塔克拉干沙漠腹地沙尘暴天气下风速脉动特征

利用塔克拉玛干沙漠2次沙尘暴天气条件下人工绿地近地层80 m风速观测资料,探讨近地层风速脉动特征及其与能见度、PM_(10),PM_(2.5)的关系,为进一步研究湍流情况下风蚀和风扬粉尘释放奠定基础。结果表明:(1)不同高度风速脉动值在随高度的变化上近似符合高斯分布且在时间序列上波动性均具有一致性,脉动频率不稳定,无明显周期性,相邻高度间均具有显著相关性。(2)风速脉动强度随风速增大而增强,随距离地表高度的降低呈先增大后降低的趋势。湍流度均与高度成反比关系,整体上均随着高度的降低而增大,因为地表植被的存在增大了湍流度。(3)沙尘暴过程中地面风速的大小对水平能见度,PM_(10),PM_(2.5)具有直接影响,风速脉动变化与水平能见度呈现反比关系,与PM_(10),PM_(2.5)呈现正比关系。     

紫外辐射增加后麦田的小气候特征研究（Ⅱ）

利用小麦灌浆期作物群体小气候和农田地温观测资料，分析研究了过量紫外线照射后农作物群体小气候（如湿度、风速、土温等）的时空分布特征，发现UV－B处理下的小麦群体湿度牛前比对照区小，牛后湿度比对照区大，CK、T1、T2组群体内外空气湿度最大差值分别为38.3%、30.6%、23.5%。UV－B的增加导致小麦群体的中下部风速较大，成熟期小麦，在大风天气里，UV－B处理组的小麦比对照处理的更易倒伏，小麦群体的风速在垂直方向上分布为：顶部＞2／3处＞基部＞1／3处；UV－B的增加对麦田的土壤温度也有影响，强UV－B处理下的地温比对照处理的地温高，10cm地温的上升幅度在不同处理存在显著差异，CK和T2的10cm地温变化范围分别是12℃－14℃、12.8℃－16℃。     

河南省黄淮平原中低产地区冬小麦群体中光能分布特征

<正> 为了研究我省黄淮平原一般栽培水平下,小麦群体中的光能分布特征及其与群体结构的关系,以便更有效地利用太阳辐射能,提高小麦生产率,在1984～1986两个年度中,我们以豫东黄淮平原商丘(34°27′N,115°40′E)为主,进行了麦田中小气候要素测定。本     

紫外辐射增加后麦田的小气候特征研究（Ⅰ）

利用小麦灌浆期作物群体小气候观测资料，分析研究了过量紫外线照射后农作物群体小气候（总辐射、紫外辐射、温度等）的时空分布特征，发现紫外辐射（UV－B）增强使小麦群体中下部的总辐射高于对照区（CK），不同处理组下部的总辐射日振幅不同：CK（无UV－B区）＞TI（UV－B增强3.8%）＞T2（UV－B增强11.4%）；小麦群体的紫外辐射强度在各个层次上均大于对照区；小麦群体的中下部温度明显高于对照区的温度，中上部反之，CK处理气温梯度远大于T2处理气温梯度。     

草地近地表风速脉动及其与平均风速、摩阻风速的关系

[目的] 研究草地近地表脉动风速与平均风速、摩阻风速之间的关系,揭示草地风速脉动规律。[方法] 利用三维超声风速仪对天然草地近地表风速进行连续观测。[结果] 草地近地表风速存在明显的脉动特性,脉动强度与平均风速之间呈显著线性正相关。湍流度在较小风速下分布非常分散,随平均风速的增大而趋于集中,在2~14 m/s风速范围内概率分布峰值对应的湍流度为0.23。摩阻风速与瞬时风速之间缺乏相关性;1 s时距下摩阻风速与平均风速呈显著线性正相关,但风速脉动导致摩阻风速计算结果波动仍非常明显;1 min时距下摩阻风速波动范围降低至10%以下,摩阻风速与平均风速线性相关性极为显著。[结论] 风速脉动对摩阻风速的计算有很大影响,采用1 s或1 min时距的平均风速,可有效降低这一影响。     

