基于辐射和温度的ET0模型在吐鲁番地区的比较与修正

利用吐鲁番地区3个气象站2000—2015年逐日气象资料,以FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)模型为标准,对6种ET_0模型(M-A模型、P-T模型、M-H模型、H-S模型、Traj模型和B-H模型)进行评价并修正,采用均方根误差(RMSE)、绝对平均误差(MAE)、平均相对误差(MRE)评价指标和Wilcoxon非参数检验法比较年、月尺度上各模型修正前后的估算精度,以筛选适用吐鲁番地区ET_0简化估算模型。结果表明:吐鲁番地区ET_0的主要影响因子是R_s(太阳辐射),其次是e_s(饱和水汽压)和R_n(作物表面净辐射);修正前,年尺度上,M-H模型的估算精度最高;月尺度上,各模型误差较大且与FAO-56 PM模型存在显著差异,适用性较差;修正后,各模型在年、月尺度上的精度均有明显提高,无显著差异,其中修正后的P-T、M-H和B-H模型估算精度最高,可作为吐鲁番地区ET_0简化估算模型。     

河套灌区不同土地类型生长季蒸散发量估算及其变化特征

为揭示不同土地类型蒸散发量(ET)差异特征,基于SEBS(surface energy balance system)模型,结合气象数据、遥感影像及土地利用分类结果,对河套灌区2017年生长季日ET进行SEBS模型估算,分析灌区ET时空变化特征及不同土地类型的ET差异。结果表明:①通过实测数据和FAO Penman-Monteith(PM)计算值对SEBS模型估算结果精度验证,蒸渗仪观测数据、涡度相关系统(EC)、波文比能量平衡系统(BREB)和PM计算值的相对误差平均值分别为:16. 66%、18. 34%、14. 93%、14. 03%,表明SEBS模型可以用来估算河套灌区ET。②生长季内,灌区日ET大小依次为:7月 6月 5月 8月 9月。日ET呈单峰形变化,7月日ET达到最大值5. 21 mm·d~(-1),9月日ET最小,为3. 51 mm·d~(-1)。③不同土地类型的日ET大小依次为:水体林地耕地草地城市荒地。灌区内ET分布与土地类型具有高度一致性,总体分类精度和Kappa系数分别为80. 63%和0. 75。④在生长季的不同时间,水体ET均处于较高值,7月日ET达到最大值6. 034 mm·d~(-1),9月日ET值最小,为4. 177 mm·d~(-1)。其次林地日ET较大,7月日ET值为5. 977 mm·d~(-1),9月日ET值为4. 147 mm·d~(-1)。耕地日ET变化趋势与作物生长情况相一致,作物生长旺盛期ET值达5. 851 mm·d~(-1),作物收获期ET值为3. 952 mm·d~(-1)。     

西藏地区潜在蒸散量时空格局特征及影响因素研究

利用1981—2018年西藏地区38个气象站点的逐日气象观测资料,采用联合国粮农组织Food and Agriculture Organization of the United Nations(FAO)推荐的Penman-Monteith公式估算了各站点的潜在蒸散量(ET_0),分别从趋势性、突变性以及周期性分析了ET_0的时空变化格局及其影响因素。结果表明:在时间尺度上,西藏地区ET_0均表现出先"下降"后"升高"的趋势,其中"下降"阶段ET_0整体呈显著的降低趋势(除冬季外),"升高"阶段呈显著的增加趋势(除春、夏季)。在空间尺度上,春、夏季表现出减少和秋冬季、年际表现出增加的趋势。发生突变的站点主要分布在中南部和东北部区域,时间集中在20世纪80年代;年均ET_0变化的第一主周期为33 a(2013年)。此外,平均风速和相对湿度是影响年及季节ET_0的主要因素,同时平均风速、相对湿度和最高温度对ET_0的影响趋势具有很强的一致性。     

西藏参考作物蒸散量时空变化特征与影响因素

为深入认识西藏参考作物蒸散量(ET_0)的变化特征,采用联合国粮农组织1998年推荐的Penman-Monteith公式计算西藏37个气象站点32 a(1981—2012年)的逐日ET_0,通过联合国防治荒漠化公约提出的全球干旱指数(UNEP)进行气候评价,利用空间插值及Mann-Kendall趋势检验法对西藏及各气候区ET_0时空变化特征进行分析,并通过偏相关分析法对其主要影响因素进行探讨,结果表明:西藏共分为特干旱、干旱、半干旱、干旱半湿润、湿润半湿润和湿润气候区,主要为半干旱气候区。近32 a参考作物蒸散量整体呈减小趋势,变化趋势为-1.508 mm·a~(-1),可将32 a分为3个时段,1981—1989年处于高蒸散阶段,1989年后处于低蒸散阶段,2005年起又持续回升。西藏西部到东部,年际ET_0呈减小趋势。各气候区气象因子的影响基本符合平均气温日照时数平均风速相对湿度,且平均气温、日照时数及平均风速在干旱区的影响较湿润区更为显著。     

