低丘红壤区旱田水热通量特征及其气象影响因素

为研究低丘红壤区近地层农田水热通量特征,更好地利用农业气候资源、理解农业水文生态系统过程,利用2013年和2014年田间波文比系统数据和气象资料,分析了红壤区近地层的水热通量分配特征及相关气象因素的影响。结果表明:1能量平衡各个分量的日变化呈单峰趋势且受到天气条件影响很大,其中潜热通量所占份额最大,感热和土壤热通量均较小。2能量平衡各分量的分配具有季节性变化,7月份净辐射和潜热通量较大,土壤热通量在5月、7月为正值,10月、12月为负,表明研究区土壤在秋冬季节向外输出热量;在花生的生长季,花生地的波文比小于橘园,表明花生地的潜热交换多于橘园。3对旱地潜热和感热影响较大的气象因素有净辐射、相对湿度,其次有气温,而风速和水汽压对潜热、感热交换的影响并不显著。雨季降水量与农田潜热、感热总体呈负相关,旱季降水量影响相对较小。     

覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律及其对环境因子的响应

农田水热传输过程的量化对于农业用水管理和作物灌溉制度的制定具有重要意义。本文利用波文比通量观测系统实测数据和气象站资料,对覆膜滴灌紫薯农田的水热通量变化规律及其对环境因子的响应进行了研究。结果表明：潜热通量是全生育期覆膜滴灌农田能量支出的主要部分,显热通量和土壤热通量支出占比较小,全生育期潜热通量、显热通量、土壤热通量支出占比分别为69.12%、25.14%、6.57%。不同天气条件下,显热通量的大小和变化范围均小于潜热通量。潜热通量对降雨和灌溉的响应最为显著,且降雨影响程度大于灌溉。净辐射、气温对潜热通量的影响较大,表层土温和风速变化的影响则较低,各环境因子主要通过直接和间接作用共同对潜热通量产生影响。该研究成果可以深化对覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律的认识,为作物高效用水提供理论依据。     

南方节水灌溉稻田能量通量特征及其规律分析

利用涡度相关系统在江苏省昆山市试验研究基地2013年水稻生育期所测的净辐射量、土壤热通量、潜热通量和显热通量等观测资料,分析了能量各通量在典型晴天、阴天的日变化规律和稻季能量通量的日变化、月变化及分配特征,讨论了能量各组分占净辐射量的比例和不同时间尺度上稻田的能量闭合情况。结果表明:能量平衡各分量在亚热带南部季风区节水灌溉稻田典型晴天以及水稻生育期间月均日变化均呈明显的倒"U"型单峰趋势,典型阴天能量平衡各分量日均值和峰值均小于晴天,但也呈单峰型变化趋势。稻季潜热通量占净辐射量的86.2%,土壤热通量占净辐射量的1.3%,不同时间尺度上净辐射量均主要以潜热形式加湿大气,感热通量占净辐射量的0.8%,与潜热通量差异显著,且占净辐射量的比例呈此消彼长的关系。在能量通量的测量过程中,与净辐射量相比,感热、潜热通量滞后于净辐射量约0.5 h,土壤热通量滞后1.5~2.5 h。热传输速度不同步,从而影响了能量的短期闭合率。但与其他生态系统相比,该节水灌溉稻田生态系统能量闭合度较高,说明该试验区涡度数据可靠,通量特征及规律具有较好的代表性,有利于通量研究的进一步开展。     

极端干旱区成龄葡萄园蒸散研究

利用波文比能量平衡法对新疆吐哈盆地葡萄园的蒸散变化规律进行了研究。结果表明,葡萄园水热平衡各分量的日变化呈典型的单峰曲线,潜热、感热和土壤热通量都随净辐射的增减而增减,但峰值出现的时间和大小各异,潜热通量占净辐射能量支出的大部分,其变化规律与净辐射的日变化规律一致性最好,土壤热通量变化很平缓,趋势与净辐射基本相同,但滞后净辐射2～3h。在晴朗无云的条件下,葡萄蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨8:00以后出现,迅速增加,到中午13:00-15:00达到峰值,随后蒸散速率迅速下降;葡萄生长期内耗水强度呈现先增大后减小的趋势,果粒膨大期耗水强度最大为8.78mm/d,葡萄整个生长期内的日均蒸发蒸腾量为5.58mm,蒸发蒸腾总量为1 228.45mm。     

