第一次全国水利普查侵蚀模数的批量计算方法--基于CSLE和GIS的土壤水蚀模数计算器设计与应用

为快速有效地完成第一次全国水利普查水土保持情况普查中30 000多个野外调查单元的土壤侵蚀模数计算,采用.NET平台并结合ArcEngine二次开发包,开发了基于中国土壤流失方程(CSLE)的土壤水蚀模数计算器软件。以陕西省安塞县野外调查单元数据为例,应用该软件进行计算并得到了野外调查单元的水蚀模数,将计算结果与手工操作ArcMap计算得到的侵蚀模数进行了比较。结果表明,利用水蚀模数计算器软件计算得到的结果准确可靠,并可极大地提高计算效率。该软件可用于区域水土流失调查水蚀模数的计算。     

基于作物生长模型和遥感数据同化的区域玉米产量估算

为了将遥感观测到的玉米生长期间作物冠层方向反射波谱的时间序列变化信息用于区域玉米产量估算,该文将时间序列中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据和高空间分辨率LandsatTM遥感观测数据相结合,以叶面积指数(LAI)作为耦合作物生长模型(crop environment resource synthesis-Maize,CERES-Maize)和植被冠层反射率模型(scattering by arbitrarily inclined leaves,SAIL)的关键参数,提出了将耦合模型与时间序列遥感观测数据同化进行区域玉米产量估算的方案。该文选择吉林省榆树市为研究区,采用MODIS和LandsatTM2种尺度数据集,利用SCE-UA(shuffled complex evolution method developed at the University of Arizona)算法分别进行玉米产量同化估产研究,得到玉米单产空间分布的估计结果,结合遥感估算的种植面积求算榆树市玉米总产量。结果表明,与玉米统计总产量相比,2007、2008和2009年遥感数据同化估算的总产量误差分别为9.15%、14.99%和8.97%;与仅利用CERES-Maize模型模拟得到的产量误差相比,3a间遥感估算总产量的误差分别减小了7.49%、1.21%和5.23%,且采用MODIS和TM遥感数据估算的玉米产量表现了其空间差异性。利用榆树市3a间玉米产量的明显差异,分析了时序遥感数据对作物长势和产量变化信息的表达能力,同年份内时序归一化差值植被指数越大,对应的玉米产量越高;年际间遥感观测反射率的差异通过数据同化方法能够反映年际间玉米产量差的变化。该文提出的玉米估产方案为将来进一步结合多源遥感数据、植被冠层反射率模型与作物生长模型进行区域玉米估产研究提供了参考。     

农作物冠层结构参数自动测量系统设计与试验

农作物冠层的结构参数,如叶面积指数与平均叶倾角,是影响太阳辐射在农田内进行重新分配的重要参数。在农业工程中,以玉米与小麦为例,这些参数的测量以传统的手持仪器为主,需要消耗较大的人力和时间,难以被应用于大区域尺度、长时间序列结构参数获取。该文设计并实现了一种基于无线传感器网络技术的农作物结构参数自动测量系统。系统由冠层上、下部光强测量节点、数据汇聚节点以及数据无线传输的路由节点组成,通过测量不同太阳高度角下冠层透过率来求解冠层的结构参数。数值模拟结果与野外实测结果表明,该文所用的结构参数反演算法稳定,测量系统可以较好的探测一天之中不同太阳高度角下的植被冠层太阳辐射透过率,基于方向透过率计算得到的叶面积指数与LAI2000仪器测量结果有较好的相关性,平均叶倾角和理论分布模式计算结果基本一致。该系统可以应用于对大区域尺度上的农作物长时间序列连续观测,提高农作物结构参数测量的自动化程度。     

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。     

国内外资源与环境清查对水土保持普查周期与方法的启示

回顾了国外区域性土壤侵蚀调查的历史,梳理了我国土壤普查、森林资源清查、土地资源调查、污染物普查的周期和方法,在总结我国开展水土保持普查工作的基础上,参考水保专家的问卷调研结果,建议每5年进行一次全国水土保持普查、每年在重点区域进行连续监测,同时在现有调查单元布局的基础上,进一步提高单元密度,建立高分辨率航卫片资料数据库,加强"3S"技术在水保普查中的应用。     

