基于三温模型的盆栽柑橘蒸腾规律研究

为深入探究柑橘树冠层空间蒸腾特性及与茎干液流的对应关系,采用五点测温法,使用热成像仪拍摄柑橘树冠层五个方位的红外图像获取冠层温度及参考冠层温度,利用三温模型,将模型估算叶片蒸腾速率与实测茎流速率进行比较,并研究了柑橘树冠层不同方位的蒸腾变化规律.结果表明:柑橘树茎流速率与冠层叶片蒸腾速率日间变化曲线存在差异,决定系数(R2)为0.14,整体上,不同方位冠层温度与气温的日变化规律相近,柑橘树不同方位平均蒸腾速率大小分别为:东面>西面>北面>南面>顶面.上述结果表明:①柑橘树冠层蒸腾与茎干液流之间存在时滞效应,三温模型估算的叶片蒸腾速率不能实时反映树干液流的变化特征.②气温越高时,不同方位的冠层温度差异越显著.③柑橘树冠层空间蒸腾具有明显的空间差异性,揭示了柑橘树冠层蒸腾速率的空间变化规律.     

采用作物系数法和PM模型估算南京地区玉米田蒸发蒸腾量

蒸发蒸腾量(ET)是农田水平衡中的重要环节,ET的准确估算有助于提高农田水分管理水平。在测定农田小气候、土壤蒸发和玉米生长旺季液流量基础上,比较了单作物系数法(Kc法)、双作物系数法(Kcb法)、不同冠层阻力计算的Penman-Monteith模型(PM1和PM2法)估算南京地区玉米田ET的适用性,并对玉米整个生育期ET变化及其影响因素进行分析。结果表明以液流法和土壤蒸发测定的总ET为基准,PM1方法估算的夏玉米ET误差最小,与实际测定ET的决定系数(R2)、平均绝对误差(MAE)和一致性指数(d)分别为0.52、0.8 mm/d和0.48。以PM1模型估算的夏玉米全生育期ET为310mm,日均ET为3.16mm/d,最大值出现在拔节期和抽穗期,整体变化呈单峰型。ET与气象因素响应顺序为净辐射饱和水汽压温度风速。本研究可为优化玉米田水资源管理和提高水资源有效利用提供参考。     

荒漠区柽柳液流特征及其与环境因子的关系研究

干旱荒漠区植被水分传输状况决定着区域生态需水量,进而影响生态安全。植物的茎干液流量表征其蒸腾耗水量,能够准确反映单株植物的蒸腾作用和水分利用状况。本文以古尔班通古特沙漠南缘典型荒漠植被柽柳为研究对象,采用茎热平衡法,对区域典型荒漠植被柽柳茎干液流及其与环境因子的关系进行了研究,结果表明：①柽柳茎干液流日变化曲线呈多峰格型,日平均液流率为0．00399g／s,最大值为O．0135g／s。茎干液流7：00～15：00一直保持较高值（0．003g／s以上）,21：00左右液流速率降到极低值;②柽柳风速变化和茎干液流速率存在相关性,微风可加快茎干液流,强风对茎干液流有抑制作用,而冠层温度与茎干液流速率呈正相关,冠层空气湿度与茎干液流呈负相关。     

西北旱区苹果树茎干直径变化规律及其对环境因素的响应研究

以西北旱区苹果树为试验材料,利用植物生理环境监控系统对果树茎干直径变化及太阳辐射,大气温度,相对湿度,风速等环境因素进行了连续同步监测,对果树茎干直径昼夜变化、不同天气条件下的直径日变化及不同生长阶段茎干直径与环境因素的关系进行了研究.结果表明:苹果树茎干直径变化日过程呈现出明显的昼夜变化规律,茎干直径白天收缩,傍晚、夜间复原或膨胀;不同天气条件下,茎干直径收缩幅度有明显差异,晴天茎干直径日最大收缩量最大,阴雨天最小;果树生长过程中,茎干直径变化主要受太阳辐射与空气水汽压差的影响.     

春玉米生长中期灌水量差异对其蒸发蒸腾量估算精度的影响

为提高旱区作物蒸发蒸腾量估算精度,以石羊河流域春玉米为研究对象,分析灌水量对FAO-56估算作物蒸发蒸腾量精度的影响,并对估算误差进行讨论,提出使用部分根区含水量平均值用于土壤水分胁迫系数计算.结果表明:FAO-56对不同灌水处理下作物蒸发蒸腾量的估算精度存在较大差异,可较精确地估算低灌水处理下作物蒸发蒸腾量;随着灌水量增大,其估算精度有所降低,对高灌水处理下作物蒸发蒸腾量的估算误差达-14.13%;根区上部土层含水量与土壤水分胁迫状况关系紧密,以缓变层及以上土层含水量平均值代替整个根区含水量平均值用于土壤水分胁迫系数计算,可有效改善高灌水处理下旱区作物蒸发蒸腾量计算精度,亦可较为精确地估算低灌水处理下作物蒸发蒸腾量.     