农田休闲期垄作地形对近地表风场的影响

垄作是旱作农田常用的保护性耕作技术,而其防风抗蚀的机制尚需研究。通过野外试验,对垄脊高25cm,垄沟宽1.5m的垄作田上风向、垄间及下风向地带0～4m的风流场进行了同步观测,对不同观测位置的时均风速、空气动力学粗糙度、摩阻速度和风速脉动进行了对比分析。结果表明,土垄间和下风向近地表0～1m内时均风速比上风向平坦地表明显降低,其中高0.3m处降低幅度最大。水平方向上风速降低幅度、空气动力学粗糙度和摩阻速度均随观测点与垄作地表距离的增大而减小。受风速递增的影响,风速的绝对脉动强度随高度呈对数关系递增。风速的相对脉动强度在0～1m内随高度增大而降低,1m以上基本无变化。高0.05m处风速的相对脉动强度在水平方向上随与垄作田距离的减小而增大,其中垄间最大,时均风速相同时对地面剪切力最大。     

模型林带附近乱流特征的观测研究

该文由风洞实验资料分析了林带模型对附近乱流度和动力速度的影响。结果表明,林带附近相对乱流度ε/ε_0的分布与相对风速的分布特征相反,在相对风速较小的背风面ε/ε_0最大可达200％以上。相对动力速度V_*/V_(*0)的分布特征:①林带附近的三角形区域(高1H、水平距10H)内V_*/V_(*0)减小,甚至出现负值区;②背风面存在一个卵形增值区,最大值可达200％以上,出现在高1.2H、水平距5H附近。     

黄淮地区稻茬小麦超高产群体特征研究

为探讨黄淮地区稻茬小麦超高产(9 000 kg·hm-2)群体的生长发育特性,以该区域推广面积较大的半冬性小麦品种‘连麦6号’、‘济麦22’和‘烟农19’为材料,在试验总结出包括基本苗调控和氮肥运筹等一套适宜黄淮地区稻茬麦超高产栽培技术的基础上,建立稻茬小麦高产和超高产群体,对其系列生育、生理特性以及产量要素进行调查分析。结果表明,与高产小麦群体(产量为7 380~7 889 kg·hm-2)相比,超高产(9 000 kg·hm-2)小麦群体单位面积穗数差异不显著,但穗粒数和千粒重显著增加;超高产小麦抽穗前茎蘖数较高产群体少,但分蘖成穗率较高;超高产群体小麦的叶面积指数,生育前期较高产群体低,抽穗后则显著高于高产群体,两者干物质积累生育前期无明显差异;超高产小麦抽穗期、乳熟期与蜡熟期的根冠比、根系伤流量均显著高于高产群体;超高产小麦粒叶比、茎鞘物质运转率和收获指数均高于高产群体。因此,本文提出了黄淮地区稻茬小麦超高产(9 000 kg·hm-2)群体的产量结构与群体指标:单位面积穗数(700±20)×104·hm-2,每穗实粒数32,千粒重42 g,茎蘖成穗率45%;抽穗期叶面积指数6.5~7.0;成熟期总干重20 700 kg·hm-2,粒叶比14 mg·cm-2;抽穗期根冠比0.28,根系伤流量7.1 g·m-2·h-1;收获指数0.45。     

近50年新疆小麦需水量时空特征及气候影响因素分析

基于新疆地区54个国家基本气象站1963—2012年的逐日气象资料,利用FAO Penman-Monteith公式和作物系数法,得到近50 a来新疆小麦全育期和各生长阶段需水量,并利用线性趋势估计、MK检验、空间插值法分析了小麦全育期及各生长阶段需水量的年际变化趋势、空间分布特征及气象影响因素。结果表明:近50 a新疆小麦全育期平均需水量空间分布总体呈现南疆大于北疆、东部大于西部、由西北向东南增大的格局,生长初期和发育期需水量空间分布表现为南多北少,而生长中期和生长末期则为东多西少。小麦全育期年需水量平均以7.8 mm/10 a的速率呈极显著的下降趋势,并于1978年开始发生突变。小麦全育期内风速降低、日照时数减少是导致小麦全育期需水量下降的主要原因。     

乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

选择乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲为定位监测点,基于磴口生态站近地层(0~50 m)风沙监测塔2013年全年的风速和降尘数据,分析了沙漠东北缘近地层风沙时空变化规律。研究结果如下:1)过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大,风速廓线特征可用幂函数表示;过渡带风速显著高于绿洲内风速。2)过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减少,其分布特征遵循幂函数关系;过渡带沙尘水平通量显著高于绿洲内,说明绿洲防护体系对沙尘具有明显的削弱作用;过渡带沙尘水平通量与降尘量之间为线性关系,而绿洲内二者之间为指数函数关系。3)在春、夏、秋、冬季,过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小;春季是沙尘水平通量和降尘量集中的季节,其次为夏季,秋季和冬季相对较低;一年四季中,过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。     