基于Priestley-Taylor模型的低丘红壤区水热通量变化及影响因素

Priestley-Taylor参考作物蒸散模型系数的本地化是提高区域蒸散模拟精度的关键。以江西省低丘红壤区农田为研究对象,基于大孔径闪烁仪的观测数据,利用通径分析方法对农田不同时间尺度水热通量特征进行了定量研究。同时,采用Priestley-Taylor模型模拟了红壤区作物蒸散,与实测蒸散进行了比较,并对该模型的系数进行了修正,评价了P-T_(1.26)及P-T_(1.07)模型在本地模拟蒸散的适用性。结果表明,逐日尺度下农田水热通量变化曲线呈单峰形且受天气条件影响明显,逐月尺度下净辐射通量、潜热通量及土壤热通量呈减小的变化趋势;净辐射通量、空气温度及水汽压亏缺是影响潜热通量的主导因子,均对潜热交换有促进作用;P-T_(1.26)模拟的蒸散比实测偏高13.77%,P-T_(1.07)模拟的蒸散比实测偏低3.39%,参数修正后的P-T_(1.07)模型模拟精度明显提高,α=1.07可以作为研究区Priestley-Taylor模型的本地化适宜参数。     

地膜覆盖对旱作玉米田水热通量传输的影响研究

为探明旱作农田生态系统生态水文过程、提升农田水分利用效率,选取黄土高原东部旱作春玉米田为研究对象,设置露地（CK）和地膜覆盖（PM）两种处理,利用涡度相关系统对两种处理条件下玉米田水热通量进行了连续观测,基于观测结果对两种处理下玉米田水热通量的日、季节变化特征和能量分割进行了分析。结果表明：两个处理各能量通量均存在显著的日、季节变化特征。在快速生长期（拔节期）,降水后CK和PM处理潜热通量（λET）均明显增大,而显热通量（H）和土壤热通量（G）均减小;但在后期（成熟期）,降水对各能量通量变化过程的影响没有快速生长期明显,表明玉米生育期内降水的分布能够显著影响旱作玉米田的能量平衡。玉米生育期内,净辐射（Rn）主要以λET为主,而休闲期Rn主要以H为主。Rn是玉米田λET的最主要影响因子,其次是平均气温和饱和水汽压差,风速和相对湿度对λET的影响相对较小。     

冬小麦生育中期农田水分与二氧化碳通量研究

以大兴实验站冬小麦为研究对象,采用涡度相关技术监测农田显热、潜热和二氧化碳通量,依据实测数据分析了冬小麦碳、热通量的变化特征,并研究各分量在抽穗期的关系和农田群体水分利用效率的变化规律。结果表明,①CO2通量的日变化成单谷型下凹曲线,极值出现在12:00左右,潜热和显热通量则呈单峰型上凸变化;②抽穗期,CO2通量与净辐射和潜热通量都呈现出极显著相关关系,而与显热通量在晴天成极显著相关关系;③作物农田水分利用效率在08:00—11:30较高,范围在0.02~0.04 g(CO2)/g(H2O)。     