苹果树液流变化规律研究

利用液流传感器(sapflowsensor)监测苹果树液流,并用自动气象站和土壤水分测定仪(TRIME-FM)对气象因素和土壤水分进行同步监测。分析了苹果树液流日变化和日际变化与太阳辐射强度的关系、苹果树液流Tr与参考作物蒸发蒸腾量ET0的相关性,以及Tr/ET0和100cm深的平均土壤相对含水率AW的关系。运用回归分析方法建立了液流通量与气象因子间的经验公式,并比较了预测值与实测值。其结果表明:液流变化曲线与太阳辐射的变化曲线较一致,太阳辐射是果树液流的首要影响因子;Tr和ET0变化曲线相似;相对含水率越大,Tr/ET0的值越大;反之越小;用经验公式预测的液流值与实测值相比较,二者最大相差10.13%,最小相差3.45%。     

半湿润区苹果树冠层降雨截留模型应用研究

基于苹果树冠层截留的观测数据,研究了苹果树的冠层截留特征。结果表明,①果树冠层截留量、穿透雨量、树干茎流量均与降雨量有着明显的相关性。冠层截留量与降雨量之间呈对数关系;穿透流量、树干茎流量与降雨量之间分别呈线性关系。林外降雨大于1mm时产生穿透雨,大于1.5mm时产生树干茎流。果树冠层平均截留率为18%,冠层饱和截留量为7.5mm。②通过29场降雨试验,获得了适合京郊苹果树的冠层截留模型,并对该模型与常见冠层截留模型的模拟结果进行了对比分析。     

玛纳斯河流域荒漠植被单株茎干液流及光合蒸腾特性研究

植物茎干液流量可表征其蒸腾耗水量,反映植被水分传输状况,可用于计算植被生态需水量。以玛纳斯河流域古尔班通古特沙漠南缘典型荒漠植被梭梭、柽柳为研究对象,通过数据监测,研究植被茎干液流及光合蒸腾特性,分析气象因子及土壤含水率对茎干液流的影响。结果表明：（1）梭梭、柽柳茎干液流速率呈明显的昼夜变化规律,白天液流速率远高于夜间。（2）梭梭的净光合速率日变化模式为双峰型;柽柳为单峰型。（3）梭梭蒸腾速率的日变化有明显上升和下降过程,柽柳趋势不明显,呈小幅震荡。（4）液流速率变化与相对空气湿度呈负相关,空气湿度高时液流速率低;气温、总辐射与液流速率的变化趋势基本一致,液流速率随着气温或总辐射的增强而增大。（5）随着土壤含水率降低,液流速率降低。     

CERES-Wheat模型中两种蒸发蒸腾量估算方法比较研究

基于CSM-CERES-Wheat模型中Priestley-Taylor(PT)和FAO56 Penman-Monteith(PM)2种蒸发蒸腾量估算方法分别模拟了冬小麦2011—2012年和2012—2013年2个生长季的累积蒸发蒸腾量、日蒸发蒸腾量、土壤含水率、地上干物质以及籽粒产量,并对2种方法的模拟结果进行了评价和比较。对2种方法模拟的蒸发蒸腾量值与试验区域内大型称量式蒸渗仪的实测结果进行了比较,结果表明,基于PT和PM方法的CERES-Wheat模型均可以准确地模拟干旱-半干旱地区冬小麦的蒸发蒸腾量,累积蒸发蒸腾量和日蒸发蒸腾量的误差分别小于5.4%和3.4%。同时,模型还可以模拟土壤水分动态情况,在0~20 cm土层,CERES-Wheat模型的模拟值与实测值的标准化均方根误差(RRMSEn)为39.38%,模拟结果较差,但20 cm土层以下,2种方法的模拟值与实测值的RRMSEn均小于23.1%,且对40~60 cm土层的模拟结果最好。CERES-Wheat模型基于PT和PM方法对冬小麦在2011—2012年和2012—2013年生长季地上生物量的模拟值与实测值的RRMSEn分别为13.57%和22.76%,产量的RRMSEn分别为11.80%和15.42%,模拟结果均较好。另外,CSM-CERES-Wheat模型基于PT方法模拟的蒸发蒸腾量小于基于PM方法的模拟值,而PT方法对土壤含水率的模拟结果高于PM方法的模拟结果,且PT方法对地上生物量以及产量的模拟结果高于PM方法,用2种方法模拟的成熟期地上生物量及产量的RRMSEn值均在25%以内。总之,CSM-CERES-Wheat模型采用2种方法对蒸发蒸腾量、土壤含水率及干物质和产量的模拟结果均较好,表明该模型在我国干旱-半干旱地区的应用性较好,可为该地区不同水分条件下冬小麦的生长情况提供理论支持。     

