西北地区地表太阳总辐射计算模型适用性评价

为有效提高中国西北地区R_s预报精度,选取西北地区11个代表性气象站点1959—2015年逐日气象数据,评价了4种基于日照时数的R_s计算模型(Angstrom-Prescott,Ogelman,Bahel和Louche模型)和2种基于温度的R_s计算模型(Hargreaves和Bristow-Campbell模型)在西北地区4个分区(温带大陆性高温干旱区、温带大陆性干旱区、高原大陆性半干旱区和温带季风半干旱区)的适用性.结果表明:6种模型在西北地区的R_s模拟值与实测值均在P<0.001水平具有统计学意义;基于日照时数的R_s计算模型(R²介于0.901~0.903)精度高于基于温度的模型(R²介于0.695~0.719);其中,基于日照时数的模型中Bahel模型的精度最高,其R²,MAE,MRE,RMSE和NSE分别为0.903,1.624 MJ/(m²·d),15.7%,2.298 MJ/(m²·d)和0.902;基于温度的模型中Bristow-Campbell模型精度最高,其值分别为0.719,2.851 MJ/(m²·d),30.7%,3.959 MJ/(m²·d)和0.713.因此,为有效提高西北地区R_s日值和月值预报精度,在仅有温度资料时推荐使用Bristow-Campbell模型,在仅有日照时数资料时推荐使用Bahel模型.     

机器学习算法和Hargreaves模型在四川盆地ET0计算中的比较

以四川盆地中部遂宁气象站2001-2010年逐日温度资料和大气顶层辐射（Ra）为输入参数,以FAO-56 Penman-Monteith（PM）模型计算的参考作物蒸散量（ET0）为标准,分别利用广义回归神经网络（GRNN）和小波神经网络（WNN）两种机器学习算法建立ET0模拟模型,并对GRNN、WNN和Hargreaves（HS1）与两种改进的Hargreaves（HS2和HS3）模型的ET0模拟效果进行对比分析,利用2011-2014年数据对各模型模拟精度进行验证,分析仅有温度资料时不同模型在四川盆地的适用性。结果表明：GRNN模型和WNN模型均具有较强的适用性,GRNN模型均方根误差（RMSE）、模型效率系数（Ens）和决定系数（R2）分别为0.395mm×d-1、0.924和0.902,WNN模型分别为0.401mm×d-1、0.911和0.901,且两种模型计算精度均高于HS1（1.05mm×d-1、0.885和0.334）、HS2（0.652mm×d-1、0.892和0.736）和HS3（0.550mm×d-1、0.881和0.812）模型。模型适用性验证进一步表明,GRNN和WNN模型在四川盆地西部和东部也具有较好的适用性,在输入参数中引入Ra能提高模型的模拟精度。因此,GRNN和WNN可以作为气象资料缺失条件下四川盆地ET0计算的推荐模型,且GRNN计算精度高于WNN,可优先选用。     

利用温度资料和广义回归神经网络模拟参考作物蒸散量

参考作物蒸散量(reference evapotranspiration,ET0)精确模拟对水资源高效利用和灌溉制度制定具有重要意义,该文以四川盆地19个气象站点1961-1990年逐日最高、最低温度和大气顶层辐射作为输入参数,FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算的ET0为标准值,建立基于广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)的ET0模拟模型,基于1991-2014年资料进行模型验证,将GRNN模型同Hargreaves(HS1)和改进Hargreaves(HS2)等简化模型的模拟结果进行比较,分析只有温度资料情况下不同模型模拟ET0误差的时空变异性。结果表明:GRNN、HS1和HS2模型均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.41、1.16和0.70 mm/d,模型效率系数(Ens)分别为0.88、0.13和0.67。3种模型RMSE在时空上均呈现HS1HS2GRNN、Ens均呈现GRNNHS2HS1趋势;与PM模型模拟结果相比,GRNN、HS1和HS2模型模拟结果分别偏大0.8%、45.1%和17.3%。在时空尺度上的误差分析均表明利用温度资料建立的GRNN模型能够较为准确地模拟四川盆地ET0,因此可以作为资料缺失情况下ET0模拟的推荐模型。该研究可为四川盆地作物需水精确预测提供科学依据。     

