基于SiB2模型的低丘红壤区花生根域土壤水分动态模拟与数据同化

SiB2(Simple Biosphere Model version 2)是将植物生理学、土壤微气象学结合起来用以研究单层植被中的水、能量以及CO_2通量变化的陆面过程模型。为了使SiB2适用于江西低丘红壤区农田小流域生态系统,根据在余江县花生地试验区的实地测量以及SiB2提供的土壤和作物分类,确定土壤特性参数和花生形态学参数,调整部分花生生理学、光学参数,并修正SiB2长波辐射的计算。在此基础上,选取花生幼苗、开花和饱果成熟三个关键的生长期的近地层观测资料代入模式,对花生根域土壤水分动态变化进行短期模拟,探究不同生长期的花生生长特性和气象因素对模拟结果的影响,并且针对模型提出了基于集合卡尔曼滤波的单点数据同化方案以提高精度。与观测结果进行验证后,结果表明:在不同生长期下,极端天气越少、植株形态越成熟稳定,模拟结果越准确。在进行数据同化后,模型精度得到明显提高。     

稻田蒸散估算方法及灌溉影响分析

【目的】寻找合适的蒸散模型及其敏感因子。【方法】以稻田生态系统为研究对象,根据江西省余江县试验区的净辐射、土壤热通量等小气候数据及相关农学观测数据,进行了不同时间尺度3种蒸散模型(Penman-Monteith、Priestley-Taylor和Hargreaves模型)拟合效果的比较以及蒸散对气象因子的敏感性分析,并研究了灌溉对潜在蒸散的影响。【结果】逐日尺度上,Penman-Monteith模型的拟合效果最优,其次为Priestley-Taylor模型,Hargreaves模型较差且低估了实际蒸散值;逐时尺度上,拟合效果较好的是Penman-Monteith模型和Priestley-Taylor模型。【结论】不同时间尺度,蒸散对各个气象因子的敏感性不同,逐日逐时蒸散对净辐射和水汽压较为敏感。不同灌溉处理,Penman-Monteith模型潜在蒸散变化显著,Priestley-Taylor模型变化不明显。     

2种时间尺度下稻田蒸散模型比较

准确估算稻田蒸散量,对于提高稻田灌溉管理精度和水资源利用效率具有重要意义。根据波文比系统与自动气象站实测数据,利用FAO-Penman-Monteith、FAO-17-Penman以及Priestley-Taylor模型对稻田蒸散量进行模拟,探究2种时间尺度上蒸散模型对蒸散量的估算精度差别。结果表明,各模型估算值与波文比计算值的整体变化趋势一致,但逐时、逐日尺度上各模型估算蒸散值与实测值的拟合效率差别明显。逐时尺度上,Priestley-Taylor模型的拟合效率较高,FAO-PM模型次之,FAO-17-Penman模型的最差。但在逐日尺度上,FAO-PM模型和Priestley-Taylor模型的拟合效率均较高,FAO-17-Penman模型的最差。研究结果对于局地地区在不同时间尺度上选取合适蒸散模型具有一定的指导意义。     

基于AdaBoost模型和mRMR算法的小麦白粉病遥感监测

除选择合适的建模方法外,选择合适的特征选择算法来优选建模特征对提高作物病害的遥感监测水平具有重要作用。选取陕西省关中平原西部小麦白粉病为对象,基于Landsat 8遥感影像共提取了18个特征变量,通过相关性分析(correlation analysis,CA)和最小冗余最大相关(minimum redundancy maximum relevance,mRMR)2种特征选择算法筛选出了2组不同的特征变量,分别将其输入Fisher线性判别分析(Fisher linear discriminant analysis,FLDA)、支持向量机(support vector machine,SVM)和AdaBoost 3种方法,构建小麦白粉病发生严重程度监测模型,并对其进行精度验证与对比分析。结果表明,2种AdaBoost模型对小麦白粉病发生严重程度的总体监测精度分别比FLDA模型和SVM模型高出27.9%、27.9%和14.0%、9.3%,mRMR算法筛选特征所建FLDA、SVM及AdaBoost监测模型的总体监测精度分别比CA筛选特征所建模型高出7.0%、11.7%和7.0%,且mRMR算法筛选特征结合AdaBoost方法所建监测模型的精度和Kappa系数分别为88.4%和0.807,为所有模型中最高。说明将AdaBoost方法用于作物病害遥感监测效果较好,在作物病害监测模型的特征变量选择中mRMR算法比常用CA算法更具优势。研究结果可为其他作物病害遥感监测提供方法参考。     

