出现的质量平衡误差等问题；利用特征 差分法求解盐分运动的对流扩散方程，也可避免利用一般差分格式时出现数值弥散以及数值波动问题。文中将上述数学模型用于模拟土壤在降雨、蒸发以及有植被覆盖条件下土壤水盐运动规律，对若干导致某些土壤盐碱化的原因也作出定量的解释，并给出土壤盐分的动态发展趋势的中长期预测预报。

Identification of native American founder mtDNAs through the analysis of complete mtDNA sequences: Some caveats

In this study, a detailed analysis of both previously published and new data was performed to determine whether complete, or almost complete, mtDNA sequences can resolve the long-debated issue of which Asian mtDNAs were founder sequences for the Native American mtDNA pool. Unfortunately, we now know that coding region data and their analysis are not without problems. To obtain and report reasonably correct sequences does not seem to be a trivial task, and to discriminate between Asian-and Native American mtDNA ancestries may be more complex than previously believed. It is essential to take into account the effects of mutational hot spots in both the control and coding regions, so that the number of apparent Native American mtDNA founder sequences is not erroneously inflated. As we report here, a careful analysis of all available data indicates that there is very little evidence that more than five founder mtDNA sequences entered Beringia before the Last Glacial Maximum and left their traces in the current Native American mtDNA pool.

The brave new era of human genetic testing

The commercialization of 'big science' is in full swing, leading to situations in which the ethical principles of academia are beginning to be compromised. This is exemplified by the profitable business of genetic ancestry testing. The goals of this sort

森林流域单元水文模型的构建与应用

目前全球缺水、水污染、洪涝灾害以及水土流失仍然非常严重，尤其在我国北方地区。流域水文模型可用来进行不同需水管理的情景分析，为解决我国水问题提供科学依据。分布式水文模型是流域水文模型的发展方向，具有显著特点：1）应用前景广泛，不仅可以模拟流域水文过程，还可以协助模拟泥沙或污染物的运移过程，为水利工程设计、水土保持、环境保护等领域提供技术支持；2）能够预测流域土地利用或气候变化下的流域水文响应过程变化，为管理部门提供决策支持；3）模型所需要的参数全部具有物理意义，可通过实际测量确定，适合模拟实测系列较短或是无观测流域的水文过程；4）对于目前国际水文界的前沿问题—水文尺度转换提供了一种有效的解决途径。 然而分布式水文模型还不完善，如1)真实性问题。对一些水文过程和边界条件还不确定。2)尺度转换问题。目前很少考虑尺度对参数有效性的影响。3)检验问题。还无法判断对有些难以测量的水文状态变量的模拟正确与否。4)计算时间和数据存储的问题。有些分布式水文模型虽然具有很强的水文物理基础和完善的模型结构，但是计算时间过长和(或)数据存储过大，难以应用。上述问题的核心就是对分布式水文模型的核心—单元水文模型的研究不够，需要为进一步完善单元水文模型进行研究。 本文采用饱和入渗理论、Saint-Venant方程、Richards方程、Penman-Monteith方程等等构建了以有限差分法求解的适用于森林流域的单元水文模型，并通过实验室模拟试验和坡地径流场资料进行了验证，主要结论为： 通过不同坡度和不同雨强下的室内坡面产汇流实验模拟，表明：该模型模拟的坡面流和壤中流过程与实测过程基本一致，峰现时间、径流历时、峰值流量、出流总量模拟值与实测值的相对误差均较小，基本小于10%。模型的模拟精度较高，实用性较强，为深入研究壤中流机制和改进流域降雨-径流模型提供了理论依据。 通过坡地径流观测场实测资料的验证，表明：该模型模拟的坡面流过程精度较高，累计流量的精度更高于小时过程的精度，离差系数、效率系数、确定系数均较理想，具有应用价值，有助于改善分布式水文模型在森林流域的模拟效果。

森林流域坡地壤中流模型与模拟

本文以山坡水量平衡原理和动力学假设为基础对森林流域坡地壤中流过程的机理进行了研究,推导出了森林坡地壤中流的数学模型。研究内容主要有:（1）壤中流模型的分类及现有模型中存在的问题。在这部分中,对已发表的壤中流模型根据其主要原理分为三大类：Richards模型、动力波模型和贮水一泄流模型。并对各类模型的优缺点进行了简单的评价。（2）饱和渗透系数和有效孔隙度的研究。以长白山原始森林内不同森林土壤饱和渗透系数和有效孔隙度的实测数据为基础,通过回归分析得出了森林流域内土壤饱和渗透系数与有效孔隙度都随深度呈对数递减的规律,并建立了数学模型。（3）森林流域坡地壤中流模型研究。这部分对森林流域坡地壤中流模型进行了数学推导。（4）壤中流模拟与模型验证。在实验室内模拟了三场不同雨强降雨的壤中流过程,并以此对本文提出的壤中流模型进行了验证。本项研究不仅丰富了实验森林水文学的理论,而且为森林流域的水文分析与计算、洪涝灾害的预报与预测、水资源的合理开发与利用、工程建设以及水土保持和生态环境等方面提供科学依据。

气温上升对长白山代表树种分布的影响

该文通过对气候变化与树种分布关系的论述，并用年轮年代学的方法来把全球气候变化与树种的生长联系起来.通过对长白山北坡各海拔带植被分布及生长情况的分析，得出在气温上升条件下植被分布的未来趋势.这在方法及目的上都是一创新之处.在该项目中，根据岳桦地径与年龄直线相关的特性，用岳桦地径直接代替岳桦年龄.研究表明，长白山林线树种岳桦在岳桦与高山苔原的交错带中分布格局为年龄随海拔上升而减小，同时随海拔上升，单位面积内的岳桦株树呈减少的趋势.这种分别格局说明岳桦有分布上升的趋势.也就是长白山的林线有上升的趋势，这与长白山地区气温上升是一致的.通过对各海拔落叶松生长的分析，用Richards模型中的最大生物量为落叶松生长状况的指标.

