基于极限学习机的参考作物蒸散量预测模型

为实现气象资料缺乏情况下参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration, ET0）高精度预测,以气象因子的不同组合为输入参数,利用FAO-56 Penman-Monteith公式计算的ET0作为预测标准值建立基于极限学习机（extreme learning machine, ELM）的ET0预测模型。选取川中丘陵区7个气象站点1963－2012年逐日气象资料进行模型训练与测试,并将模拟结果同Hargreaves、Priestley-Taylor、Makkink及Irmark-Allen等4种常用模型进行对比。结果表明：ELM模型能很好地反映气象因子同ET0间复杂的非线性关系,且模拟精度较高;基于最高和最低温度的ELM模型模拟精度（均方根误差和模型效率系数分别为0.504 mm/d和0.827）高于Hargreaves模型（均方根误差和模型有效系数分别为0.692 mm/d和0.741）;基于最高、最低温度和辐射的ELM模型模拟精度（均方根误差和模型有效系数分别为0.291 mm/d和0.938）明显高于Priestley-Taylor（均方根误差和模型有效系数分别为0.467 mm/d和0.823）、Makkink（均方根误差和模型有效系数分别为0.540 mm/d和0.800）和Irmark-Allen模型（均方根误差和模型有效系数分别为0.880 mm/d和0.623）。因此基于最高、最低温度和辐射的ELM模型可以作为气象资料缺乏情况下川中丘陵区ET0计算的推荐模型。该研究可为川中丘陵区气象资料缺乏情境下ET0精确计算提供科学依据。     

冠层—气温差监测和诊断冬小麦农田水分

以农田生态系统为研究单元，以ＳＰＡＣ的理论为基本原则，深入探讨了冠层－气温差与冬小麦农田土壤和作物水分状况的关系。在比较精确和连续的大田试验基础上，得出了冠层－气温差监测０￣５０ｃｍ土层相对含水量的模型及诊断冬小麦水分状况的指标，该模型和指标可直接用于指导灌溉。     

荒漠-绿洲过渡区灌丛沙包的蒸散特征及模拟

 利用长期的观测与试验数据,采用波文比-能量平衡法对甘肃民勤荒漠—绿洲过渡区柽柳、白刺灌丛沙包和裸露流动沙丘的蒸散特征与变化规律进行分析,探讨蒸散量与气象因子的关系,在此基础上,应用土壤-植被-大气连续体（SPAC）的耦合数值模式,对不同植被灌丛的蒸散过程进行模拟。结果表明:在蒸散日进程中,有植被覆盖的柽柳沙包和白刺沙包的蒸散率峰值出现时间比流动沙丘早12h,且日最大蒸散速率大小顺序为,柽柳沙包（0.24mm/h）>白刺沙包（0.20mm/h）>流动沙丘（0.18mm/h）;柽柳沙包和白刺沙包在7—9月的蒸散量最高,分别占各自生长期耗水量的69.3%和65.4%;影响荒漠—绿洲过渡区灌丛植被蒸散的主要气象因子为日照百分率、气温、空气饱和差以及风速等,它们与日蒸散量的斜率关联度分别为0.717、0.643、0.649和0.705;SPAC耦合数值模式能够模拟不同植被覆盖度下灌丛植被蒸散的变化趋势,模拟值与实测值基本一致,具有很好的稳定性和可靠性。     

北京地区常用草坪草的耗水规律及适宜灌溉量研究

研究了在北京地区不同供水条件下，草地早熟禾、高羊茅、多年生黑麦草、野牛草、结缕草和狗牙根整个生长季的蒸散量差异和耗水规律。结果表明，蒸散量主要与草坪草的生物学特性有关，受水分条件影响；冷季型草坪草中多年生黑麦草耗水最少，暖季型草坪草中结缕草耗水最少；通过比较坪草和北方主要农作物的K_C值，得出草坪与大田作物的需水量相当；北京地区常用草坪草整个生长季的适宜灌溉量为：高羊茅(391.8 mm)>草地早熟禾(368.3 mm)>多年生黑麦草(315.1 mm)>狗牙根(300.7 mm)>野牛草(184.0 mm)>结缕草(110.5 mm)。     

华北平原冬小麦田问蒸散与棵问蒸发的变化规律研究

试验研究冬小麦田间蒸散和棵间蒸发变化规律及其影响因子结果表明 ,播种～返青期冬小麦棵间蒸发占蒸散比例 (E ET)最大 ,抽穗～灌浆期最小。整个生长期间棵间蒸发占蒸散量 31 .4 % ,棵间蒸发占蒸散比例 (E ET)与冬小麦叶面积指数 (LAI)有一定关系 ,E ET =0 .36 93× (LAI) - 0 .74 93(R2 =0 .82 36 )。     