基于CatBoost的温室日参考作物蒸发蒸腾量估算模型研究

参考作物蒸发蒸腾量(Reference Evapotranspiration,ET₀)是估算作物需水量、制定灌溉制度、提高用水效率,实现农业节水的重要参数。针对传统Penman-Monteith(P-M)公式计算作物蒸发蒸腾量需要参数多,计算复杂等问题,提出了一种基于支持分类特征的梯度提升决策树(CatBoost)算法估算温室日参考作物蒸发蒸腾量。以温室修正型Penman-Monteith公式计算的ET₀作为标准值,通过Pearson’s方法对输入参数与ET₀之间的相关性进行分析,组合不同输入特征向量。当输入参数组合为3参数,即平均室内温度、平均相对湿度、累积太阳辐射时,CatBoost性能最优,测试集估算精度MAE为0.220 mm/d,RMSE为0.310 mm/d。进一步对比了6种其他机器学习模型(XGBoost、AdaBoost、随机森林、决策树、KNN、SVM)的估算精度,结果表明CatBoost模型具有最佳的估算精度和稳定性,能够较好地模拟参考作物蒸发蒸腾量。构建的日参考作物蒸发蒸腾量估算模型为水肥精准化管理、灌溉控制系统研发提供了一种新的思路。     

喷雾模型的发展及其在内燃机CFD中的应用

喷雾模型是内燃机CFD软件中重要的组成部分,而喷雾模型是由多种子模型组成的。正确设定喷嘴出口的边界条件和选择恰当的喷雾子模型成为成功分析和优化柴油机和汽油机高压喷雾的先决条件。本文主要讨论了喷嘴流动模型、液膜雾化模型和喷雾碰壁模型在CFD软件中的应用现状。     

基于灰色理论及BP神经网络的尿素水解预测模型研究

研究根据室内尿素水解试验资料,建立了以温度、水分、时间为输入因子,尿素态氮含量为输出因子,拓扑结构为3-2-1的BP神经网络预测模型,以及Verhulst灰色预测模型和零级动力学模型,并分析比较了三种模型的预测效果。结果表明:3种预测模型均能满足模拟精度要求,所建立BP神经网络模型模拟值与实测值的平均相对误差、相关系数和决定系数分别为2.39%、0.992 4和0.984 5,具有较高的预测精度和良好的稳定性,并且模拟效果明显优于Verhulst灰色预测模型和零级动力学模型,可以较好地描述尿素水解动态变化过程,为尿素水解定量研究提供了精确的科学依据。     

农业模型发展分析及应用案例

农业模型、农业人工智能及数据分析等技术贯穿于智慧农业的信息感知、信息传输、信息处理与控制全过程,是智慧农业的核心技术。为进一步明晰农业模型的内涵和作用,促进农业模型进一步研究及应用,推动智慧农业健康、稳定和可持续发展,本研究采用系统分析、比较及关系框图等方法,分析了农业模型的内涵,阐述了农业模型和智慧农业要素与过程的关系,明确了农业模型的作用并附以应用案例,比较了农业模型的国内外重要发展动态与趋势。国内外农业模型研究与应用重要进展比较表明,农业模型研究应用需要考虑农业生物要素的4个水平、农业环境要素的6个尺度、农业技术与农业经济要素的6个层次并采用相应方法进行,农业模型环境要素空间多尺度研究应用有较大发展潜力;农业模型与分子遗传学、感知技术及人工智能技术结合,农业模型研究应用的公私有组织协作,粮食安全挑战将成为农业模型进一步发展的重要推动力,且需更注重将各种农业系统模拟、数据库、和谐性与开放数据及决策支持系统相连接。中国农业模型研究与应用已形成具有中国特色的作物模型系列,也融入农业模型的互比较与改进、智慧农业等世界潮流,需要抢抓机遇,加快发展。农业模型是农业系统要素内及要素间关系的定量化表达,是农业科学定量与综合的重要方法,具有认识论价值,它与感知技术的结合可以在智慧农业数据获取与处理中发挥不可或缺的作用,成为信息农业技术落地应用的重要桥梁和纽带。     

陕西关中冬油菜生长发育不同模型模拟精度研究

在陕西关中地区进行了连续6年(2009年9月—2015年5月)的冬油菜非充分灌溉试验,利用STICS、DSSAT和APSIM 3种不同模型对冬油菜物候期和产量等进行模拟,比较了3种不同模型的模拟精度。结果表明,3种模型中STICS模拟精度最高,平均RARE为3. 24%,APSIM模型次之,平均RARE为8. 79%,DSSAT模型最差,平均RARE为11. 38%。其中STICS模型对物候期和产量的模拟精度均为最高,DSSAT模型对物候期的模拟精度高于APSIM模型,而APSIM模型对产量相关指标的模拟精度高于DSSAT模型。由于2012—2013年生育期内降水量较低,3种模型的模拟精度均较低,说明3个模型对干旱胁迫条件下的作物生长模拟均存在一定不足。综合比较,STICS模型的模拟精度高于DSSAT和APSIM模型,因此推荐STICS模型为关中地区冬油菜生长发育和产量形成模拟的适宜模型。     

