坡面水蚀预报模型研究

基于对我国坡面水蚀预报模型研究成果的述评和考虑坡面土壤侵蚀特征，提出了我国坡面水蚀预报模型的基本形式，给出了模型中各参数，如降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀因子的计算公式，并对土壤可蚀性、作物和水保措施等因子的提取方法进行了讨论。     

基于GIS的次降雨分布式土壤侵蚀模型构建——以晋西王家沟流域为例

利用野外试验小区观测与人工模拟降雨资料,在定量分析羊道沟小流域坡面—沟坡—沟道侵蚀产沙关系基础上,建立了羊道沟小流域侵蚀产沙模型。借助GIS技术,将王家沟小流域划分为40个沟间地、40个沟坡地及它们组成的40个子流域和一个输水输沙通道。通过对比分析每个子流域降雨、地貌、治理、植被覆盖、耕作措施和土壤6个主要侵蚀产沙影响因子与羊道沟小流域各因子的关系,得到王家沟各子流域相对于羊道沟小流域侵蚀产沙模型相应参数的修正系数,结合王家沟流域主沟道泥沙输移关系,建立了王家沟流域次降雨分布式侵蚀产沙模型。利用王家沟流域1963-1968年22次天然降雨资料,对模型进行检验,结果较为理想,预测精度达到55％。     

基于ViewGIS 3.0的半干旱黄土丘陵沟壑区太阳辐射分布规律研究

基于ViewGIS的太阳直接辐射模拟计算功能,进行了峪口花果山太阳直接辐射时空分布规律的研究,并对太阳直接辐射模型进行了精度校验和误差分析,以期为当地的区域规划和生态环境建设提供基础资料和科学依据。主要结论:（1）太阳辐射总体趋势为一日中日出和日落前后的误差变化较为剧烈,中间阶段变化平稳。（2）太阳直接辐射随时间的变化呈现早晚小、中午大的变化规律。（3）太阳直接辐射随月份的变化也呈单峰型的变化规律,即7月份太阳直接辐射值最大,依次向两边递减。（4）太阳直接辐射随24个节气的变化呈典型的正态分布规律,即以夏至日太阳直接辐射值为中心依次向两边递减的规律。（5）不同坡度,随着坡度增大,太阳直接辐射日总量逐渐减小;不同坡向,太阳直接辐射日总量南坡最大,东南坡、西南坡次之,北坡最小。     

荒草地小区土壤侵蚀的7Be示踪研究

通过裸露地小区和荒草地小区7Be示踪对比研究,发现坡面植被覆盖对利用7Be示踪估算坡面土壤侵蚀速率有较大影响.在Walling等提出的7Be示踪估算裸露坡面土壤侵蚀速率模型中引入植被因子,估算有植被覆盖坡面的土壤侵蚀速率,结果显示修正后模型计算值与小区实测值比较接近,说明增加植被因子后的模型能够很好估算有植被覆盖坡面的土壤侵蚀速率,有关结果可为深入研究植被覆盖与土壤侵蚀之间的响应关系提供有效手段.     

太阳能平板型集热器阵列排布优化

为了优化集热器阵列排布便于水平屋顶有限空间的安装,该文建立了日均遮挡模型和太阳辐射模型。利用所建模型研究了集热器阵列排布长宽比与纬度、日均遮挡因子、阵列占地面积、到达集热阵列的太阳辐射量间的关系。结果表明,大型集热器阵列(占地面积≥500m2),冬至日日均遮挡因子随阵列长宽比和纬度的增加而增大。长宽比∈[1/10,3/1)时,日均遮挡因子上升较快;长宽比∈[3/1,10/1]时,日均遮挡因子增加平缓。对于占地面积∈[50,1000]m2的集热器阵列,面积越小、日均遮挡因子随长宽比的变化越快。冬半年各月水平面上日均太阳辐射分布情况对到达阵列的太阳辐射量最大对应的最佳长宽比存在较大影响。鉴于太阳辐射分布的影响以及便于工程应用,文中给出了中国不同纬度13个城市5种集热器阵列的最佳长宽比;研究结果可为太阳能集热阵列的排布优化提供参考。     