冰雹灾害承灾个体脆弱性评估研究进展

脆弱性是灾害学研究的核心科学问题之一,研究雹灾承灾个体脆弱性可为防御雹灾风险提供科学支撑。本文通过梳理脆弱性基本概念,综述了国内外基于测雹板、遥感反演及实验模拟方法对作物、建筑、汽车等主要雹灾承灾体脆弱性评估研究的进展。结果表明,在雹灾承灾个体脆弱性评估中,不同研究在指标选择、研究手段和结果表达形式方面差异较大,但趋于重视机理和定量研究。(1)在降雹数据获取上,对于作物多基于测雹板监测及实验模拟,而建筑及汽车则多采用雷达遥感反演;(2)在致灾强度指标选择上,研究初期指标选择差异较大,后来许多研究将降雹动能作为雹灾强度指标;(3)在脆弱性函数形式上,构建了线性和曲线脆弱性函数,一些研究表明Logistic曲线是预测作物、汽车、建筑等雹灾脆弱性的最佳函数。今后应加强基于脆弱性形成过程的机理模型研究,以期为雹灾风险研究打下基础。     

地表砾石对降雨径流及土壤侵蚀的影响

山区土壤表层常有大量砾石覆盖,地表砾石覆盖会对降雨入渗产生影响,从而影响径流和土壤侵蚀。利用人工降雨试验来评价北京山区普通褐土上不同砾石覆盖度对径流和土壤侵蚀的影响。试验降雨强度为30,67,92mm/h,土盘(1m×0.5m)坡度为20°,砾石覆盖度为0,5%,10%,20%,40%和60%。研究结果表明:对试验土壤,径流量随砾石覆盖度增加呈线性减小。水流流速和土壤侵蚀量随砾石覆盖度的增加呈负指数递减。降雨强度对径流量和土壤侵蚀量与砾石覆盖度之间的关系不存在影响。研究结果可为北京山区的土壤侵蚀预报提供数据基础。     

变雨强人工降雨条件下坡长对径流的影响研究

降雨、入渗、径流是水循环的重要环节,坡长是降雨产流的重要影响因素之一。为了进一步揭示坡长对坡面径流的影响,实验选取1～10 m坡长小区,在变雨强过程人工模拟降雨条件下,分析了坡长对径流的影响。结果表明:(1)坡长变化对产流时间没有明显影响,干运行和湿运行产流时间分别约为21 min和1.1 min。(2)时段径流深与坡长的关系,总体来说,在产流初始到降雨历时40 min,土壤含水量较小,时段径流深随坡长增加有明显下降的趋势;在40～90 min时段,平均雨强较大,各坡长时段径流深差别不大;在90～120 min,由于雨强很小,时段径流深随坡长增加又呈现下降的趋势。本实验结果有助于深入理解坡面产流过程。     

利用MODIS-EVI时序数据对河南省土地覆盖进行分类

基于遥感的土地覆盖信息提取对农林业生产、环境监测具有直接的应用意义。该文选取河南省作为研究区域,利用2005年23个时相的MODIS EVI数据,结合农作物物候历、其他分类参考数据及河南省种植结构的相关文献,在对时序数据进行去云、平滑处理后,采用SVM（支持向量机）分类器,对河南省的土地覆盖进行分类。分类结果上,一方面参照2005年河南省农作物种植面积的统计数据得到面积精度,对大面积种植的农作物：小麦为81.47%、玉米94.87%、水稻82.43%;经济作物：油菜39.81%、大豆93.65%、棉花95.21%、花生74.27%;另一方面,参照2000年1：10万全国土地覆盖的分类数据,将2000年的对应数据和分类结果分别归并为：耕地、林地、草地、水体、建筑进行精度比较,结果表明总体识别精度为78.07%,Kappa系数为0.6556。从分类精度验证来看,表明MODIS植被指数时序数据及该文研究方法在农作物信息提取中的有效性。     

土壤厚度对天然草地植被盖度和生物量的影响

土壤厚度是土壤肥力存在和植物生长的重要物质基础.本文调查了内蒙古东部地区多伦、锡林浩特和巴林左旗3个长期保护天然草地的土壤厚度和植被盖度等植物生长状况.结果表明,天然草地植被盖度、地上生物量和高度随土壤厚度的增加而增大.当土壤厚度小于20 cm时,植被盖度和地上生物量随土壤厚度的降低急剧减小,当土壤厚度小于10 cm时,植被类型为非地带性植被,盖度小于30%,地上生物量小于150 g/m2;当土壤厚度大于20 cm后,植被盖度一般大于80%,地上生物量接近或大于200 g/m2,而且土壤厚度大于20 cm后植被盖度和地上生物量随土壤厚度的继续增大变化平缓.研究区地带性天然草地植被正常生长的最低土壤厚度为20 cm左右.