甘肃省主要农作物需水量时空变化特征分析

采用联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式,计算出甘肃省1960～2000年主要农作物(春、冬小麦,玉米,马铃薯)生育期内逐日需水量,统计分析其时空变化特征和不同作物生育期日均需水量变化规律。研究表明,随纬度的增加作物需水量增大,需水量高值区对应甘肃省的干旱、半干旱地区。作物需水量在近40a内呈现下降的趋势,并且河西地区下降趋势明显大于河东。对几种作物的逐日需水量分析发现,出苗～开花期,作物日需水量缓慢增大;开花～乳熟为需水高峰期,进入作物生长旺盛阶段,乳熟期后日需水量迅速下降。     

黄土塬区降水变化条件下冬小麦田土壤水分消耗与补给

通过人工实时降水分配试验,研究了黄土塬区冬小麦田3种降水条件:正常降水(R_(CK))、降水增加1/3(R_(+1/3))和降水减少1/3(R_(-1/3))下,土壤水分变化速率、消耗深度以及水量平衡状态。结果表明:R_(CK)和R_(-1/3)处理0~3.8 m土层土壤储水量以91.85 mm·a~(-1)和109.39 mm·a~(-1)的速度下降,而R_(+1/3)处理土壤储水量在0~3.0 m深度以48.94 mm·a~(-1)的速度减少,而在深层(3.0~3.8 m)土壤水以17.39 mm·a~(-1)的速度增加;降水增加使得土壤水分的补给次数增多,减少了土壤水分的时空变异;当土壤底墒充足且生育期降水量较多时,各降水处理土壤水分的消耗深度较浅,反之,则较深;在休闲期,降水的转化效率与生长季土壤水的消耗率呈现极显著的指数相关。     

中国农业现代化水平时空格局

根据农业现代化的内涵,利用2002-2013年间全国342个地级及以上行政区农村与农业发展数据,采用熵值法测算了中国农业现代化发展水平,并运用探索性空间数据分析(ESDA)方法测评了全国农业现代化水平的时空格局与区域差异;运用空间滞后模型分析了农业现代化的影响因素。结果表明:1)2002-2013年间,全国342个地级及以上行政区农业现代化平均水平呈逐年递增趋势,并呈现出东部>东北部>中部>西部的态势。2)我国农业现代化水平存在显著的空间差异,高值区域主要位于我国东部沿海、三大平原、山东半岛;中值区主要位于我国西北内陆河流域,低值区主要位于"胡焕庸线"两侧及云贵高原、西南山区与青藏高原地带,这与国家主体功能区划中的"农业战略格局"基本耦合。3)农业现代化水平具有显著的时空惯性,2002-2013年间,时空格局变化不大,显出很强的时空依赖性,因得益于2006年我国取消了农业税,2006年是一个波动的拐点。4)在城乡转型发展的新时期,城镇化、信息化、农村人均固定资产投资等均促进了农业现代化发展水平,尤其是城镇化不仅加速了农村的土地流转,且促进了农业生产模式由传统小农生产向农民专业合作社经营的转变,是推进农业现代化的中坚力量。     

牛粪厌氧发酵产气动力学与加热策略研究

以牛粪为研究对象,开展不同温度(15℃～35℃)及有机负荷(0.5～6.0 g·L~(-1)·d~(-1))条件下沼气产气率研究,构建半连续式沼气发酵产气动力学模型。结果显示,模型对牛粪的容积产气率有较好的拟合度,在15℃、20℃、25℃、30℃和35℃下的最大容积产气率(R_(pmax))分别为20.18、54.45、73.86、143.90、146.35 mL·L~(-1)·d~(-1)。通过R_(pmax)-θ公式计算得到的不同温度区间内温度活性系数θ值分别为1.22(15℃～20℃)、1.06(20℃～25℃)、1.14(25℃～30℃)、1.00(30℃～35℃),相比其它温度区域,15℃～20℃范围内牛粪产气速率对温度的敏感性最大。能量投入与产出估算结果表明,低浓度条件下的牛粪沼气工程(总固体浓度TS约1%)在我国南方冬季不适合额外增温,其热损失以及原料加热至理想温度所需求的热量远大于产能。     

