内蒙古地区多种土壤湿度资料的初步评估

土壤湿度是陆-气相互作用过程中重要的地球物理变量,在天气和气候研究中起着不可忽视的作用。文中将2011-2013年CLDAS、ERA-Interim和GLDAS-1/Noah获取的10cm土壤湿度资料在内蒙古地区的时空差异性进行了分析,并分别与观测资料进行了对比评估。结果表明:CLDAS、GLDAS和ERA-Interim土壤湿度都能较好地再现内蒙古土壤湿度的时空变化特征,其中CLDAS模拟最好,与观测资料的相关系数最高并能够很好地表现局地特征,ERA-Interim土壤湿度模拟能力欠佳、GLDAS土壤湿度能较好的反映内蒙古的干湿状况,平均偏差和均方根误差较小,但在东部有待改进。     

应用陆面模式进行干旱监测的过程和实现

在我国,应用陆面模式准实时监测干旱是一种正在发展的监测方法。从模式强迫资料生成,模式运行及结果后处理和干旱监测产品生成3方面,阐述应用CABLE陆面模式进行干旱监测的过程和实现方法。首先,详述了生成强迫资料所需的各种资料及其插值和订正方法。其次,介绍了应用陆面模式干旱监测的等级判断方法,概述了通过Shell语言和NCO(Net CDF Operator)软件实现干旱监测的自动化运行过程。通过对比模式与自校正帕尔默指数(sc_PDSI)对我国北方1997/1998年干旱监测的效果,发现模式监测干旱的起止时间优于sc_PDSI,发生范围较sc_PDSI更加准确,与实际土壤湿度观测资料结果更为一致。研究表明,陆面模式结果能够反映土壤湿度对于历史同一时期的相对干旱程度,是对土壤湿度长时间观测资料不足的有效补充。研究还发现,应用sc_PDSI监测我国南方干旱时,应当进行参数的本地化订正。     

荒漠下垫面陆面过程模式中重要参数的修正及模拟效果分析

通过对内蒙古阿拉善左旗荒漠下垫面观测数据的分析和模拟,重新修正了陆面过程模式Co LM中的重要参数值和参数化方案,并按照不同的组合方式设计了控制实验和敏感性实验,对比分析重要参数对该下垫面陆气相互作用的敏感性。主要结论有:(1)基于Monin-Obukhov相似性理论的最大频数法,优化了地表动力学粗糙度,重新计算和选择符合研究区域地表热力学粗糙度和土壤热导率的参数化方案;(2)参数优化和参数化方案修正后,提高了Co LM模式对土壤温度,感热通量和地表净辐射的模拟能力;(3)改善前后Co LM模式的模拟值与观测值对比表明,地表动力学与热力学粗糙度和土壤热导率分别在春夏季和秋冬季对地表温度影响较大,感热通量在夏半年主要对地表动力学粗糙度敏感,而土壤热导率对其影响很小。     

基于HJ-1B热红外数据的干旱区陆面温度反演与比较

基于HJ-1B卫星热红外数据,利用辐射传输方程法、单窗算法和普适性单通道算法3种单通道算法,对新疆干旱区的陆面温度进行反演,并利用MODTRAN 4.0模型对各算法进行了模拟验证。结果表明:3种算法都能得到较高精度的陆面温度反演结果,平均误差为-0.75~0.51 K,均方根误差(RMSE)为-0.17~0.13 K。与MODIS陆面温度产品的交叉比较验证表明,基于HJ-1B热红外数据的反演结果与基于MODIS数据的陆面温度产品之间的平均偏差为-1.88~0.83 K,均方根误差为3.8 K,确定系数大于0.8,具有较高的相关性。     

中国西部地区气温资料的统计降尺度研究

利用再分析资料,通过降尺度方法可以获取陆面过程模型以及陆面数据同化系统所需要的气温、风场、比湿、辐射、降水等高质量驱动数据。通过气温资料的降尺度分析,以ERA-40再分析资料作为背景场,使用地统计学方法建立中国西部气温观测场的观测误差协方差,使用IV方法估计背景误差协方差,利用最优插值法生成了中国西部地区2000年空间...     

GLDAS数据产品在渭河流域潜在蒸散发模拟中的应用研究

蒸散发量是水资源管理的一个重要参数,目前的蒸散发模型中需要的大量气象参数,一般都是通过气象站点数据插值得到,对于缺资料和无资料地区有巨大的局限性。文中在对GLDAS气压、气温和风速数据产品年、月、日尺度进行有效性分析的基础上,将其应用于渭河流域潜在蒸散发模拟研究中,模型选用Penman-Manteith公式,对渭河流域2006-2009年日尺度上的潜在蒸散发时空结构进行了定量分析。结果表明:GLDAS数据产品精度较高,完全满足蒸散发研究的需要,较地面气象站点观测,具有较好的时空连续性,在全国性及区域性蒸散发模拟中具有较好的应用前景。     

