基于改进萤火虫算法的土壤水分特征曲线参数优化

针对因参数精度不足,影响相关土壤水分运动建模、仿真结果等问题,引入萤火虫算法,并将固定随机步长改进为随萤火虫间距离变化的可变步长,旨在解决土壤水分特征曲线Van Genuchten模型参数优化的非线性拟合问题。结果表明:对不同深度的黑土和黏土的脱湿过程进行模拟,得到优化后的相关参数及体积含水率计算值。通过与粒子群算法、遗传算法对比,表明萤火虫算法模拟结果精度高,曲线吻合性好,最大相对误差仅在2%左右,是一种高精度的优化算法,且改进之后收敛效率提高。利用萤火虫算法解决这类非线性优化问题是可行的,尤其在对精度、准确性要求较高及需为后续研究确定其他土壤水分运动参数提供准确依据的情况下,适用性更强。     

不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究

积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明:积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。     

北方高寒区不同覆盖条件下土壤温度差异性分析

以北方寒区典型城市哈尔滨市的大田为研究区域,通过冬季大田试验(试验周期2013-11-01—2014-04-30),设置裸地、5、10和15 cm厚度秸秆覆盖4个处理,分别测定不同处理条件下3、5、8、10、15、20、40、60、100、140 cm等深度土壤温度以及气温和太阳总辐射,采用统计学理论对其进行对比分析。研究结果表明:秸秆覆盖对于热量具有双向阻碍作用,只是在不同的外界条件下双向阻碍作用的主导地位在不断调整;某深度下土壤温度变化是秸秆覆盖与土壤导热性相互作用的结果;裸地温度差异性最大,其次为5 cm秸秆覆盖和15 cm秸秆覆盖,最后为10 cm秸秆覆盖,秸秆覆盖对于土壤温度差异系数的影响并非随着秸秆厚度的增加单调增加。