甘肃陇东黄土高原陆面实际蒸散测算方法比较研究

为了更好地研究甘肃黄土高原比较接近实际蒸散的估算方法,运用西峰农业气象试验站1981~2010年土壤湿度测量资料及西峰国家基准气象站蒸发、气温、降水、相对湿度、日照时数、风速等资料。分析了实际蒸散变化特点及与蒸发量、彭曼方法蒸散量计算值及降水量的关系。结果表明,1981~2010年100 cm土层实际蒸散量存在着13年的周期变化。30 cm、50 cm土层实际蒸散量分别占100 cm土层实际蒸散量96%和98%。3~6月、10~11月,蒸散量大于降水量,为土壤的失墒期;7~9月,降水量大于蒸散量,为土壤收墒期。降水量拟合实际蒸散量效果较好,其次为蒸发量及彭曼蒸散量。浅层贮水量与实际蒸散量相关性比深层显著,蒸散对上层土壤水分的影响较大。     

三江平原稻田蒸散量模拟研究

基于2005-2007年涡度相关系统测量值和小气候观测资料,比较分析Penman、Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型对三江平原稻田5-10月蒸散量的模拟效果。结果表明,3个模型参数采用常规参数时,Penman模型模拟值明显大于测量值,平均高估103.5%;但Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型模拟效果较好,平均偏差分别为0.26和0.02mm·d-1,均方根误差分别为0.68和0.71mm·d-1。Penman和PenmanMonteith模型作物系数(Kc)与叶面积指数均呈极显著正相关关系,Priestley-Taylor模型修正式参数α值与叶面积指数、饱和水汽压差和风速均为正相关关系,且与饱和水汽压差和风速相关性达极显著水平。依据多元线性回归方程校正模型参数后,Penman模型模拟精度显著提高,平均偏差和均方根误差分别为0.28和0.64mm·d-1,模拟效率由负值转变为正值0.75。而Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型模拟精度没有明显改变。方差分析进一步表明校正模型参数后3个模型的估算值没有显著性差异,说明3个模型对三江平原稻田蒸散量的估算精度一致。由此可见,Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型无论是否校正作物系数或参数α,均适于估算三江平原稻田蒸散量,而Penman模型需在修正作物系数后方可用于估算三江平原稻田蒸散量。     

基于SPEI指数分析河西走廊气象干旱时空变化特征

利用河西走廊1965-2017年21个气象站点逐日气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算不同时间尺度的SPEI,分析河西走廊气象干旱的变化趋势、发生频率和持续时间等时空变化特征。结果表明：（1）近53a来河西走廊月、季、年尺度SPEI均呈显著上升趋势,即干旱有显著减弱趋势,但个别站点干旱持续时间较长,其中武威站在2013年持续时长达到11个月;（2）河西走廊四季均存在变湿趋势,且冬季变湿显著,其中春、夏、秋季干旱呈不稳定变化,而冬季在1989年前后发生突变,由干旱向湿润突变;（3）河西走廊干旱的空间分布具有明显的区域特征,干旱区域主要集中在西北部,湿润区域主要集中在南部;（4）不同时间尺度各等级干旱发生频率的变化规律具有一致性,轻中旱发生频率远高于重特旱,且年、季尺度重特旱发生相对高频区空间分布特征与轻中旱正好相反。总之,近53a来河西走廊干旱呈减弱趋势,有利于当地的农业生产开展和生态环境改善,但该区域气候变化较复杂,需要注意局部干旱情况。     

水稻湿润灌溉的节水效应研究

在能定量控制水分的模拟槽中，对水稻的生理生态需水进行了研究。结果表明：稻田的蒸散作用主要受水稻冠层的控制。同一生育阶段内，温度因子对蒸散作用有显影响。１９９２年杭州市郊区早稻湿润灌溉的蒸散总量为３２３．２ｍｍ，日平均４．１ｍｍ，比对照减少０．２７ｍｍ。晚稻本田期蒸散总量为３９８．８ｍｍ，日平均为４．５ｍｍ，比对照减少０．３４ｍｍ。叶面蒸腾与叶面积指数呈正相关，早稻的相关系数为０．９６，晚稻为０．     

区域蒸散量估算技术研究进展

从模型角度阐述了计算区域蒸散量的机理,对用遥感估算法、互补关系法和水量平衡法进行估算区域蒸散量的方法分别进行了分析,并针对不同区域蒸散量计算方法做出了综合系统的评价.