作物水分与产量关系的综合模型

对描述作物耗水量与产量关系的二次函数关系模型和詹森模型 ,通过水量的当量变换 ,把描述同一生产过程的二个模型统一到一个模型内 ,这个模型具有二者的优点。该模型可以把对水量的优化转化为对土壤含水率的优化 ,而土壤含水率是一个可以随时监测和控制的因素 ,所以在应用上具有现实指导意义。     

Shuttleworth-Wallace模型模拟陕北枣林蒸散适用性分析

在生态脆弱的陕北黄土丘陵区,林地耗水是生态学者长期关注的热点问题,准确测算植物耗水量是环境水分研究的关键。根据陕北山地枣林的立地条件和蒸散过程特点,结合2012年的实测资料,确定了相关模型参数,实现了Shuttleworth-Wallace(SW)和Penman-Monteith(PM)模型对枣林蒸散量的模拟,并利用2013年茎流计监测的蒸腾量和水量平衡原理推求的蒸散量,对这2个模型进行了比较和检验。结果表明:就整个枣树生育期10 d尺度蒸散量而言,SW模型模拟精度优于PM模型。此外,2模型精度随枣树生育期变化而变化,且萌芽展叶期精度均最低。SW模型日蒸腾量模拟精度满足要求,但易受到天气状况影响,晴天模型精度优于雨天。SW模型精度在陕北山地枣林里得到验证,是半干旱区山地枣林耗水规律研究的有效工具。     

基于格子玻尔兹曼法的TOPMODEL建模与应用

依据Freeze和Harlan的水文模型蓝图思想改进TOPMODEL,在模型构建过程中利用格子玻尔兹曼法(LBM)建立汇流过程的数值模型,采用达西公式数值模型求解饱和区土壤水运动方程,运用LBM法五速模型求解非饱和区理查兹运动方程,进而构建基于栅格的分布式LBMGTOPMODEL。模型的产流方法融合了蓄满产流理论和超渗产流理论,考虑了土壤水分剖面、土壤各向异性和地形坡度等对流域产流的影响;模型的汇流方法利用地貌水文学理论,寻求水文过程与流域地形地貌的相互作用及定量关系,此模型在汇流过程中将地貌因素与水动力扩散相结合以描述坡面水流运动,解决了坡面水流的流量分配问题。以中汤流域为对象进行水文模拟应用研究,验证得到确定性系数在0.547~0.883之间,平均值为0.725,结果良好,说明模型较为可靠。     

三种作物水分生产函数模型的适用性比较

通过幂级数展开等代数变换发现,3种作物水分生产函数Jensen模型、Rao模型和Stewart模型可以近似相互转化,其各自水分敏感指数近似等价。通过在各阶段均匀受旱的特殊情况下对模型模拟的相对产量随相对蒸散发量变化过程的对比,从理论上分析了3个模型的适用性。研究发现,当作物受旱较轻微时,Rao模型和Stewart模型与Jensen模型统一具有较好模拟效果,但是当作物受旱较严重时,Rao模型和Stewart模型的模拟效果不好。通过不同气候区域不同作物田间试验的数据进行了验证计算,由于水分亏缺不十分严重,参数优化后3个模型都具有较好模拟效果,而Jensen模型模拟效果更好一些,优化得到的3种模型水分敏感指数近似相同,而采用Jensen模型水分敏感指数后,Rao模型和Stewart模型的模拟效果稍有降低。     

物理模型构建在教学中的重要性探讨

物理是研究自然界物质的基本结构、基本运动形式及相互规律的学科.现在物理试题已结合生产实践活动,学生在解决这类题目时需要把一个复杂的实际问题转化为物理过程,即物理模型的构建.物理模型能使复杂问题得到简化处理,还可利用模型训练学生发散的逻辑思维、帮助学生建立正确的求解思路. 可见,教学过程中物理模型构建的重要性.     

Field installation of a model for transient simulation of canal flow

A computerized hydraulic model developed at Utah State University was installed at a large-scale irrigation project in Northeast Thailand with the objective of improving water management in the supply and distribution system. The model was calibrated for measured field conditions by determining discharge coefficients for flow control structures, measuring seepage loss rates, and calculating hydraulic roughness coefficients. The logistical and technical problems associated with the model installation, and the respective solutions, are presented in this paper.