山区县域尺度降水量空间插值方法比较

随着空间降水信息需求的日益增加,降水的空间插值已被广泛应用,而不同的插值方法因不同的地区和研究目的产生不同的效果。该文以浙江省淳安县为例,选取17个站点1959～2000年多年平均和月均降水资料,在地统计学和地理信息系统(GIS)支持下,结合一些地形地理因子,采用多种插值方法对研究区降水量进行了空间插值研究,分析不同插值方法对研究区的适用性和精度,并对模拟的空间降水量图像进行了比较。通过3个检验站点的插值误差的比较,混合插值法,即回归克里金插值法误差最小,效果最好。     

流域水文模型中面雨量的空间插值

以汉江褒河流域上游的江口地区为例,对流域水文模型中子流域面雨量的空间插值方法进行了比较,并应用三水源新安江模型对江口流域的日流量过程进行了模拟,模拟结果表明,在利用一般的面雨量处理方法,反距离加权法（IDW）,克立格插值法（Kriging）及引入面积权重的泰森多边形面雨量处理方法等4种方法中,引入面积权重的泰森多边形面雨量处理方法取得了较其它三种方法更好的精度,在面雨量的处理上这种方法具有一定的优势。     

基于TPS插值的黄土丘陵区土壤容重空间分布研究

空间插值方法在各个领域已有了广泛的应用,而不同的研究对象则有适应各自的区域特征的空间插值方法。以延河流域为例,对黄土丘陵区(0~10 cm、10~30 cm和30~60 cm等)三个典型土壤剖面的土壤容重进行空间插值方法比较研究。结果表明:(1)在水平方向,延河流域0~30 cm层面的土壤容重从北到南呈现一个递增的趋势,同南北气候湿润程度以及植被覆盖程度密切相关,而对于30~60 cm的土壤容重在南北方向上则保持相对均衡且与河网分布有关;(2)在垂直方向,土壤容重随着土层加深同样呈现递增的趋势;(3)根据误差分析,薄盘样条函数插值更适宜于该区域关于土壤容重的插值。     

湖南复杂地形下日平均气温空间插值方法探讨

基于湖南省97个常规地面气象台站1961-2008年逐日的日平均气温资料,对湖南复杂地形下日平均气温空间插值方法进行探讨。采用考虑海拔影响下的反距离法等6种空间插值方法进行500m×500m格距的小网格推算,对多种插值结果的误差进行了交叉检验,同时利用2007-2008年湖南省1215个自动气象站的观测资料进行误差检验,并对不同时间段、不同区域、不同地形下的各插值方法进行了对比分析。结果表明：各空间插值方法的计算结果基本接近,但是要避免使用易导致＂牛眼＂现象的IDWE等方法;在海拔高度500m以下时,除了SFE各方法误差接近,500m以上时,以IDWGE方法最优;在湘西山区以KRGE方法的空间插值较优,湘东山区以IDWGE方法误差最小。在冬半年以MRG方法误差小,夏半年以KRGE方法误差小。相对于传统的采用界限温度的初终日进行直接插值,对逐日平均气温插值后再推算界限温度的初终日,物理意义明确,计算结果更接近于实际值。研究结果可为湖南精细化农业气候区划提供高时空分辨率的网格资料。     

随机模拟畦面微地形分布及其差异性对畦灌性能的影响

畦面微地形对畦灌性能具有较大影响,该文针对畦面相对高程分布具有随机性和空间相关性的特点,基于Monte-Carlo随机模拟方法和半方差分析方法建立了随机模拟畦面微地形分布状况的方法,并借助二维地面灌溉模型评价随机模拟的畦面微地形分布状况及其差异性对畦灌性能的影响。研究结果表明：同一畦面相对高程标准偏差值下随机模拟的畦面微地形分布间存在的差异性对畦灌性能的影响取决于该值大小,等于或大于3 cm以上的畦面微地形分布间存在的较大差异对畦灌性能影响显著,而小于3 cm的畦面微地形间存在的分布差异对畦灌性能影响相对较小,此条件下随机模拟的任一组畦面微地形分布状况均具有典型代表性,可直接作为二维地面灌溉模型的输入数据用于评价畦面微地形分布状况对畦灌性能的影响。     