甘肃省参考作物蒸散量变化特征与影响因子分析

为了探寻甘肃省参考作物蒸散量(ET_0)的变化特征及其影响因子,利用FAO-Penman-Monteith(98)公式计算甘肃省4个分区的ET_0。依靠处理定性概念与定量描述不确定转换的云模型对ET_0变化特征和影响ET_0的气象因子进行了研究;同时,采用通径分析的方法,对不同区域影响ET_0变化的气象因子进行了探讨。结果表明:63年来,ET_0在空间上表现为西北地区大于东南地区。其中,河西地区ET_0在甘肃省内一直处于最高值,但呈逐年减小的趋势;陇中地区和陇东地区前30年先减小,后33年较之前有所增加,但总体趋于稳定;陇南地区则表现为多年最低值且较为稳定,无明显变化。63年来河西地区ET_0分布最为离散,不均匀性也最不稳定性;陇东地区ET_0分布最为均匀,稳定性也相对最好。通径分析表明,各个气象因子对ET_0变化都有影响且对不同区域ET_0的主要影响因子也不尽相同。对河西地区和陇南地区ET_0变化直接作用最大的气象因子为平均温度;对陇中地区和陇东地区ET_0变化直接作用最大的气象因子分别为平均相对湿度和日照时数。平均风速是对河西地区、陇中地区和陇东地区间接作用最为显著的气象因子;而对陇南地区ET_0间接作用最为显著的气象因子则为日照时数。     

Hargreaves公式计算宁夏地区参考作物腾发量的研究

Penman-Monteith公式计算ET0需要大量的气象数据,而这些数据在一些地区尤其是不发达地区缺测情况较多。Hargreaves公式是FAO推荐的在只有气温数据情况下,估算ET0的方法,但在应用时需要对其进行修正。文中利用国家气象数据共享服务网提供的宁夏24个气象站长系列逐旬气象资料(1951-1999年),分别用Penman-Monteith公式,Hargreaves公式计算参考作物腾发量,然后通过回归分析确定出宁夏每一个气象站所代表区域应用Hargreaves公式时的经验系数,提出修正后的Hargreaves计算公式;并用2000-2012年的气象数据对修正后的Hargreaves公式进行验证。结果表明:1)未修正的Hargreaves公式,在宁夏地区的适用性较差,与Penman-Monteith公式计算值对比差异显著。2)修正后的Hargreaves公式计算精度显著提高,与Penman-Monteith公式计算结果有很好的拟合,可见,利用修正后的Hargreaves公式替代PM公式计算宁夏地区参考作物腾发量是可行的。     

河套灌区参考作物蒸发蒸腾量估算方法研究

参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）是计算作物需水量的基础,一般用FAO推荐的Penman-Monteith公式（PM公式）计算。但是在河套灌区部分地区缺少辐射数据的观测,因而无法利用PM公式计算ET₀。本文选用河套灌区临河气象站1990—2012年的气象资料,分析了利用PM公式计算参考作物蒸发蒸腾量ET₀与气象要素的关系,发现对ET₀影响最大的气象因素为净辐射,其次为饱和水气压差和平均温度。建立了基于饱和水气压差、温度和风速的ET₀估算公式,验证结算显示相关系数、纳什效率系数和总量平衡系数分别为0.96、0.92、1.00。在风速缺测的条件下,也建立了基于饱和水汽压差和温度的ET₀估算公式。以上两个公式为河套灌区缺资料条件下ET₀的估算提供了简单且准确的估算方法。     

新疆焉耆盆地ET_0计算方法的适用性评价

以新疆焉耆盆地为例,以PM模型计算值为标准,评价了H-S、P-T与Mc Cloud模型在研究区的适用性。结果表明:太阳总辐射与ET0日值之间呈现极强的相关性(r=0.937)与偏相关性(r=0.962),说明太阳辐射能量是影响ET0的主要因素;在ET0日值计算中,H-S模型计算结果显著大于PM模型,P-T模型与Mc Cloud模型计算值显著小于PM模型,其中H-S模型计算精度最高,均方根误差为0.836 mm,平均偏差为0.638 mm;通过对H-S模型、P-T模型与Mc Cloud模型进行修正,不同模型的计算精度均有所提高,修正后P-T模型的计算精度最高(均方根误差RMSE为0.613 mm,纳什效率指数E为0.6821),且3种模型修正后ET0日值与PM模型计算值均无显著差异。     

