基于MEA-BPNN的西北旱区参考作物蒸散量预报模型

为有效提高西北旱区参考作物蒸散量(Reference crop evapotranspiration,ET0)预报精度,在西北旱区选择5个代表性气象站点,构建10种基于思维进化算法(Mind evolutionary algorithm,MEA)优化的误差反向传波神经网络(Back propagation neural network,BPNN)ET0预报模型,并将其与Hargreaves-Samani模型、Irmak模型和48-PM模型等3种在西北旱区ET0计算精度较高的模型进行比较。结果表明:在不同输入的情况下MEA-BPNN模型模拟精度具有相对较高水平,其中MEA-BPNN1(输入最高气温Tmax、最低气温Tmin、相对湿度RH、日照时数n和距地面2 m高处的风速u2)、MEA-BPNN2(输入Tmax、Tmin、n和u2)及MEA-BPNN3(输入Tmax、Tmin、RH和u2)模型的R2、NSE均大于0.96,RMSE、MAE也分别小于0.34、0.25 mm/d,以上3种MEA-BPNN模型的整体评价指标(Global performance indicator,GPI)排名分别为1、2、3;MEA-BPNN7(输入Tmax、Tmin和u2)的R2、NSE分别为0.966 2、0.962 2,RMSE、MAE分别为0.361 0、0.276 1 mm/d,模拟精度较高;MEA-BPNN模型可移植性的分析表明:MEA-BPNN模型在西北旱区具有较强的泛化能力,基于不同站点数据构建的预报模型也有较高精度;在相同输入情况下MEA-BPNN模型模拟精度均高于Hargreaves-Samani模型、Irmak模型和48-PM模型。因此,在气象资料缺乏情景下MEA-BPNN模型可作为西北旱区ET0计算的推荐模型,可为实时精准灌溉预报的实现提供科学依据。     

不同耕作措施对旱地作物生育期农田耗水结构和水分利用效率的影响

陇中黄土高原旱农区降水有限、水分利用效率低下是导致该区作物生产力水平低而不稳的主要原因。发展保护性耕作是保护水土资源、提高水分利用效率的重要途径。为揭示耕作措施影响水分利用效率的机制,2015—2016年在陇中黄土高原旱农区研究了不同耕作措施对土壤棵间蒸发、农田耗水量、作物蒸腾量、棵间蒸发与蒸散的比例、产量及水分利用效率的影响。试验设置传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP)6个处理,春小麦和豌豆年间轮作。结果表明:(1)春小麦和豌豆全生育期棵间蒸发量NTS、TP、NTP比T显著减少6.52%~50.81%,NTS降低棵间蒸发量的作用主要在小麦开花后和豌豆结荚后,地膜覆盖在各个生育时期基本上都显著减少了棵间蒸发。(2)NTS对全生育期耗水量无显著影响,NTP的耗水量只在小麦地显著高于T。相比T,NTS显著提高了小麦开花-收获和豌豆结荚-收获期间的阶段耗水量及其占总耗水的比例。(3)NTS、TP、NTP均显著提高了春小麦和豌豆的蒸腾量,降低了田间的蒸发占蒸散的比例,降低了水分的无效损耗。(4)各年份春小麦和豌豆的产量NTS、TP、NTP比T提高了7.64%~62.79%,水分利用效率比T提高了0.43%~50.88%。因此,在陇中黄土高原旱农区,免耕秸秆覆盖、地膜覆盖等保护性耕作措施均能提高水分利用效率及小麦和豌豆的产量。免耕秸秆覆盖通过降低作物生长后期棵间蒸发量,提高作物生长后期耗水量,降低蒸发与蒸散的比例,从而提高春小麦和豌豆的水分利用效率及产量。而地膜覆盖处理主要是通过减少全生育期棵间蒸发量,增加作物全生育期蒸腾量,降低蒸发与蒸散的比例,从而实现作物水分高效利用,提高作物产量。     

基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证

农田蒸散(ET)准确估算与区分对理解土壤-植物-大气连续系统水分传输动力学过程和调控机制具有重要意义。本研究基于FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算参考作物蒸散量(ET0),运用双作物系数法计算黄土高原东部地区旱作玉米田2011-2012年蒸散(ETFAO),以同期涡度相关系统实测值(ETEC)作为标准值对双作物系数法计算结果进行评价,并将玉米田ET区分为土壤蒸发和作物蒸腾。结果表明:2011年春玉米生长季ET0、ETEC和ETFAO分别为628、400.3和492.7mm,双作物系数法RMSE、AAE和R~2分别为0.864mm·d~(-1)、0.678mm·d~(-1)和0.755,且R~2达极显著水平(P0.01);2012年三者分别为553、372.6和441.4mm,RMSE、AAE和R~2分别为0.676mm·d~(-1)、0.693mm·d~(-1)和0.781,R~2亦达极显著水平(P0.01),说明双作物系数法在该地区模拟旱作春玉米ET有较高的精度。基于双作物系数法对ET进行区分表明,2011年全生育期土壤蒸发和作物蒸腾分别占ET的36.4%和63.6%;2012年分别占ET的31.7%和68.3%,说明旱作春玉米田ET主要来自春玉米蒸腾。     