用三次样条插值函数描述土壤水分特性

描述土壤水行为的微分方程的解常常需要土壤水分特征函数。尽管样条插值函数法提供了一种将数据点连接起来的方法 ,但是 ,在许多情况下 ,所得到的结果并不理想。土壤水分特性的数学表达也可能出于研究者的想象与判断。通过样条插值选择一些外加的与样条函数相符的实测资料 ,可以得到一条完整的与初始实验数据相一致的数学函数描述曲线。用Delphi 2编写的计算机程序SWC -SPLINE可以使研究者通过直接的可视化检验很容易地标记和改变虚拟数据点的位置。     

西南复杂山地农业气候要素空间插值方法比较

用反距离加权法、普通克里格法、薄盘光滑样条函数法三种空间插值方法,对西南地区复杂山地92个气象站点30a(1971-2000年)的温度、降水和相对湿度月平均资料进行分辨率为1.0km×1.0km的空间插值,并进行了交叉验证和随机站点验证.结果表明:薄盘光滑样条函数法的插值精度最优,特别是温度和降水的效果尤其明显;对于三种插值方法,相对湿度的插值精度在夏季差异不明显.在样本数选取上,样本数的增加使温度和湿度的插值精度有较大提高,但对降水插值精度的影响不明显.     

畦面微地形时空变异分布状况试验研究

畦面微地形时空变异分布状况对畦灌性能的影响较为显著,该文依据从典型试验畦块获得的畦面相对高程实测数据,借助统计学方法分析评价田间耕作措施和地面灌溉对畦面微地形时空变异分布状况的影响。结果表明：农田机耕、围畦打埂等田间耕作措施对畦面微地形整体分布状态和畦面相对高程空间分布状况的影响显著;而地面灌溉虽对畦面相对高程空间分布状况有一定影响,但对畦面微地形整体分布状态的影响却较小;田间耕作和地面灌溉等人为生产活动对较小规格畦块的畦面微地形时空变异分布状况的影响明显一些,围畦打埂和入畦单宽流量是影响土地精平后畦面微地形分布状况发生变化的主要影响因素;对较大规格的畦块,除上述影响因素外,还应关注机耕作业留下的车轮压痕对畦面平整状况产生的负面作用。     

安徽省气象数据空间插值方法比较与分布特征

以安徽省境内80个气象站点2011—2014年的降水量和2015年的逐日气温数据为基础,结合该区30 m的DEM数据,选取反距离权重加权法（IDW）、径向基函数法（RBF）、普通克里金法（OK）和协同克里金法（CK）对降水和气温数据分别进行了空间插值,并对模拟结果进行了交叉验证。结果表明:考虑了纬度和高程的协同克里金插值效果最好,降水和气温的插值误差排序均为:CK < OK < RBF < IDW,并对插值结果进行分析,发现研究区降水和气温空间分布均呈现由南向北逐渐递减的特点,并与经纬度、高程进行相关系数和回归分析,表明气象要素纬度地带性显著,降水量主要由纬度和高程决定,气温则主要受纬度的影响,月均气温与经度和纬度有一定的季节性规律。     

宁夏引黄灌区春小麦微咸水灌溉管理的模拟

为探讨宁夏引黄灌区春小麦适宜的微咸水灌溉管理模式,该文根据2007年田间试验的实测资料,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春小麦田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价分析。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理,在当地微咸水与引黄水为1︰1的混灌条件下,试验年份春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额为2 400 m3/hm2;在75%和50%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额分别为3 000 m3/hm2和2 300 m3/hm2;在25%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌2水（拔节水和抽穗水）,灌溉定额为2 000 m3/hm2。该研究所提出的优化灌溉模式对于引黄灌区微咸水高效灌溉利用具有一定的指导意义。     