麦田CO_2通量密度和水分利用效率研究

本文利用红外CO_2分析系统,对麦田CO_2浓度和通量密度进行观测。计算了光合作用效率和水分利用效率,分析了CO_2通量密度与净辐射、风、交换系数之间的关系,取得了满意的结果。     

黄淮冬麦区晚霜冻易发时段冠层内最低气温分布及估算

利用2016年和2017年3月中旬?4月下旬两次典型低温过程中,冬小麦田间不同高度逐小时气象观测数据,分析晚霜冻易发时段冬小麦冠层内最低气温出现高度及其变化规律,构建基于150cm高度处气象因子和地表0cm温度的冠层内最低气温估算模型。结果表明：（1）与150cm高度相比,两次典型低温过程中0℃以下气温在冠层高度附近出现时间更早,持续时间更长且温度更低;（2）最低气温总是出现在4/5冠层高度附近,并在2：00?6：00时段,尤以5：00左右发生频率最高;（3）冠层内最低气温与150cm高度处相对湿度、风速的相关性通过了0.01水平的显著性检验,与不同高度气温、不同土壤深度地温的相关性也通过了0.001水平的显著性检验,与地温的相关性随着土壤深度的增加而逐渐降低;（4）冠层内最低气温与150cm高度处气温、风速、相对湿度,以及0cm地温的偏相关系数大小排序表现为,气温＞风速＞地温＞相对湿度;利用以上因子构建基于多元线性回归函数的冠层内最低气温估测模型,其估测值与实测值拟合结果的决定系数达到0.967,均方根误差为0.915。说明基于气象台站常规观测数据构建冠层内最低气温估测模型具备一定可行性,可为冬小麦晚霜冻害的监测预报提供数据支持。     

施氮和间作对蚕豆锈病发生及田间微气候的影响

为研究不同施氮水平和间作对蚕豆锈病发生及田间微气候的影响,探讨间作系统氮肥调控下田间微气候变化与蚕豆锈病发生的关系,以小麦蚕豆间作体系为研究对象,通过田间小区试验,设N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(45 kg·hm^-2)、N₂(90 kg·hm^-2)、N₃(135 kg·hm^-2)4个氮水平,调查蚕豆锈病发病率和病情指数,测定蚕豆不同冠层的温度、相对湿度和风速。结果表明,无论单作还是间作,施氮对蚕豆产量均无显著影响,但施氮增加了蚕豆锈病的发病率和病情指数,其中发病盛期,施氮(N₁~N₃)蚕豆锈病发病率较不施氮(N₀)处理增加1.7~7个百分点,病情指数增加10.2%~143.8%,且病情指数受施氮水平的影响较发病率明显;与N₀相比,施氮使蚕豆冠层温度降低0.1~1.8℃和风速降低7.2%~80.0%,冠层相对湿度增加0.2%~19.0%。与单作相比,间作蚕豆产量平均增加34.4%。发病盛期,间作蚕豆锈病发病率降低7.510.6个百分点、病情指数降低26.9%~51.0%;整个发病期,间作蚕豆的冠层温度和风速均高于单作蚕豆,相对湿度低于单作蚕豆。相关分析表明,发病盛期和发病末期,蚕豆锈病发病率和病情指数与相对湿度呈极显著正相关,与冠层温度、风速呈极显著负相关。总体来看,施氮水平和间作模式对蚕豆产量、冠层温度、相对湿度和风速均有影响,且间作的影响大于施氮水平。综上,小麦与蚕豆间作及控制氮肥用量是改善农田小气候且有效控制蚕豆锈病发生的有效措施。本研究结果为间作系统合理施用氮肥和发挥间作控病增产优势提供了指导和理论依据。     

喷灌对冬小麦生长环境的调节及其对水分利用效率影响的研究

研究了在不同气候条件下喷灌对近地面空气温湿度和农田蒸发能力（冠层顶部20 cm蒸发皿水面蒸发量）的影响，在干热风天气条件下微量喷水对冠层温度和农田蒸发能力的影响，以及喷灌对冬小麦产量和水分利用效率的影响。试验结果表明，如果4～5月份降水量较少、空气相对湿度较低，则喷灌会明显降低近地面空气日最高温度和日平均温度，增加日平均相对湿度特别是最低相对湿度。喷灌条件下农田蒸发能力明显低于地面灌溉。微量喷水明显降低冠层温度和降低农田蒸发能力。农田蒸发能力变化与喷水量和日最高温度成正比，与日最低相对湿度和风速成反比。喷     