北疆地区滴灌冬小麦农田蒸散特征

于石河子大学灌溉试验站运用大型称重式蒸渗仪和小型棵间蒸发器开展滴灌冬小麦田间控水试验,设置3个灌量处理(W1=375 mm、W2=600 mm、W3=750 mm),旨在探明北疆地区滴灌冬小麦生育期农田蒸散与棵间蒸发特征。结果表明:滴灌冬小麦产量随灌量的增加呈显著增加趋势,但W2(8 450 kg·hm~(-2))与W3(8 670kg·hm~(-2))处理间差异不显著;水分利用效率以W2处理最大(1.4 kg·m~(-3)),显著高于W3和W1处理;滴灌冬小麦全生育期蒸散量随灌量增加而增加,介于412.3~707.6 mm,其中棵间蒸发量占蒸散量的27.9%~29.1%。表层土壤含水率和叶面积指数对棵间土壤蒸发影响明显,二者与棵间土壤蒸发占耗水比例均有良好的指数函数关系。深入分析表明,北疆地区滴灌冬小麦高产高效实现背景下生育期内的耗水特征为:生育期内耗水强度播种~越冬为1.0mm·d~(~(-1))、越冬~返青为0.3 mm·d~(~(-1))、返青~拔节为2.6 mm·d~(~(-1))、拔节~抽穗为6.3 mm·d~(~(-1))、抽穗~乳熟为6.6mm·d~(~(-1))、乳熟~成熟为6.2 mm·d~(~(-1))。     

基于气象参数的内陆干旱区作物生育期ET0预测

为实现大田作物灌溉的精细化管理,研究了基于气象因素的生育期ET₀预测模型。采用灰色理论对ET₀与日均、日最高、最低温度,日均风速,相对湿度以及日照时数进行灰色关联度分析,结果表明ET₀与温度（包括日均、最高、最低温度）及相对湿度的灰色关联度较高。在分析ET₀与上述气象因素间的相关系数基础上,采用日均温度、日均风速以及日照时数作为模型的输入,ET₀作为输出,建立了BP神经网络（BPNN）预测模型;采用日均温度、日均风速、日照时数及灰色关联度作为输入,建立了模糊最小二乘支持向量机（FLSSVM）预测模型。研究结果表明,BPNN模型的训练值决定系数为0.8643,平均相对误差6.29%,预测值决定系数为0.8099,平均相对误差7.83%;FLSSVM模型的训练值决定系数为0.9684,平均相对误差2.89%;预测值决定系数为0.9663,平均相对误差3.43%。BP神经网络与FLSSVM模型的精度均较高,可以用来预测ET₀日值,这为大田作物的精细化灌溉管理提供理论与技术支持。     

黄河上游重要水源补给区参考作物蒸散量变化特征分析

利用甘南牧区4个气象观测站1971-2010年的地面气象观测资料,运用Penman-Monteith公式计算得出牧区四站逐月ET0值.通过统计分析、相关分析、小波及Mann-Kendall法等方法对甘南牧区ET0的变化特征进行了分析,并就高原上气象因子与ET0的相关性做了进一步研究.结果发现甘南牧区各县ET0年际变化呈逐年上升趋势,上升趋势达8.8～ 19.5mm/10a;1985年以前有明显的准10 a周期,2000年到2010年间出现了准5 a周期;在90年代以后的20年中上升更快,并于1996年以后出现了突增.牧区ET0夏季最大,并且逐年上升最快;冬季最小,逐年上升最慢.牧区ET0的空间分布不均匀除了与当地高原特殊地形地貌复杂性有关外,还与影响参考作物蒸散量的主要气象因子的不同有关.     