撒施肥料一维畦灌地表水流与溶质运移模型构建与验证

模拟撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移过程可为采用先进的畦灌液体施肥方式提供对比依据。该文基于湍流理论垂向流速线性与对数分布规律及不可压缩流体力学连续方程,构造沿畦长及任意垂向断面的非均布流速场和溶质浓度场,建立起撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移模型,并利用典型畦灌施肥试验结果,检验该模型的模拟效果。结果表明,建立的模型不仅具有在撒施肥料状况下较好模拟地表水流运动和溶质浓度时间变化过程的能力,还具备较佳的水量和溶质质量守恒性,从而为评价撒施肥料下的畦灌施肥系统性能及与其它施肥方式下的畦灌施肥系统性能对比,提供了实用的数值模拟工具。     

不同畦面结构下地面灌溉效果的对比分析

为研究畦面结构变化对地面灌溉效果的影响,在4种不同畦面结构的大田灌溉试验基础上,用WinSRFR3.1模型对平作畦灌、细沟灌、畦作浅沟灌和微垄沟灌的田面土壤特性参数和灌水效果进行估算和模拟,比较了不同灌溉方式由于畦面结构改变引起的田面土壤特性和灌水效果差异,并提出不同畦面结构的适宜畦田规格。研究认为,不同畦面结构的田面糙率系数和土壤入渗特性差异明显,微垄沟灌糙率系数最大而平作畦灌糙率系数最小,平作畦灌入渗速率最快而畦作浅沟灌入渗速率最慢;对长畦田来说,畦作浅沟灌灌水效果最好,微垄沟灌次之,平作畦灌最差;在     

玉米生育期空间插值方法比较

采用合适的空间插值方法可以估计全国主产区玉米生育期的空间分布情况,从而指导不同地区的种植生产。该文通过比较反距离加权法、径向基函数法、克里格法等插值方法的异同,以调查县夏播玉米5个阶段的生育期为数据源,对黄淮海夏播玉米区生育期的数据进行空间插值处理,并使用交叉验证对表面精度进行分析。结果表明：播种期、出苗期和成熟期的最适合插值方法为径向基函数法,其均方根预测误差分别为5.077、5.320、5.243 d,拔节期和抽雄期的最佳插值方法为反距离加权法,其均方根预测误差分别为7.826、6.403 d;播种期和出苗期由西南至东北逐渐延后,其余阶段生育期以东南至西北为中轴线向两侧逐渐延后。     

畦灌地表储水形状系数的变化规律

为了提高水量平衡模型模拟水流运动过程的精度。以水量平衡原理为基础,结合动力波（KW）模型,通过对其无量纲化,研究了畦灌过程中的地表储水形状系数变化规律并提出了估算其值的经验计算式。研究表明同一次畦灌过程中地表储水形状系数并非恒定值,而是随灌水时间和水流推进距离等因素变化的。结合已有文献资料验证,结果表明采用水量平衡模型模拟畦灌水流运动过程,考虑动态的地表储水形状系数取值,可有效提高模型的计算精度23.32%。同时也表明采用该文所建经验计算式估算畦灌地表储水形状系数值是可靠的。     

基于畦面糙率各向异性的畦灌地表水流运动模型及其验证

选取合理的畦面糙率模型,对于利用畦灌水流数值模型准确地评价和优化畦灌系统性能具有重要的理论与现实意义。该文利用二维全水动力学畦灌模型,采用张量逆运算等数学处理方法,在源项糙率矢量中构建畦面糙率各向异性模型,构建起基于畦面糙率各向异性的二维畦灌地表水流运动模型。基于典型畦灌试验结果对比分析糙率各向异性与各向同性畦灌模型的模拟效果。结果表明,与各向同性相比,所有实例各向异性糙率值下的水流推进过程实测与模拟值之间的平均相对误差值减小3.08～6.83百分点,水流消退过程实测与模拟值之间的平均相对误差值减小2.5～6.81百分点。采用各向异性糙率描述畦灌地表水流运动过程,可明显改善畦灌模拟效果,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了实用可靠的数值模拟工具。     