近53 a长江流域气温的时空变化特征分析

根据长江流域108个气象站点1961―2013年逐日气象观测资料,计算最高温度(T_(max))、最低温度(T_(min))、平均温度(T_(mean))等气象因子的倾向率,通过Mann-Kendall突变检验(MK检验)和ArcGIS反距离权重插值法定量分析其年、季及主要作物生长季时空变化特征。结果表明:近53 a长江流域T_(max)、T_(min)、T_(mean)年值分别在19.1~21.0、10.2~11.7和14.7~16.4℃间变化,年尺度上分别呈现0.150、0.221、0.186℃/10 a的上升趋势,均在20世纪90年代出现了突发性上升;同时,T_(max)、T_(min)、T_(mean)均呈现夏季上升趋势最弱(0.069、0.161、0.115℃/10 a),T_(max)、T_(mean)春季上升趋势最明显(0.218、0.216℃/10 a),T_(min)冬季上升趋势最明显(0.294℃/10 a);空间上,T_(max)、T_(min)、T_(mean)均呈现由东南部向西部、北部递减的规律,T_(max)年值有17.6%、18.5%的站点升幅分别达显著(P0.05)、极显著水平(P0.01),T_(min)年值有7.4%、78.7%的站点升幅分别达显著(P0.05)、极显著水平(P0.01),T_(mean)年值有16.7%、63.9%的站点升幅分别达显著(P0.05)、极显著水平(P0.01);T_(max)、T_(mean)倾向率的空间分布仅夏、冬2季相似,其他季节间差异明显,T_(min)倾向率的空间分布的季节差异较小,均表现为东、西部较大,中部较小的规律。研究结果对于未来长江流域农业水资源管理与种植制度优化适应气候变化具有重要参考价值。     

地膜覆盖对旱作玉米田水热通量传输的影响研究

为探明旱作农田生态系统生态水文过程、提升农田水分利用效率,选取黄土高原东部旱作春玉米田为研究对象,设置露地（CK）和地膜覆盖（PM）两种处理,利用涡度相关系统对两种处理条件下玉米田水热通量进行了连续观测,基于观测结果对两种处理下玉米田水热通量的日、季节变化特征和能量分割进行了分析。结果表明：两个处理各能量通量均存在显著的日、季节变化特征。在快速生长期（拔节期）,降水后CK和PM处理潜热通量（λET）均明显增大,而显热通量（H）和土壤热通量（G）均减小;但在后期（成熟期）,降水对各能量通量变化过程的影响没有快速生长期明显,表明玉米生育期内降水的分布能够显著影响旱作玉米田的能量平衡。玉米生育期内,净辐射（Rn）主要以λET为主,而休闲期Rn主要以H为主。Rn是玉米田λET的最主要影响因子,其次是平均气温和饱和水汽压差,风速和相对湿度对λET的影响相对较小。     

滴灌水钾一体化对猕猴桃光合特性的影响

为探明不同滴灌水钾一体化管理对猕猴桃光合特性的影响，以8 a生金艳猕猴桃为试材，设置对照处理CK（在果实膨大期即III期、果实成熟期即IV期灌水量分别为31.2、26.4 m³·667m^-2，施钾量分别为6.0、7.8 kg·667m^-2），在III、IV期分别设置3个亏水水平（即轻度、中度、重度水分亏缺，记为LD、MD、SD，灌水量分别为CK的80%、60%、40%）和2个施钾水平（即低钾、高钾，记为LK、HK，施钾量分别为CK的60%和80%）。结果表明：果实膨大期、果实成熟期不同滴灌水钾一体化处理的光合指标日变化趋势相似；LD处理下叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、瞬时水分利用效率（WUEi）、羧化速率（CE）均随施钾量增加而增大，果实膨大期LDHK处理的Pn、CE较LDLK处理分别高15.71%、16.80%，果实成熟期LDHK处理的Pn、Gs较LDLK处理分别高6.07%、12.76%，差异达显著水平（P<0.05）；SD处理下，除胞间CO₂浓度（Ci）外各光合指标均较CK显著下降（P<0.05）；MD处理下，除Ci、WUEi外各光合指标均较CK显著下降（P<0.05）；施钾量一定时，除Ci、WUEi外各指标均随灌水量增加而显著增大（P<0.05），增幅为11.42%~64.40%；与CK处理相比，果实膨大期LDHK处理Pn提高11.38%（P<0.05），WUEi提高3.06%，CE提高10.83%；IV-LDHK处理Pn提高0.96%，WUEi提高2.00%。综合比较采用果实膨大期LDHK处理及果实成熟期LDHK处理，可在相应生育期节水节肥20%，日光合能力较强，是猕猴桃较适宜的滴灌水钾一体化管理模式。     