基于集合卡尔曼滤波同化方法和HYDRUS-1D模型的土壤水分模拟

研究建立了一个基于集合卡尔曼滤波方法和HYDRUS-1D模型相结合的数据同化方案，利用2021年4月26日—10月5日内蒙古巴彦淖尔五原站0～80 cm的土壤水分观测数据进行模拟验证，以提高土壤水分的模拟精度。结果表明：(1)集合数大小和观测误差的选取对同化系统性能有较大影响。集合数在100以上，土壤含水量的同化精度不再有明显提高。观测误差越小土壤水分模拟精度越高，因此观测误差为0.025时的同化精度最高。(2)数据同化后，各层土壤水分模拟精度较同化前均有明显提高，各层土壤水分同化值与观测值间的相对误差、均方根误差、平均绝对误差分别减少至0.025～0.063、0.01～0.017 cm³·cm^-3、0.008～0.016 cm³·cm^-3。证明数据同化方法能够有效改善土壤水分模拟效果。(3)0～20 cm土壤水分同化效果最好，20～40 cm次之，40～80 cm土壤水分同化效果较差。模拟精度分析值优于同化预报值，同化预报值优于HYDRUS-1D预报值。     

基于广西岩溶和非岩溶地貌的干旱遥感监测模型研究

根据MODIS植被指数和陆面温度,建立植被状态指教(VCI)、温度条件指数(TCI)和植被-温度指数(DI)模型;采用广西2004年10～11月数据,利用相关系数、全距和变异系数对3个干旱监测模型应用于广西岩溶区和非岩溶区大范围干旱监测的适用性进行了论证分析,结果表明:植被-温度指数模型(DI)最适用,温度条件指数(TCI)次之,植被状态指数(VCI)则较难胜任.并使用植被-温度指数DI模型监测了广西2005年秋旱,经与干旱实况对比,干旱指数DI的监测结果与实况相符,表明植被-温度指数遥感监测模型能准确反映出广西岩溶和非岩溶地貌环境的干旱时空变化特征,适用于广西大范围的干旱监测.     

黄河中游地区土壤湿度特征分析

利用1981-2002年黄河中游地区(32°～42°N,100°～116°E)土壤湿度资料,分析该地区土壤湿度的水平和垂直分布特征、年际和年代变化.结果表明:黄河中游地区土壤湿度水平分布大致呈中部干,西南和东南湿的分布趋势;该地区的中南部土壤湿度垂直分布具有独特性,随季节而变,初春至5月底土壤湿度迅速下降,表层下降最快...     

对陆面过程模型CoLM中关键参数的修正

通过对塔克拉玛干沙漠腹地观测数据的分析和模拟,重新修正了陆面过程模型CoLM中的关键参数值和参数化方案。① 采用涡动相关数据和Monin Obukhov理论,对地表动力学粗糙度重新计算;为提高地表比辐射率的精度,采用两种不同的方法进行计算和比较;将地表反照率参数值校正为符合年际变化的参数化方案;重新选择符合沙漠环境的地表热力学粗糙度参数化方案;改变相同的10层土壤导热率为不同值。② 经过参数值的校正与参数化方案的修正,改善了CoLM在沙漠地区对地表通量、地表和土壤温度模拟的缺陷;③ 改善后的CoLM模拟值与观测值的标准误差小于改善前,但不同季节模拟改善效果存在差异,总体上冬季的标准误差小于其他季节。     

黄土高原土壤水分环境评价初步研究

结合植被调查,建立土壤水分研究移动实验室,分析了黄土高原土壤水分环境研究中一些指标的通用性不足问题,以最大吸湿量作为土壤有效水下限,创造性地提出"土壤有效湿度"概念并进行了模型检验,依据该指标建立土壤水分环境评价分级标准并对榆林附近土壤水分环境进行了评价。结果表明:榆林附近土壤水分环境存在类似于延安附近的空间突变现象。实际应用表明,土壤有效湿度指标及其分级标准可以作为黄土高原土壤水分环境评价的初步方案并有望在其它地区推广;结论认为,黄土高原土壤水分环境的空间突变现象具有重要自然地理意义,有深入研究必要。     

黄土高原土壤水分与植被生产力的关系

土壤水分生态条件的恶化愈来愈成为黄土高原植被建设和生态环境建设的限制因素，我们在对黄土高原土壤水分生态因素分析的基础上，探讨了黄土高原土壤水分的季节性变化、土壤剖面水分变化、区域水分变异规律，分析了土壤水分与植被生产力间的相互关系，并提出了改善黄土高原土壤水分生态环境、提高植被生产力的调控技术。     

黄土区人工林地的土壤水分研究动态

水分是黄土区植被恢复与重建的重要限制因子，土壤水分是植物生长和发育的必要环境因素。由于土壤水分供给的有限性，使它成为植物生长和生存的限制性因素。因而，对土壤水分的研究具有十分重要的意义。在土壤水分研究现状的基础上分析植被恢复与重建，并从研究的方法与内容方面进行论述，提出当前土壤水分研究中存在的问题与解决对策。     