A finite-element algorithm for modeling variably saturated flows

A general numerical algorithm in the context of finite element scheme is developed to solve Richards’ equation, in which a mass-conservative, modified head based scheme (MHB) is proposed to approximate the governing equation, and mass-lumping techniques are used to keep the numerical simulation stable. The MHB scheme is compared with the modified Picard iteration scheme (MPI) in a ponding infiltration example. Although the MHB scheme is a little inferior to the MPI scheme in respect of mass balance, it is superior in convergence character and simplicity. Fully implicit, explicit and geometric average conductivity methods are performed and compared, the first one is superior in simulation accuracy and can use large time-step size, but the others are superior in iteration efficiency. The algorithm works well over a wide variety of problems, such as infiltration fronts, steady-state and transient water tables, and transient seepage faces, as demonstrated by its performance against published experimental data. The algorithm is presented in sufficient detail to facilitate its implementation.

不同起源沙地樟子松林结构与生长比较研究(英文)

樟子松已成为三北沙区防护林主要乔木造林树种,但是,最早于20世纪50年代在科尔沁沙地引种的沙地樟子松却出现了生长衰退、枯梢直至死亡的现象,而天然状态的樟子松在该阶段却正处于旺盛生长期。为了比较沙地人工樟子松林与天然林的林分结构、生长特点及所处立地的生态因子的异同,对辽宁省彰武县章古台(最早引种沙地樟子松区)和内蒙古自治区红花尔基(天然樟子松分布区)的樟子松林进行了综合调查。结果表明,Weibull分布函数可较好地模拟人工林树木直径分布,正态分布函数可用于模拟天然林树木直径分布。基于树干解析的树木生长模型(Chapman-Richards)分析,人工林胸径、树高与材积的相对生长率与平均生长率的最大值比天然林分别提早11、22年,6、18年和35、59年。人工林材积的生长加速度高峰值出现在14年,而天然林则出现在33年;人工林的数量成熟龄为43年,天然林为102年;因此,可以推断天然林的寿命比人工林要长近60年。这一结果可以归纳为以下综合作用:1)两种起源地生态因子的巨大的差异,主要包括:人工林区的纬度、平均气温、降水量、蒸发量、海拨高度等较天然林区高;2)人工林的林分密度较天然林大;3)人工林区的干扰强度较天然林强。图4表6参23。

红松高生长模型的研究(英文)

高生长模型是定量研究树木生长过程的有效途径,本文应用双曲线方程、Logistic方程、三个参数的Richards方程及四个参数的Richards方程对红松的高生长进行了研究。结果表明四个参数的Richards方程在模拟红松高生长时最为合适,且当其参数取不同的数值时,该方程可转化为其它理论方程。在使用四个参数的Richards方程时,可根据立地条件事先给定树高最大值,这样可使模型更符合实际情况。此外,文中还对一种以固定年龄时实际树高为参数值的模型进行了讨论,该模型对于计算给定树木的高生长将更为有效。

江西省丘陵区湿地松多效益经营模式最适立地类型的研究

研究森林经营模式首先要研究立地类型．利用树干解析材料，采用模糊聚类进行分析，按照立地等级划分建模单元；分别建模单元利用Richards生长函数模拟现实林分树高生长；结合江西省林业用地实际情况，编制了江西省丘陵区湿地松多效益经营模式的最适立地类型表。

推求土壤水分运动参数的简单入渗法──Ⅱ.实验验证

预报土壤中水分流动需要的土壤导水特性可通过观测水平土柱的入渗过程来确定，这一观测过程的分析是基于对Richards方程求积分解。土壤水分特征曲线中的参数由观测的水平立柱的特征湿润长度和吸力来确定，非饱和土壤导水率由已确定的特征曲线中的参数和测定的饱和导水率导出。供试土壤有三种，它们的质地从砂壤到粘壤。由这种方法所确定的这三种土壤的水分特征曲线与实测的特征曲线符合良好，所确定的砂壤的非他和导水率与实测值的比较令人满意。利用数值法和积分法分别计算了土壤含水量剖面，计算结果吻合良好，说明了这种方法的合理性。

森林流域坡面流与壤中流耦合模型的构建与应用

采用饱和入渗理论、Saint-Venant方程和Richards方程构建了以有限差分法求解的坡面流与壤中流耦合模型,并模拟了不同坡度和不同雨强下的坡面产汇流室内实验.结果表明:该模型模拟的坡面流和壤中流过程与实测过程基本一致,峰现时间、径流历时、峰值流量、出流总量模拟值与实测值的相对误差均较小,基本小于10%.模型的模拟精度较高,实用性较强,为深入研究壤中流机制和改进流域降雨-径流模型提供了理论依据.