DEM分辨率对微地形形态的影响

不同的DEM采样间隔能够使地表微地形的概括发生变化,导致微地形观测结果出现差异,该文主要研究不同观测尺度条件下微地形的变化。在深耕、浅耕、裸坡和细沟4种地形条件下,采用三维激光扫描仪获得5,10,20mm的点云数据。通过地理信息相关软件对点云数据加以处理分析,提取不同尺度条件下各类微地形的坡度、坡向、坡度变化率和坡向变化率;通过坡度、坡向定性研究微地形变化与观测尺度之间的相关性,通过对坡度变化率、坡向变化率的研究得出坡度、坡向的变化值域。不同地形条件的微地形在不同观测尺度下变化有明显差异。坡度在8°~15°,15°~25°,45°~60°,60°~90°变化均一;坡向受观测尺度影响主要集中在阳坡和半阳坡;坡度变化率和坡向变化率表明观测尺度越细微地形坡度坡向变化情况越显著,从10,20mm观测尺度下的0~3/3,3~∞两个取值区间逐渐迁移到在5mm尺度条件下的3~∞。     

西安浐灞生态区光合有效辐射变化规律研究及气候学计算

使用西安浐灞生态区2011年4-10月(世园会期间)光合有效辐射PAR及邻近气象站观测资料,应用气候统计方法分析探讨了该地的PAR、光合有效辐射系数ηQ的基本变化特征及形成原因.主要结论有:4-10月西安世园会址的PAR为5 095.2 mol/m2,平均月、日总量分别为727.9 mol/m2,23.8 mol/(m2·d);PAR总量夏季大于春季,春季明显大于秋季,原因为罕见秋霖;PAR的日变化为中午大,早晚小,且春、夏季明显高于秋季,晴天日多为500～600 mol/m2,阴天日多为200～300 mol/m2.ηQ具有明显的月份和季节变化特征,拟合曲线呈双峰型,7月和10月为峰值月,5月和9月为谷值月;ηQ值夏季最大,秋季次之,春季最小;ηQ日变化特点为阴天日明显高于晴天日,二者平均相差0.47 mol/MJ.最后提出了适合西安的ηQ气候学经验计算公式.     

光合有效辐射及其传感器研究进展

植物利用约400～700 nm波段的光驱动光合作用,但不同波长的光驱动效率不相同,而且随着植物类型及生长阶段的不同而变化。因此,准确获取被植物捕获并用于驱动光合作用的光辐射成为困扰科学家的难题。当前,光量子传感器被普遍接受并用于评价光合作用潜力,可测量400～700 nm波段的光量子通量密度或光量子通量,其光谱响应函数为直线。该文回顾了经典光合有效辐射（photosynthetically active radiation,PAR）定义的形成过程,介绍了PAR传感器的演化路径,讨论了PAR及其传感器的应用现状。由于测量对象及应用环境的多样化,PAR的定义仍然没有完全统一,且早期研究对光谱响应函数的度量不充分。随着当前人工光照明与植物生长发育相关研究的深入,发现植物光合作用吸收的光波长范围比400～700 nm要宽,不同的光谱能量分布（波长配比,能量配比）、光周期等对光合作用影响显著,并且很难将光辐射对光合作用的影响和光形态效应区分开,因此PAR的定义及其传感器的研发仍处于不断发展中。理想的PAR应该从植物光合作用的角度来定义,未来PAR传感器的光谱响应函数应与植物光合作用的能力曲线相一致,并能依据测量对象及应用需求而调整。与此相适应,未来PAR传感器应向用户可对光谱响应函数编程的方向发展。     

地形因素对降水分布影响的研究

在有限降水资料的基础上，研究影响降水的因素，建立降水量与各因素之间的关系，为流域内的水资源和水环境研究提供了良好的基础。以数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）为出发点，计算出高程、坡度、坡向，直接或间接用DEM和有限的降水资料来推求无资料地区的降水状况。将该方法和系统应用于石羊河流域，用该区域内的20个雨量站的降水资料建立模型，另外6个站点的降水资料做校核，并用模型模拟该区域内均匀分布的230个点的降水量，结果表明所建立的模型取得了理想的模拟效果。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施.本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响.结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大.小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872.小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异.因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产.     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射（TPAR）、叶面积指数（LAI）、冠层截获的光合有效辐射（IPAR）等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产。     