旋翼式无人机授粉作业冠层风场分布规律

为提高杂交水稻机械化种植效率,扩大父母本种植行宽比,采用旋翼式无人机进行辅助授粉作业。旋翼风场是由无人机旋翼旋转推动空气进行流动作用在作物冠层而形成。风场的覆盖宽度、风场内各方向风速的大小以及风场的分布规律将会直接影响到农用无人机田间作业的效果。该文结合无人机的飞行参数使用风速参数采集系统获取18旋翼无人机的授粉作业风速,其中对于矩阵数据(100×60)的行数据和列数据的意义进行了充分的讨论,总结了行、列数据的特点并结合试验实际情况对数据进行处理。发现3向风速数据的时序变化规律保持有一致性,X向风速在最大值时刻之前其平均值要大于Y向与Z向风速;X向、Y向风速值时序曲线之间的形状特征差异小于X向与Z向或者Y向与Z向之间的形状特征差异。而从3向风速值的空间变化分布情况也可看出无人机飞行轨迹与传感器行阵列交汇点处(9#~11#)所采集风速平均值最大,考虑到测量误差值,随着采样点距离飞行轨迹越远,采样点对应风速值衰减越多。综合二维风场数据可知3向风场宽度对比结果为Y向X向Z向。在此基础上,采用高斯法拟合等方式对行数据及列数据进行计算,通过对比各统计项的参数,拟合列数据建立风速数据与时间关系的5阶指数函数模型;拟合行数据作为风速数据与采样点分布距离关系的6阶指数函数模型。利用矩阵变换基于行、列数据模型最终建立水稻冠层处无人机旋翼X向二维风场理想模型,且由模型图中可发现无人机沿冠层飞行时旋翼X向风场的分布形状存在"陡壁"效应,即无人机旋翼下风速达到最大值,前向风速增大率要明显高于后向减小率,整个风场"陡壁"沿无人机飞行方向左右对称。研究将为无人机辅助授粉通过改变风场实现新的作业方法提供参考。     

核麦间作系统小气候效应及其对小麦产量的影响

利用KS4000手持气象站和SUNSCAN冠层分析系统,测定了核桃一小麦间作系统的田间小气候,并以单作田小麦为对照,对间作小麦的产量及其构成因素进行分析。结果表明,相对于单作田,核麦间作系统明显降低了小麦冠层的风速和温度,增大了小麦冠层的相对湿度,但核麦间作系统也明显降低了小麦冠层顶部入射的光合有效辐射量和冠层截获的光合有效辐射量;核麦间作系统小麦的生物量、穗粒数、穗粒重、收获指数、公顷穗数、千粒重和产量均显著低于单作系统（P〈0．05）。可见,虽然核麦间作系统在一定程度上改善了田间小气候,但由于核桃树对小麦遮荫作用较大,光合有效辐射透过率较低,导致了间作小麦产量的显著降低（P〈0．05）。因此,通过对核麦间作复合群体中主要气象因素变化特点的探讨,找出影响小麦生长的主要原因,有利于采取相应的栽培调控措施,优化间作群体结构。     

单旋翼电动无人直升机辅助授粉作业参数优选

不同类型的农用无人直升机的结构不同,旋翼所产生气流到达作物冠层后形成的风场也有较大差异,对应的风速、风向和风场宽度等参数对花粉的运送效果直接影响到授粉的效果(母本结实率)、作业效率及经济效益。该文采用单轴单旋翼电动无人直升机,根据正交试验设计法设计了3因素(飞行高度、飞行速度和飞机及负载质量)3水平的正交试验,通过考察平行于飞行方向(X向)、垂直于飞行方向(Y向)、垂直地面(Z向)3个方向上的峰值风速(X、Y向越大越好,Z向越小越好)、Y向风场宽度(越宽越好)、动力电池的压降(放电越慢越好)3个指标,对单旋翼电动无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数进行优选,试验结果分析表明:SCAU-2型单轴单旋翼电动无人机在峰值风速1 m/s时对应的水稻冠层有效风场最宽可达8.1 m,最窄为4.9 m,该机型在所设计的试验条件下基本能满足传播花粉的需求;该机型在水稻冠层所形成风场的峰值风速主要受飞机的飞行速度、飞机及负载质量、飞行高度影响,且随着飞行速度的降低、飞机及负载质量的增加、飞行高度的降低,其峰值风速有逐步增大的趋势。结合有效风场宽度及电池电量消耗程度来考量,3种主要因素的主次排序及其较优水平依次为飞行速度1.56 m/s、飞机及负载质量14.05 kg和飞行高度1.93 m。该结果可为其他单轴单旋翼电动无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数设置提供参考,而且也可为制定基于农用无人直升机的水稻制种辅助授粉作业技术规范提供依据。     