施氮量对滴灌高产春大豆根系生长及产量的影响

为揭示施氮量对滴灌高产春大豆根系生长及产量的影响规律,在田间滴灌条件下采用挖掘取样法研究了0 kg·hm~(-2)(N_0)、75 kg·hm~(-2)(N_(75))、150 kg·hm~(-2)(N_(150))、225 kg·hm~(-2)(N_(225))4种施氮量对新大豆27号0~80 cm土层根系干物质量、侧根长度、表面积、根系活性、伤流量、根瘤数、根瘤质量及产量的影响。结果表明:随着施氮量的增加,0~80 cm土层根系总干物质量、侧根总长度、侧根总表面积呈现先增后降的变化趋势,均以N_(150)处理最高,在R_5(始粒期)期分别较N_0增加27.3%、49.46%、38.14%,其中,0~20 cm土层分别较N_0增加27.0%、29.02%、34.24%;R_5期N_(150)单株伤流量较N_0增加176.0%,R_2(盛花期)期0~20、20~40 cm土层根系活力N_(150)分别较N_0增加44.3%、25.1%;R_5期N_(150)单位面积根瘤数及质量分别较N_0减少8.74%、34.6%;施氮可增加产量,以N_(150)产量最高,为4 889.62kg·hm~(-2),氮肥农学利用效率3.58 kg·kg~(-1)。施氮增加产量主要是促进0~20 cm土层根系生长,提高0~40 cm根系活力的结果。     

Quantifying cropping practices in relation to inoculum levels of Fusarium graminearum on crop stubble

This study was conducted in 58 producer‐field locations in Manitoba from 2003 to 2006 to understand how cropping practices influence Fusarium graminearum inoculum levels on stubble of various crops, including wheat, collected from the soil surface. Colonies per m² (CN) were determined and converted to base‐10 logarithm values (log₁₀CN). Mean log₁₀CN of the sampled field for various crops and groups of crops grown in the 3 years prior to sampling were tested to find significant differences. Average log₁₀CN values were also used to determine significant differences between tillage systems and the effect of number of years. Average log₁₀CN values for zero and minimum tillage systems were not different but were significantly higher than values for conventional tillage. A series of three crop rotation scenarios were tested using weighted log₁₀CN values for crop, tillage, their interaction and their squared terms in step‐wise regression models to identify which model was the best predictor of log₁₀CN. This was selected as the cropping practice index (CPI) model and was expressed as: CPI = 1·98423 + 0·55975 (C₂ × C₁ × T)² + 0·4390 (C₂ × T)², where C₁, C₂ and T represent the weighted log₁₀CN values for crops grown 1 and 2 years previously and tillage system, respectively. R² value for this model was 0·933 (P < 0·0001). The reliability of the CPI model was tested using jack‐knife full cross‐validation regression. The resulting R² was 0·899. The CPI model was tested using data collected from seven wheat fields in 2006 (R² = 0·567). The relationship between CPI and FHB index (R² = 0·715) was significant.     

基于改进的HYDRUS-2D模型暗管排水过程模拟

为了提高HYDRUS-2D模型在暗管排水中的模拟精度，提出了虚拟土层(VSL)和实际开孔面积(AHA)两种方法来代替HYDRUS-2D在暗管排水中的暗管原有渗透边界(PSB)。研究表明:VSL和AHA模型的模拟值与实测值具有较好的一致性;土壤含盐量平方根误差（RMSE）分别为0.757、0.966 g·kg^-1，决定系数(R²)分别为0.977和0.964；土壤含水率的RMSE分别为0.007、0.008 cm³·cm^-3,R²分别为0.885和0.794。此外，VSL在模拟排水方面(RMSE=9.48L，R²=0.93)和模拟排盐方面(RMSE=0.225 kg，R²=0.922)的模拟精度均高于AHA和PSB，可见，VSL更适用于暗管边界。进一步建立了VSL的环宽（RW）与其饱和导水率（K_s）之间的经验公式(R²=0.99，P<0.01)，当模拟区域和暗管布局变化时，该经验公式可用于确定VSL的模型参数,其模拟结果可用于指导相关地区的暗管布局。     

泾河上游典型站近45年参考作物蒸散量变化特征

为了更好地探讨泾河上游地区植被耗水的变化情况,利用泾河上游4个典型站点近45 a的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式,计算了日参考作物蒸散量,并对ETo的日、月、年值的变化特征进行了分析,同时分析了影响ET0的主要气候因子.结果表明:泾河上游ET0的日均值和月均值与大气温度、日照时数等气象要素均达到极显著相关,与风速的相关程度最低,ET0日变化和月变化均呈现为相似的单峰型变化趋势,峰值出现在夏季7月份.近45年来,只有隆德ET0年值呈显著性增加,其他站ET0年值变化不明显.固原的夏季,隆德的冬、夏、秋季的ET0呈显著性变化,其他站各季节变化均不明显.