基于SIRMOD模型的畦灌入渗参数估算及灌溉模拟

土壤入渗参数是地面灌溉中制定灌溉制度、评价灌水质量的重要指标。针对现有估算方法存在计算工作量较大、精度不高的现状,根据田间实测资料,利用SIRMOD模型,对小麦畦灌条件下田间土壤入渗参数进行了估算。与用Maheshwari法计算结果较为接近,差异均在2.0%以内。根据估算的土壤入渗参数,应用SIRMOD模型进行了多组合灌溉模拟,在保证灌水质量较高的条件下,得出了在不同亏缺水量时的适宜灌水量和灌水流量,通过田间实例验证表明模拟效果较好。     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。     

基于量纲分析的畦灌灌水质量评价模型

灌水质量评价是提高灌溉管理水平、改善畦灌质量的重要依据。针对畦灌灌水质量影响因素较多造成分析和评价困难的问题,该文以畦灌试验资料为基础,采用量纲分析和数值模拟相结合的方法,构建了估算畦尾闭合条件下的畦灌灌水质量指标(灌水效率、灌水均匀度和储水效率)计算模型,其所建模型对各灌水技术要素有效组合下的灌水质量指标进行计算,结果表明估算值与采用零惯量模型的模拟值具有较高一致性,两者相对误差的绝对值均值分别为6.72%、6.57%和4.93%,其相关系数R2分别为0.987、0.969和0.990,并采用SPSS软件对估算值和零惯量模型的模拟值进行显著性检验(显著性水平P0.05),其灌水效率、灌水均匀度和储水效率估算值和模拟值的显著性指标分别为0.226、0.142和0.271,结果表明两者无显著性差异。结合已有文献资料,对文中所建畦灌灌水质量指标计算模型的可靠性进行了验证,结果表明灌水效率、灌水均匀度和储水效率的估算值与实测值具有较高的一致性,两者相对误差的绝对值均值分别为7.76%、9.15%和7.08%。由此说明,该文所建立的畦灌灌水质量指标计算模型具有高的可靠性,且具有较强的普适性。研究结果可为畦灌灌水质量评价和灌水方案设计提供科学依据和技术支持。     

基于土壤入渗参数空间变异性的畦灌灌水质量评价

畦灌灌水质量的客观评价是制定合理灌水方案的重要基础。该文假定土壤空间变异性主要体现在入渗系数的变化上,以在杨凌区一级阶地和三级阶地上进行的大田畦灌试验为例,分析土壤空间变异性对畦灌灌水质量的影响,并揭示畦灌灌水质量变化规律。结果表明灌水效率、灌水均匀度和储水效率随入渗系数的变异系数增大均呈现下降趋势,其中灌水效率和储水效率下降幅度较小,而灌水均匀度下降幅度较大。由此说明土壤入渗系数的变异性对灌水均匀度影响最大,而对灌水效率和储水效率影响相对较小。该文的研究方法对畦灌灌水质量评价结果可更好地反映客观实际,从而为制定合理的灌水方案提供依据和技术支持。     

保护地不同灌溉方法表层土壤pH小尺度的空间变异

基于保护地定位灌溉试验,采用经典统计学和地统计学的方法,以网格取样方式采集不同灌溉方法(沟灌、滴灌、渗灌)表层土壤,研究微尺度下土壤pH值的空间变异特征及空间分布。结果表明:经6年灌溉,沟灌处理pH显著降低,沟灌和滴灌0～5cm土层土壤pH表现为中等空间自相关,而其5～10cm和渗灌0～5cm和5~10cm的土壤pH表现为弱空间相关,水分的供给方式和数量影响土壤pH的空间变异。