日光温室热环境模拟模型的构建

该文建立了日光温室热环境模拟模型,定量描述了日光温室内的太阳辐射、对流换热、辐射换热、热传导、自然通风和水分相变带来的潜热对日光温室热环境的影响,根据质能平衡和传热学理论,得到一组关于覆盖物、室内空气、温室分层后墙、分层地面土壤、分层后坡和作物热平衡的微分方程组。利用MATLAB的强大计算能力与VB的良好用户界面建立模拟计算软件,可求得温室各组成部分的温度。通过试验验证,该模型能够比较准确预测日光温室环境温度。     

内蒙古黄土丘陵区坡面径流及其影响因素研究

为了进一步探讨坡面径流和各影响因子间的关系,以内蒙古的宁城、和林和东胜三地区的64个径流小区为研究对象,通过三年的定位观测,分析比较了各因子对坡面径流的影响,研究结果表明:在黄土丘陵区,坡面径流主要受降雨、植被以及人为等因素的影响。降雨量和降雨强度与径流量成正相关关系;林分密度,林冠的冠幅与径流量为负相关关系;人为因素主要表现在农业措施方面,不同的措施引发不同的径流状况,良好的措施可减小径流,破坏行为加深径流,造成水土流失。     

晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀及预报研究

细沟间侵蚀是指坡面上细沟未形成之前或细沟形成之后细沟间的土壤侵蚀过程。细沟间侵蚀量预报是整个坡面水土流失预报的一个重要组成部分。本文以晋西黄土丘陵沟壑区的土壤侵蚀为背景,以野外及室内试验资料为基础,论述了降雨动能、土壤抗剪强度、坡度、植被、表土结皮对细沟间土壤侵蚀的影响,提出了坡面一次降雨细沟间侵蚀总量的预报模型。本模型与径流及细沟侵蚀量预报模型结合,可形成一个较为完整的坡面水蚀总量预报模型。     

基于GRNN的坡面径流输沙能力模型的试验研究

坡面径流输沙能力是建立土壤侵蚀过程模型的重要水力学参数,研究定量计算坡面径流输沙能力的实用模型具有重要的理论和实践意义.通过室内模拟径流冲刷试验,计算不同坡度和流量条件下的裸地坡面径流输沙能力,利用平均影响值(MIV)方法对影响坡面径流输沙能力的因子进行分析,建立以干密度、能坡、进口流量、出口流量、水力半径、流速为输入,以坡面径流输沙能力为输出的广义回归神经网络(GRNN)模型,并应用Adaboost算法对模型进行优化.验证结果表明,所建模型能够用于对坡面径流输沙能力的模拟预测.与BP神经网络模型进行对比分析的结果表明:在试验训练样本条件下,广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测结果优于BP神经网络模型;Adaboost算法能够有效减小广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测误差.     

陕西省光合有效辐射的地形影响效应

基于数字高程模型数据,全面考虑地形因子对太阳短波辐射各辐射分量的影响,在分别建立太阳直接辐射和散射辐射模型的基础上,确定了山地太阳光合有效辐射的基本模型,并依据模型计算陕西省平均月、季、年光合有效辐射及≥0℃和≥10℃期间光合有效辐射分布情况,探讨局地地形对光合有效辐射的影响机理。结果表明,模型模拟结果与利用传统方法计算结果相一致,说明模型是可靠的;≥0℃和≥10℃期间光合有效辐射的空间分布情况说明陕西省光能资源丰富,理论上农业产量有较大的提升空间;局地地形对山区光合有效辐射影响显著,光合有效辐射量随坡度的升高而逐渐减少,偏南方向辐射量较大,偏北方向较小,东、西坡辐射量呈对称分布,同时地形对其的影响程度随季节而变,相对于夏季,在太阳高度角较低的冬半年,地形影响较大。     

太阳辐射直接透射率的推算

利用来自全国66个日射站的太阳辐射及679个常规气象站的日照资料,在数据集群的基础上,建立了直接透射率的不同（各站各月模式、各月模式、各站模式、综合模式）估算模式,研究直接透射率的推算方法。经过对各种模式计算结果的误差指标的综合评估分析,最终确认各月模式为最优模式。文章选取各月模式,在GIS支持下利用Kriging内插法,得到1km×1km的全国月直接透射率空间分布图,并分析了月直接透射率的空间分布及主要影响因素。     