不同时间尺度下华北平原干湿气候时空变化及成因分析

利用华北平原62个气象站点1961-2014年逐日地面观测资料以及同期降水量资料,基于Penman-Monteith方法计算的参考作物蒸散量(ET_0)研究近54a研究区干湿气候时空变化特征,并利用敏感性和贡献率法分析气候变化背景下主要气象因子对ET_0的影响,对干湿气候变化的成因进行探讨。结果表明:华北平原在3个时间段(时段1:1961-1980;时段2:1981-2000;时段3:2001-2014)半干旱区和半湿润区的分界线呈东扩和南移,半干旱区面积不断扩大,湿润区面积变化不明显;研究区1961-2014年ET_0呈显著下降趋势,空间差异大,河南和山东部分地区由于ET_0下降趋势大于降水量减少趋势,气候变湿润;鲁东、天津、河北东部地区降水量减少且ET_0增加,干旱化趋势明显。就月尺度而言,降水量在7月和8月减少幅度最大,夏季ET_0减少幅度较大,5月和6月气候呈变湿趋势。ET_0对相对湿度的变化最敏感,各月导致ET_0变化的主要贡献因子不一,11月-翌年1月风速起主导作用,2月温度为主导因子,6-9月日照时数为主导因子,其它月份为相对湿度、风速等综合作用的结果。     

冬小麦田棵间蒸发的试验研究

利用大型称重式蒸渗仪和微型蒸渗仪研究了冬小麦生育期间逐日蒸散和蒸发过程 ,分析了蒸发占蒸散的比例及其随叶面积指数和表层土壤含水量的变化关系、灌溉后土壤蒸发的变化过程     

南宁甘蔗田水分供需状况的分析

本文利用南宁1951－1990年气候资料,运用彭曼法估算了南宁逐旬潜在散量和甘蔗需水量以及农田水分平衡。结果表明,从多年平均状况看,甘蔗水分条件基本满足,但降雨年际间变化大,季节性干旱严重,为当地甘蔗生产提出相应的建议措施。     

黄土区人工林地水分供耗特点与林分生产力研究

通过定位观测,分析了黄土区人工刺槐和油松林地供水与耗水关系,土壤水分动态及林木生情况,结果表明,人工刺槐和油松林4,5,6三个月林地土壤水分消耗大于供给,水分供耗矛盾突出,土壤贮水减少,雨季水分供给充足,土壤贮水增加,在干旱季节和年份,相同条件下,密度大的林分林地水分供耗矛盾突出,林地水分亏损严重,不同坡向,水分亏损量大小顺序为：阳坡＞半阳坡＞阳坡;0－300cm土层土壤分调查显示,阳坡,半阳坡密度较大的中林林分林地土壤含水量较低,出现干化现象,从水分生产力来看,由于林地水分供应不足,林木生长不同程度受到限制,林分生产力逐年降低。     

黄土区人工林地水分供耗特点与林分生产力研究

通过定位观测,分析了黄土区人工刺槐和油松林地供水与耗水关系、土壤水分动态及林木生长情况。结果表明人工刺槐和油松林4,5,6三个月林地土壤水分消耗大于供给,水分供耗矛盾突出,土壤贮水减少;雨季水分供给充足,土壤贮水增加;在干旱季节和年份,相同条件下,密度大的林分林地水分供耗矛盾突出,林地水分亏损严重;不同坡向,水分亏损量大小顺序为阳坡>半阳坡>阴坡;0～300 cm土层土壤水分调查显示,阳坡、半阳坡密度较大的中林林分林地土壤含水量较低,出现干化现象;从水分生产力来看,由于林地水分供应不足,林木生长不同程度受到限制,林分生产力逐年降低。     

晋西黄土残塬沟壑区防护林热收支持性及蒸散研究

应用自记综合气象观测塔,对刺槐和油松林进行了以蒸散研究为目的的防护林热收支持性研究。结果表明：１９９４年生长季日平均实际太阳辐射量为７－２４ＭＪ．ｍ＾－２;刺槐林冠对太阳辐射的反射率为１５％,油松林的反射率为 ０％以下,反射率的差异是造成两林分净辐射收支相差１－３ＭＪ．ｍ＾－２的主要原因。春夏两季林分获得的净辐射均由约７０％＿８０％的太阳辐射转换而来;秋季的转换率约为６０％,油松林的转换比刺槐约大     

冬小麦田间土壤水分平衡动态模拟模型的研究

以实测的土壤水资料为基础,辅以收集其它方面的研究材料,借鉴并吸收了Ｃｅｒｅｓ－Ｗｈｅａｔ中的土壤水人平衡思想,建立了冬小麦田间土壤水分平衡动态模拟模型,利用模型模拟了江苏省南北两地区冬小麦在拔节到成熟期间农田土永量的时空变化。该模型与实测值相比,具有很好的一致性,其相关系数的平均值０．８９,标准误差小于４．０％,并且北方地区比南方地区模拟效果更好些,还就麦田实测资料进行了不同生育期水分适宜状况的评