灌区运行水平综合评价研究进展

灌区运行水平综合评价是实现灌区科学与可持续发展管理的基础,也是灌区续建配套及节水改造投资的重要决策依据。介绍了灌区运行水平综合评价指标体系的构建,研究了指标权重不同的确定方法;对灌区运行水平综合评价的现有20多种评价方法进行了比较,明确了其优缺点及评价结果的精度;提出未来灌区运行水平综合评价指标体系应更多考虑反映生态化、信息化、智能化和可持续发展的技术指标,构建基于人水和谐的现代化美丽灌区评价指标体系和智能化灌区运行水平综合评价基础信息采集系统;要基于新的数学方法和模型建立灌区运行水平综合评价新方法,结合3S等现代信息技术开发现代化灌区运行水平综合评价平台,提高评价模型的可操作性与评价结果的精确性,进而更科学的指导灌区现代化建设。     

基于改进Makkink模型的四川盆地参考作物蒸散量估算

为了有效提高四川盆地参考作物蒸散量ET₀的预报精度,选取四川盆地16个代表性气象站点1961-2019年逐日气象数据,基于差分进化算法(DE)对辐射模型的经验参数校准改进Makkink模型并估算四川盆地ET₀,在日、月尺度上对改进的Makkink模型(M1-M6)和Jennsen-Haise(JH)及Irmak(IK)模型评价.结果表明:在日尺度上,改进的Makkink(M1-M6)模型(R²为0.77~0.87)模拟结果比JH和IK模型(R²为0.74~0.76)更精确,改进的Makkink模型中,M4模型估算精度最高,综合性指标GPI中位数为1.05;在月尺度上,改进的Makkink模型模拟结果(误差为3.59~15.71 mm/月)也优于JH和IK模型(误差为6.84~25.31 mm/月),其中M4模型估算精度最佳,综合性指标GPI为1.72.总体而言,推荐以温度和相对湿度作为输入数据的M4模型模拟四川盆地ET₀.     

温室苦瓜耗水规律及作物系数研究

对耗水规律的研究是优化设施蔬菜灌溉制度、充分挖掘蔬菜种植节水潜力的基础。本研究通过温室小区软管浇灌试验结合气象数据并利用数理分析方法研究温室苦瓜耗水规律。结果表明:苦瓜全生育期耗水量为310.49mm,平均日耗水强度为2.33mm;苗期、花期、幼果期和采收期的平均日耗水强度分别为0.68、2.39、3.63和2.25mm;苦瓜作物系数与耗水模数均呈现先增加后减小的趋势,作物系数在苗期、花期、幼果期和采收期分别为0.54、1.53、2.90和2.64,相应阶段的耗水模数分别为6.54%、19.23%、46.74%和27.49%。结合各生育期耗水量、耗水强度、耗水模数,各生育期耗水强度由大到小排序依次为幼果期花期采收期苗期,幼果期为苦瓜需水关键期,在灌溉管理中应首先保证幼果期灌水。本研究初步揭示了设施环境下苦瓜耗水规律,为其灌溉制度的科学制定提供了理论依据。     

高粱籽粒压缩力学特性研究

为探索高粱籽粒在播种、收获、储运及加工过程中的机械损伤规律,研究了高粱籽粒的压缩力学特性。选取晋杂34号、辽杂37号、兴湘梁2号3个高粱品种的籽粒为研究对象,研究品种、含水率、压缩方向对压缩变形量、屈服载荷、破坏能等指标的影响规律。结果表明：品种、含水率、压缩方向对高粱籽粒的压缩变形量、屈服载荷、破坏能的影响显著（P<0.000 1）;随着含水率的升高,屈服载荷呈下降趋势,压缩变形量和破坏能呈先减小后增大的趋势;相同含水率下,3个高粱品种籽粒的Z轴方向对应的压缩变形量、屈服载荷、破坏能均最大,Y轴方向次之,X轴方向最小。该研究结果为高粱播种、收获及储运等装备的研制优化提供理论参考。