遥感和地面数据驱动下的农业气候环境信息网格化技术研究

随着GIS技术飞速发展和遥感的应用，使得大范围细小网格上的农业气候资源各要素的计算成为可能。论文提出构建农业气候环境信息网格的基本思想。首先借助ArcGIS平台，利用DEM数据，通过Kriging插值将地理、地形因子网格化和参数化，生成了中国地区1 km×1 km网格的海拔高度、坡度、坡向等地形因子数据。其次利用MODIS数据反演得到了全国2001年月均1 km×1 km网格的地表反照率数据和大气总透射率。在获取了这些基本参数后，考虑地形和大气衰减因子，定量分析了坡度、坡向、地形遮蔽因素对太阳辐射的影响，在此基础上建立了坡地太阳辐射计算模型，最终实现了中国地区气候环境信息空间网格化。这样不仅可以弥补地区气候观测资料空缺，避免了传统方法以点代面的局限性，还可以为农业生产和科学研究提供有关气候环境信息的基础数据。     

实际地形下地表太阳总辐射的简化算法及应用

为快速准确估算实际地形下地表太阳总辐射,针对辐射观测资料不足现状,通过考虑天文、大气和地理地形等因子对地表太阳总辐射的影响,构建了融合起伏地形天文辐射模型、地表太阳总辐射气候学公式和日照百分率优化插值方案的太阳总辐射简化算法。并以安徽省为例,对简化算法实施参数化和应用,采用2个辐射站观测资料统计回归得到气候学公式参数,参数化后的公式计算相对误差为7.65%。利用80个站点的日照百分率数据分析了不同插值方法适用性,逐点交叉检验结果表明,薄盘样条法对安徽省日照百分率具有更好的插值效果。基于简化算法计算得到实际地形下安徽省地表太阳总辐射平均为4500MJ·m~(-2)·a~(-1),总体呈北部高、南部低,山区南坡高、北坡低的分布特征,部分开阔南坡的太阳辐射超过同纬度水平地面。季节特征上地形对太阳辐射的影响随月份而异,在冬半年影响幅度更为明显,夏半年地形影响相对较弱,并多以削减为主。安徽省太阳能资源以3级为主,大别山和皖南山区的北坡多为4级,而在皖北低山丘陵的南坡存在零星的2级资源区。近年来由于日照百分率的下降,导致全省地表太阳总辐射普遍减少。     

基于MODIS数据用两步法构建四川省地面太阳辐射计算模型

以MODIS遥感资料为基础数据,采用统计模型反演的方法,构建了两步法计算高分辨率地面太阳辐射量的计算模型。第一步基于遥感云量与地面日照百分率的相关关系,计算格点各月日照百分率值;第二步基于日照百分率与太阳辐射量的相关关系,计算格点太阳辐射量。应用本方案对四川省1km格点分辨率地面太阳辐射量进行计算,并利用6个辐射站总辐射实测值对计算结果进行检验。结果表明：四川省年总辐射量在3102～6659MJ·m⁻²,最低值出现在四川盆地东南部,最高值出现在川西高原西部。利用地面辐射站观测资料进行检验,结果表明各站各月太阳辐射量计算值与实际观测结果基本一致,年辐射量计算绝对误差均小于100MJ·m⁻²,相对误差均小于2%,表明该模型模拟精度较高,可用于四川省地面太阳辐射量计算。     

山区太阳直接辐射的空间高分辨率分布模型

该文以山区的高空间分辨率DEM数据为主要数据源，从中分别提取经度、纬度、坡度、坡向等相应的地形要素栅格数据，再结合多年平均的实际日照百分率资料，利用GIS技术建立山区实际太阳直接辐射的高空间分辨率分布模型，实现太阳直接辐射空间分布规律的可视化表达，分析了山区各月太阳直接辐射的空间分布特征，对于山区的农业、林业和生态环境等方面的研究具有重要的指导意义。     