栾城地区光合有效辐射的测量与计算*

2005年7月19日-2006年9月30日,在河北栾城对太阳辐射包括光合有效辐射QPAR、可见光辐射QVIS、总辐射Q等气象参数开展了4次综合观测,初步得到了QPAR、QVIS等的变化特征。观测表明,小时累计之比QPAR/Q、QVIS/Q、QPAR/QVIS相对稳定,其平均值分别为1.94mol.MJ-1、0.39、4.95mol.MJ-1,同时它们均表现出明显的日、逐日、季节变化特征,并受到水汽、气溶胶、云等因素的影响。建立了计算实际天气QPAR、QVIS小时累计的经验公式及QPAR与QVIS转换关系式,计算值与观测值均吻合较好。在考虑水汽和散射因子时,QPAR、QVIS计算值与观测值的相对偏差分别为14.4%、13.9%;限于资料缺乏,也可仅考虑水汽因子的作用,此时QPAR、QVIS的相对偏差分别为15.2%、14.2%。利用比值法计算QPAR、QVIS时,水汽因子具有重要作用,气溶胶因子的作用远弱于水汽因子,但仍需要考虑。     

MODIS数据辅助的GF-1影像晴空光合有效辐射反演

面向农作物产量监测对中高分辨率遥感数据光合有效辐射(photosynthetically available radiation,PAR)反演的实际需求,该文选择山东省禹城市2014年1月至2014年12月共13景GF-1/WFV卫星影像作为数据源,基于中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)地表反射率产品作为辅助数据源,开发了适于业务运行的WFV数据气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)及PAR的反演算法。算法核心是采用6S(second simulation of satellite signal in the solar spectrum)大气辐射传输模型,建立包括AOD在内的大气参数与查找表(look-up table,LUT),结合大气顶层太阳入射辐照度及卫星入瞳处辐射亮度值反演地表反射率数据,通过与WFV蓝光波段地表反射率数据对比获取大气参数。通过反演的大气参数计算400~700 nm连续光谱区间的PAR值,并建立WFV数据离散红、绿、蓝光波段与连续光谱区间PAR的转换系数,实现WFV数据PAR的反演。其中,WFV蓝光波段反射率数据与MODIS地表反射率数据关系、离散到连续谱段PAR的关系可以从美国地质勘探局(United States Geological Survey,USGS)提供的典型地物波谱库数据理论计算获取。利用中国生态系统研究网络(chinese ecosystem research network,CERN)禹城站地面观测值进行验证结果表明,该文提出的算法总体精度达到92.63%,平均绝对误差为14.56 W/m~2,平均相对误差7.37%,具有业务应用的潜力。     

基于暗目标法和GF-1的农作物光合有效辐射反演

光合有效辐射是农田生产力和产量估算的依据,也是农作物参数遥感反演的主要研究内容。该文基于大气辐射传输模型,选择覆盖山东禹城市2014年4月－2014年12月共12景GF-1/WFV（wide field view,WFV）数据,结合浓密植被（暗目标）蓝光波段、红光波段之间反射率的线性关系,基于查找表（look-up table,LUT）技术反演了大气气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）等大气参数,提出了基于蓝、绿、红3个离散波段反演光合有效辐射（photosynthetically available radiation,PAR）的算法。其中,浓密植被是根据WFV/NDVI（normal differential vegetation index）设置阈值的方式筛选的;红光波段与蓝光波段地表反射率的比例系数为1.7977,截距为0.0034,相关系数达0.9826,是根据美国地质调查局（U.S. Geological Survey,USGS）提供的典型植被波谱库数据理论计算获取;GF-1/WFV数据蓝、绿、红波段转换为400～700 nm谱段间光合有效辐射值之间的转换系数分别为0.09156、0.09951、0.1007。采用中国生态系统研究网络禹城实验站实测的 PAR 数据进行对比验证,光合有效辐射的总体精度达到了95.77%,误差绝对值平均为11.36 W/m2,平均误差小于5%,表明了该方法具有较高的精度。该方法不需要额外辅助数据,产品生产过程简单,是比较理想的GF-1/WFV数据光合有效辐射业务反演备选算法。     