考虑自然风的气辅式喷雾雾滴飘失特性建模与补偿

气流辅助喷雾在雾滴减飘方面确有效果,然而大田作业时,其减飘效果受到自然风、喷雾流量、风筒出口风速、喷雾角等多种工况的严重影响。该文采用多相流计算流体动力学软件,建立三维流场几何模型,依据不同工况参数对雾滴漂移特性的影响,利用均匀设计安排试验方案,研究雾滴在自然风、辅助气流综合作用下在连续相和雾滴粒子离散相的耦合规律,通过流体动力学仿真完成训练样本采集,采用多元相关向量机回归方法建立不同自然风速下减飘模型,并通过模糊决策支持系统对作物茂密程度和喷嘴与冠层间垂直距离进行控制参数修正。试验结果表明：多元相关向量机回归模型预测飘失率的平均绝对百分比误差为2.56%,自然风扰动中实测和预测飘失率平均误差为8.92%,其飘失规律与所建飘失模型基本吻合。研究结果可为面向雾滴沉积效果的喷雾主动控制系统设计提供参考。     

圆形多轴多旋翼电动无人机辅助授粉作业参数优选

圆形多轴多旋翼无人直升机与单轴单旋翼无人直升机相比,结构上有很大差异,因而其旋翼所产生气流到达作物冠层后形成的风场参数亦有所不同。该文采用3种圆形多轴多旋翼无人直升机,根据正交试验设计法设计了3因素(飞行高度、飞行速度以及飞机与负载质量)3水平的正交试验,通过考察平行于飞行方向(X)、垂直于飞行方向(Y)、垂直地面(Z)3个方向上的峰值风速、Y向风场宽度(越宽越好)、动力电池的压降(放电越慢越好)3个指标,对该机型用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数进行优选,试验结果分析表明:圆形多轴多旋翼无人直升机在水稻冠层形成的X向风场宽度明显大于Y向的风场宽度;有别于单旋翼无人直升机,圆形多轴多旋翼无人直升机X向风场只有1个峰值风速中心,Y向风场存在2个峰值风速中心,这一现象主要由飞行器多个旋翼的侧向气流叠加形成,相互之间存在干扰,而且也影响了Y向风场的有效宽度。在实际应用中,对于能实现GPS自主导航飞行的机型,应根据作业的便利程度尽量利用X向的风力,更有益于辅助授粉作业;而对于未采用GPS自主导航飞行的机型,为便于飞控手对飞机位置的判断与姿态操控而必须沿父本行方向进行飞行作业时(即利用Y向风力),应充分考虑垂直于飞行方向风场宽度较窄的实际情况,通过降低作业效率来弥补。圆形多轴多旋翼无人直升机在水稻冠层所形成风场的峰值风速主要受飞机的飞行速度、飞机与负载质量、飞行高度影响。结合有效风场宽度及电池电量消耗程度来考量,3种主要因素的主次排序及其较优水平依次为飞行速度1.30 m/s、飞机与负载质量18.85 kg和飞行高度2.40 m。该结果可为其他圆形多轴多旋翼无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数设置提供参考,而且也可为制定基于农用无人直升机的水稻制种辅助授粉作业技术规范提供依据。     

长三角地区毛竹林冠截留的影响因素

为了探究毛竹林林冠截留与其影响因素之间的关系,于2012年4月至2013年3月,定位观测了毛竹林的林冠截留特征以及相关影响因子数据。结果表明,研究期内,长三角地区毛竹林的穿透雨率、树干茎流率和林冠截留率,分别占同期降雨总量的60.6%,6.7%和32.7%;林冠枝叶部分与树干部分的持水能力分别为0.82和0.1mm;引入叶面积指数作为林冠特征并与林冠截留进行分析,结果发现各月林冠截留总量随月平均叶面积指数的增加呈一定程度上增大的趋势,月平均林冠截留率随各月平均叶面积指数的增大而减小;各气象因子与毛竹林的林冠截留量的灰色关联度大小顺序为:降雨强度降雨量风速空气温度风向空气湿度,各气象因子与毛竹林的林冠截留率的灰色关联度大小顺序依次为:空气温度风向降雨量风速降雨强度空气湿度。