基于WOA-BP神经网络下马铃薯产量预测分析模型

马铃薯是我国重要的粮食作物之一，营养丰富，用途广泛，是一种谷物、蔬菜和水果功能兼具的食物，其蛋白质含量远高于其他块茎类食物，且富含优质的氨基酸。马铃薯生育期短，在湖北平原、丘陵地区冬种春收适宜发展早熟品种，对于填补全国南北方鲜薯市场供应空档期具有重要意义。因此，马铃薯产量的高效预测对于制定生长期间的种植管理措施及相关决策具有重要意义。为此，针对传统BP神经网络在产量预测中存在精度低、鲁棒性差等问题，利用鲸鱼算法(Whale optimization algorithm, WOA)对BP神经网络模型进行优化。同时，基于湖北地区2009-2021年间田间物联网获取的气象因子(大气湿度、大气温度、降雨量)、田间水热因子及马铃薯产量，采用BP神经网络模型、GA-BP神经网络模型(遗传算法优化)及WOA-BP神经网络模型对所选地区马铃薯产量进行预测。研究结果表明：WOA-BP神经网络模型精度明显高于GA-BP神经网络模型及BP神经网络模型，R²达到0.9764,预测值与试验值之间拟合程度较高，表明基于WOA-BP神经网络模型可以更加科学、合理、准确地进行马铃薯产量预测。     

基于涡度系统的干旱区枣林能量平衡分析

【目的】揭示干旱区枣林的能量循环与能量变化规律。【方法】利用涡度相关法得到干旱区枣林连续2 a的通量数据,分析了能量变化规律、分配方式以及热存储项能量的日平均变化规律。【结果】(1)干旱区枣林生态系统的净辐射Rn、潜热通量LE、显热通量H、土壤热通量G在各月份的日均值变化均呈以净辐射变化规律为基础的单峰变化。(2)干旱区枣林2018年和2019年的整年度30 min尺度能量闭合率为73.45%、73.11%,计入热储存项后,能量闭合率分别提高了3.72%、2.75%,达到了77.17%、75.86%。(3)干旱区枣林的土壤热储存项日均值在生育期和休眠期变化规律相似;潜热热储存项和显热热储存项在生育期和休眠期变化规律不同;光合热储存项和冠层热储存项在休眠期均为0,但在生育期有典型的日变化。【结论】热存储项对干旱区枣林生态系统的能量平衡闭合程度贡献不大,干旱区枣林的能量分配方案受水分条件、植被类型和气候特征的影响。     

气象因子对滴灌条件下核桃树茎流速率的影响

通过田间试验,利用SF-G液流传感器研究滴灌核桃树茎流速率变化规律及其与气象因子间的关系。结果表明:茎流速率的日变化在16∶00左右达到峰值;全生育期中,茎流速率先变大后减小,最大茎流速率出现在核桃油脂转化期;晴天条件下茎流速率日变化呈单峰曲线,先增后减,多云天气条件下茎流速率的日变化呈多峰曲线;核桃树茎流速率与太阳辐射和大气温度具有较好的正相关关系,与大气相对湿度呈负相关;建立滴灌核桃树茎流速率与气象因子之间的回归方程。     

节水灌溉稻田水碳通量日变化特征

为了揭示不同天气条件对节水灌溉稻田水碳通量日变化的影响,采用涡度相关系统对节水灌溉稻田水碳通量进行了连续监测,分析了不同天气条件下节水灌溉稻田水汽与CO_2日变化特征。结果表明:节水灌溉稻田各月阴天与晴天典型日内水碳通量变化趋势相似,阴天变化呈现多峰变化,晴天下变化较稳定。夜间和凌晨变化较小,差异也较小,白天差异较大。水稻全生育期各月阴天下典型日稻田水汽通量的峰值是晴天下水汽通量峰值的0.5倍左右。各月之间阴天和晴天的水汽通量在生育中期的八九月峰值均较大。节水灌溉稻田夜间以呼吸排放CO_2为主,白天以光合固定CO_2为主。7、10月阴天典型日稻田CO_2通量峰值是晴天峰值的0.5倍左右,而在水稻生长旺盛的八九月,两种天气条件稻田CO_2通量日变化多数时段偏差较小。     