叶片氮浓度对温室黄瓜花后叶片最大总光合速率影响的模拟

光合作用是作物产量和品质形成的基础,直接受到叶片含氮量的影响.该文通过不同定植期不同氮素处理试验,建立了不同光温条件下温室黄瓜叶片适宜氮浓度的求算方程,并定量分析了不同光温条件下黄瓜叶片最大总光合速率与叶片氮浓度的关系.在此基础上,进一步建立了适合不同光温条件的温室黄瓜花后叶片最大总光合速率与叶片氮浓度关系的通用模型,并用与建模相独立的试验数据对模型进行了检验.结果表明,建立的模型能较好地预测不同定植期黄瓜叶片氮浓度对叶片最大总光合速率的影响.模型对温室黄瓜叶片最大总光合速率的预测结果与实测结果之间基于1:1直线的决定系数和均方根差分别为0.83和1.56 μmol·m-2·s-1.建立的模型可以为温室黄瓜周年生产的氮素精确管理提供理论依据与决策支持.     

基于功能结构模型的鲜切百合群体光截获模拟

针对鲜切百合株型设计和优化栽培手段不足的问题,通过田间试验和系统模拟对单株百合生长发育过程形态变化进行仿真模拟,构建百合功能结构模型,并利用叶倾角、叶序、出芽方向、出苗时间等关键生育参数在合理范围内的随机发生,实现对鲜切百合群体生长动态的三维重建。通过设置不同种植时间（4月10、20、30日和5月10、20、30日）、种植密度（66.7、33.3、22.2、16.7、13.3、11.1株·m-2）和不同株型（叶倾角分别为20°、30°、40°、50°、60°、70°和80°）的模拟情景,利用三维建模平台GroIMP中的辐射模型对百合群体累积光截获进行定量分析。结果表明,4月20日种植有助于百合群体获得最大累积光截获,叶倾角为20°的百合群体能够获得最大累积光截获。百合功能结构模型能够优化栽培管理、设计优势株型,为鲜切百合种质资源评价和株型基因改良提供理论依据和技术支撑。     

辽西北地区防风固沙辐射效应空间差异研究

为提高风域生态系统上风向与下风向区生态服务功能的协调与修复能力,基于修正风蚀方程(RWEQ)与GIS技术,并结合辽西北风域生态系统的风向、风速与土壤尘粒组成,评估分析了辽西北地区二期治沙工程后防风固沙功能的辐射效应。结果表明:受到气候、植被盖度、土壤类型、人类活动等诸多因素的影响,辽西北生态系统防风固沙功能具有空间地域差异性,整体呈现南北较强、中部较弱的空间分布格局。研究区防风固沙量为3.754×10⁷ t,防风固沙能力为824.35 t/km²,产生辐射效应影响到的最远距离为1 250 km,辐射区总面积37.26 km²,是研究区自身面积的8.18倍。减少下风向区域的风沙量为1.877×10⁷ t,其中延边朝鲜族自治州享受到的辐射效应最大,减少沙尘量为2.03×10⁶ t,占总效应的10.82%; 伊春市享受的辐射效应最小,沙尘量减少1.1×10³ t,占总效应的0.005%。总而言之,辽西北地区防风固沙功能空间分布差异性明显,风域生态系统防风固沙功能具有很强的辐射效应。     

黑龙江省活动积温时空变化特征及其对水稻单产的影响

利用Berkeley Earth提供的高精度陆地表面日平均气温格点资料,计算1951-2012年黑龙江省≥10℃年活动积温,用自然正交分解（EOF）法对积温年代际和年际变化的时空特征,以及积温变化对全省水稻单产的影响进行分析。结果表明：研究期积温年代际变化可分成平稳期Ⅰ（1951-1993年）,转换期（1993-2000年）和平稳期Ⅱ（2000-2012年）,3个阶段的平均气温均呈递增趋势。平稳期Ⅱ与平稳期Ⅰ相比,平均积温全省大部普遍升高200℃·d以上,升高幅度最大的区域在该省西南部,达240～320℃·d。在平稳期Ⅱ,2100℃·d积温线已北移通过黑河地区到达大兴安岭,说明水稻种植北界可以达到北部较寒冷的黑河地区。黑龙江省水稻生长季年活动积温和水稻单产均存在准2a周期为主的短期年际变化。相关分析表明,在哈尔滨、齐齐哈尔、大庆、绥化、伊春以及佳木斯市,积温的短期年际变化对水稻产量的影响较大,而在南部的尚志、牡丹江和鸡西,其影响则不大。