黄土高原苹果园不同集水阻渗技术调控下土壤水分、矿质氮含量变化

以黄土高原苹果园果树为研究对象,分析不同集水阻渗技术调控下土壤水分、矿质氮含量的变化,探索适宜旱区果园可持续发展的防渗聚水技术。结果表明:起垄覆膜处理(Ⅰ)、防渗层处理(Ⅱ)和起垄覆膜加防渗层处理(Ⅲ)均能增加0～300 cm土层土壤含水量,减少土壤硝态氮含量。处理Ⅲ总体效果最好,能够增加9.60%土壤含水量,减少57.15%土壤硝态氮含量;处理Ⅰ使0～200 cm土层土壤含水量均匀增加7.73%,硝态氮含量均匀减少60.08%;处理Ⅱ能够增加0～40 cm表层土壤7.37%的土壤含水量,减少40～200 cm中层土壤74.38%的硝态氮含量。研究表明,不同集水阻渗技术通过改变水分的时空分布、减少硝铵态氮的淋溶从而提高水肥利用效率,其中起垄覆膜加防渗层处理结合了起垄覆膜与人工防渗层两种技术的优点,能够有效调控土壤水分运动,减少硝态氮深层淋溶,是黄土高原改善土壤水肥状况、增加果园产量、使果业可持续发展的可行技术措施。     

黄土高原坡面刺槐林土壤水分生态位特征分析

通过定位观测并引入土壤水分生态位适宜度,以刺槐林根系分布作为土壤水分生态位权重,对黄土高原刺槐林不同地理位置、不同坡向和不同时期土壤水分生态位进行了分析.结果表明:由南向北,土壤水分生态位递减,淳化刺槐林土壤水分生态位为97.5%,可满足刺槐生长,米脂刺槐林土壤水分生态位为53.2%,林木生长较大受水分的限制;在不同坡向间刺槐林土壤水分生态位表现为阴坡最高,阳坡最低,在生长季节,刺槐的生长受土壤水分的制约,半阴坡和半阳坡介于二者之间;在年内,春旱及春末旱,导致土壤储水量减少,7月初土壤水分生态位降到最低.随着林龄和林木密度的增加,土壤水分生态位降低,保持适当的林分密度,可实现林木的正常生长.     

黄土高原灌木林地水分环境特性研究

通过对黄土高原试验示范区的多年定位观测试验，并结合调查数据，分析了该区灌木林地的土壤水分循环过程，大气降水分配特点，揭示了灌木林蒸腾耗水特征，以及土壤水分动态趋势，总结了沙棘、柠条灌木林地土壤水分平衡规律，从而为黄土高原绿化、灌木林的合理布局和经营提供了一定的科学依据。     

黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用的土壤养分特征

以黄土高原丘陵沟壑区第3副区典型流域为研究区,采用实地调查、土壤采样分析和数理统计相结合的方法,基于33个样点的土壤养分数据,研究了林地、草地、果园、梯田、坡耕地5种土地利用的土壤养分特征。结果表明：土地利用方式对黄土高原丘陵沟壑区典型流域土壤有机质、全N和速效P含量的影响达到显著水平,对其他养分指标影响不明显。土壤有机质和全N含量从高到低依次为：林地＞坡耕地≈梯田＞果园＞草地,林地明显高于其他土地利用类型,而草地土壤养分最差。速效P含量从高到低依次为：果园、坡耕地、梯田、林地和草地,农业耕作植被下的速效P含量明显高于自然生态植被。研究表明：梯田作为传统的水土保持措施,在研究区具有良好的土壤保肥作用,而分布于陡坡的草地,养分保持效果在5种土地利用中最差。     

陇东黄土塬区土壤包气带水分水势特征研究

选取陇东黄土包气带为研究对象,综合运用数理统计与对比分析相结合的方法,研究黄土地区包气带土壤水分、水势变化特征和土水势构成结构,结果发现,在陇东黄土塬区,坡头荒地等较干旱、沙质土壤中,包气带水分变化呈对数分布特征,而耕作土壤其水分含量特征则不满足这种类型.在土水势构成方面,溶质势所占比例平均约为20%,其中坡头荒地约占...     

利用GDAS气象数据库资料估算区域参考作物ET0准确性评价——以山西省为例

准确估算参考蒸散发量对水资源管理、区域水资源利用规划和社会经济可持续发展研究至关重要,同时也是农业灌溉管理的依据.本研究的主要目的是评价美国地质调查局(USGS)利用美国国家海洋大气管理局(NOAA)提供的气象参数计算得到全球参考蒸散(GDAS)数据的可靠性.以2004～2007年山西省境内16个站点的中国地面国际交换...     

甘肃黄土高原主要农作物水分胁迫敏感性

利用甘肃黄土高原几个代表站点气候、物候、产量、土壤水分等资料,计算了本区几种主要农作物在不同生育时段对水分胁迫的敏感系数。结果表明,不同作物在不同时段对水分亏缺的敏感性有所不同,冬小麦在孕穗—开花期的敏感系数最大,冬前苗期和返青拔节期的敏感系数较大,不同的地方这两个阶段的敏感性大小不同;玉米在拔节—抽雄期敏感系数较大,抽雄—灌浆期次之;春小麦只存在一个敏感性高值区,即拔节—开花期,其余时段敏感性较小。