低丘红壤坡耕地的水分状况变化及其调控

红壤坡耕地水分状况随年降水周期、利用类型和坡位高低而变化。0~150cm土壤贮水量大致分为盈余期、消耗期和恢复期3个阶段。土壤水势变化与贮水量3阶段相对应,总体由大变小再回升,只是土壤剖面从上而下,水势值增大,变幅减小,100cm土层以下近乎常年稳定;在不同利用方式之间,土壤水势也有较大时空差异,花生地年际变化大,坡位上下差异小;板粟园恰好相反。在4个水势段出现频率中,水势高的水势段出现频率越高,顺序为饱和>湿润>亏缺>干旱;且饱和、湿润段出现频率比例总体上是板栗园>花生地,底土>心土>表土,坡下>坡上、坡中;低水势干旱段主要出现在坡上、土壤上层和伏秋干旱季节,出现频率比例依然是板粟园>花生地,尤其是中、下坡40~85cm心土层。由此,红壤坡耕地水分状况应因地制宜从工程、生物和农艺3方面予以调控。     

铜陵市近50年气温变化的小波分析

[目的]研究铜陵市气温变化规律。[方法]利用连续小波变换分析气温变化时间序列的多时间尺度变化及突变特征，对铜陵市1960～2009年的气温资料进行了探讨。[结果]铜陵市气温的年际及年代际时间尺度在时域中分布不均匀，具有明显的局部化特征；近50年来铜陵市的气温大致经历了一个由偏冷转向偏暖的过程，转折点位于1995年前后；其气温变化具有多层次的时间尺度结构，阶段性特征明显，年平均气温、年最低平均气温及年最高平均气温三者间的变化特点在长周期上具有相似性，在短周期变化上不尽相同。[结论]连续小波变换能将气温时间序列的频率特征在时间域上展现出来，清晰地给出各种时间尺度的强弱、分布情况及气温冷暖变化趋势和突变点，从而找出气温变化的主要周期.     

皖北地区冰雹预警系统的设计与实现

对皖北地区40年来出现的89次区域性冰雹过程进行环流形势场分型,采用冰雹等强天气落区综合多指标叠套预报方法,建立冰雹预报模型。结果表明,以VisualBasic为开发环境研究开发的皖北地区冰雹预警系统,预报命中率高,效果良好。     

基于Downhill-Simplex算法的观测数据与作物生长模型同化方法研究

以夏玉米叶面积指数（LAI）、贮存器官干重（WSO）、地上总干重（TAGP）以及土壤水分含量（SM）为结合点,建立了基于Downhill—Simplex算法的作物生长模型WOFOST同化多种地面观测数据的一般方法或流程：开展观测数据与作物生长模型同化方法的正确性验证→利用Downhill—Simplex算法进行WOFOST模型的敏感性分析一选择敏感参数组合→通过优化效果确定待优化参数→利用新的观测数据对待优化参数进行优化,从而实现了观测数据与作物生长模型的同化,提升了模型的模拟能力。同化过程中遴选出的WOFOST模型的待优化参数主要包括比叶面积、最大CO2同化速率、初始地上部总干物重、根深最大日增量和初始土壤有效水等。     

南京市2005年生态足迹分析

采用生态足迹分析方法比较生态足迹需求与生态承载力,对南京市2005年生态足迹(包括生物资源消费、能源消费)进行计算,得出2005年该市人均生态足迹为4.488 207 hm2,可利用的人均生态承载为0.285 67 hm2,人均生态赤字4.202 537 hm2。结果显示,南京市人均生态足迹是可利用的人均生态承载力的15倍,生态赤字远大于生态承载力。这反映了南京市的生产、生活强度超过了生态系统的承载能力,城市生态系统所受压力偏大。最后,针对南京市的社会经济发展与资源的利用特征,提出了缓解南京市城市生态压力的合理建议。