基于DEM的栖霞山区日照时数模拟研究

针对栖霞市地形变异对太阳辐射在地面分布的影响,利用数字高程模型为基本信息源,在提取数字坡度模型和数字坡向模型的基础上,采用多层面复合分析的方法,通过对地形要素与其他气候要素的复合分析,建立了区域地面的太阳辐射模型。模拟计算过程中,每一个栅格单元瞬时太阳辐射能量的计算是其中最基础的工作,通过对瞬时太阳辐射量的时段累计,可获得日、月、年的太阳辐射总量。该结果可望进一步转换成对农作物生长有重要影响的积温、无霜期等重要的小气候指标,为精细农业的实施提供了重要的数据资源。     

基于APSIM模型的大气气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响评估

在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网（AErosol RObotic NETwork,AERONET）中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S（Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum）辐射传输模式,计算出2001-2014年研究站点的气溶胶直接辐射效应,评估了APSIM（Agricultural Production Systems Simulator）作物模型的适用性,运用验证适用的APSIM模型分析了气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响。结果表明：1）验证后的APSIM玉米模型在我国北京、香河和太湖玉米产区具有较好的适用性。APSIM模型在模拟玉米的发育期以及产量中的模拟结果较好,其中各站点产量的相对均方根误差（NRMSE）为1.55%~6.24%,一致性指标（D）为0.80~0.99,决定系数（R²）为0.75~1.00。2）气溶胶使得太阳直接辐射降低;降低的趋势主要受气溶胶的净辐射通量的影响。2001-2014年期间北京、香河和太湖总辐射量分别降低31.95%、14.74%和28.30%。3）气溶胶直接辐射效应造成玉米减产。2001-2014年期间气溶胶直接辐射效应使得北京、香河和太湖玉米产量分别减少28.44%、14.89%和13.43%。总体来说,2001-2014年期间大气气溶胶直接辐射效应使得我国北京、香河和太湖3个高污染区的玉米产量减少13.43%~28.44%。     

基于6S模型的GF-1卫星影像大气校正及效果

高分一号(GF-1)卫星是中国高分系列卫星的首发星,自2013年4月成功发射以来,在中国农业遥感业务工作中得到了广泛应用,已成为中国大宗农作物种植面积遥感监测的主要数据源。该文基于6S(second simulation of a satellite signal in the solar spectrum)辐射传输模型原理,设计并实现了适合于GF-1卫星数据大气校正算法与程序。算法以GF-1卫星1级数据、元数据及传感器公开参数为输入数据,不需要其他外源辅助数据,经过辐射定标,计算各波段平均太阳辐射值、表观反射率,通过选择大气模式,驱动6S模型获取表观反射率转换为地表反射率的参数,逐像元计算影像地表反射率。在算法研制的基础上,应用Fortran和IDL语言编写了大气校正批处理程序,实现了大气校正过程的批处理。该文采用2014年4月3日、6月28日、11月2日,以及2015年1月19日4个时相北京地区GF1卫星WFV(wide field view)数据,分别代表春夏秋冬4个季节,通过与ENVI软件的FLAASH(fast line-of-sight atmospheric analysis of spectral hypercubes)大气校正结果对比进行评估。2种方法 4个时相各波段全年相对偏差为3.26%,蓝光波段偏差最大为11.21%,其次是红、近红和绿光波段,分别为1.19%、0.73%和0.24%。作物覆盖区平均相对误差为12.99%,冬季最高为17.40%,秋季和春季分别为15.02%和14.15%,夏季相对差异最小为8.31%。各波段地表反射率的整体校正情况并未有太大差异,但6S校正后各波段反射率普遍比FLAASH校正结果略微偏高。2种校正结果计算的NDVI也基本一致,相对偏差0.64%;除水体外,绝对值差值的平均值均在0.0548以内。从计算效率来分析,6S模块实现了商用软件FLAASH模块中未提供的批量计算,在相同硬件环境下计算效率提高了75.0%以上。研究结果表明了该文开发的大气校正程序能够稳定批量处理GF-1卫星数据,可以作为农业遥感监测业务流程的组成部分。