WPL校正和坐标轴旋转对稻田湍流通量计算的影响

利用鄱阳湖流域赣抚平原灌区2011年晚稻种植期间观测的涡度相关通量数据,定量分析了WPL校正与3种坐标轴旋转方法对稻田生态系统摩擦风速和湍流通量计算的影响,结果表明:WPL校正对CO2通量与潜热通量计算结果有显著影响。与未经WPL校正的通量数据计算值相比,WPL校正可使CO2通量计算值减小11%,潜热通量计算值增大5.5%,即通过WPL校正可使稻田能量闭合度提高5%左右。二次坐标轴旋转法对晚稻田摩擦风速值的影响最小,而平面拟合法对其影响最大,但二次坐标轴旋转法、三次坐标轴旋转法以及平面拟合法的计算结果之间的差别并不大(1%)。倾斜校正使得湍流通量计算结果的绝对值趋于变小,且对动量通量计算值的影响最大。对于下垫面平坦、均质的稻田,推荐采用二次坐标轴旋转法对其观测的通量数据进行倾斜校正。     

玉米农田生态系统蒸散发模型参数优化

[目的]在无法根据实测值得到具体模型参数的地域,对经验参数进行优化以提高区域蒸散发模型的精度.[方法]通过黑河流域生态水文过程综合遥感试验水文气象观测数据集中的大满超级站气象要素梯度观测系统的数据,研究玉米农田生态系统的蒸散发模型优化问题.采用差分进化自适应算法,以潜热通量和感热通量为优化目标,引入能量闭合因子对模型参...     

蓄水坑灌条件下苹果树茎流速率的BP神经网络模型

为给蓄水坑灌条件下苹果园灌溉制度的制定提供可靠依据,以山西省太谷县矮化苹果树为研究对象,经过一年的田间试验,获取了大量茎流速率与气象因子的数据,并通过MATLAB软件,建立了气象因子与茎流速率间的BP神经网络模型。研究表明:以气象因子辐射强度、相对湿度、土壤温度、温度及风速作为BP神经网络模型的输入参数是合理的,所建立的模型高度相关,茎流速率的实测值与预测值的相对误差可控制在5%以下。因此,用气象因子通过BP神经网络对茎流速率进行预测是可行的。     

西北旱区葡萄园水碳通量耦合的初步研究

利用涡度相关系统,对我国西北旱区某葡萄园进行了一个生长季度的观测,得到了日尺度水碳通量耦合的初步关系,表明葡萄园水碳通量的变化白天存在较高的一致性,且二者均呈双峰型曲线;在一定时间范围内,二者存在较明显的比例关系,即葡萄园毎平方米毎秒固定1 mgCO2,同时会蒸腾2.2×10-9mm水汽。该研究为揭示葡萄园水碳耦合关系提供了一定的参考依据。     

非充分灌溉青贮玉米土壤墒情预报的人工神经网络模型

土壤墒情预报是农田适时适量灌溉与科学管理的基础,田间土壤墒情的变化受降水、灌溉、植株蒸腾、土壤蒸发、根系层下边界水分通量及外界气象因素的影响,关系比较复杂。利用内蒙古锡林浩特市典型草原区的青贮玉米土壤水分试验资料,建立了土壤墒情预报的BP神经网络模型,并利用部分实测资料对网络进行检验,取得了较好的效果。结果表明BP神经网络模型可以对区域土壤水分进行动态预测,方法简便可行。     

ET_0的主因子和主成分神经网络模型比较

为了简化BP神经网络预测ET0的模型,将气象因子包括最高、最低和日平均温度、日照时数、相对湿度和风速进行主成分分析和偏相关分析,提取主成分和主因子,分别建立了基于主成分和主因子的三层BP神经网络模型,并对两种模型的训练和预测结果进行比较。选取湟水流域的乐都气象站2003年到2006年5月逐日的气象资料,采用Matlab神经网络工具箱进行模型训练与预测。结果表明主成分神经网络训练和预测模型的精度都优于主因子神经网络模型。主要是由于两种模型选取输入层的因子不同造成的。     

稻田蒸散估算方法及灌溉影响分析

【目的】寻找合适的蒸散模型及其敏感因子。【方法】以稻田生态系统为研究对象,根据江西省余江县试验区的净辐射、土壤热通量等小气候数据及相关农学观测数据,进行了不同时间尺度3种蒸散模型(Penman-Monteith、Priestley-Taylor和Hargreaves模型)拟合效果的比较以及蒸散对气象因子的敏感性分析,并研究了灌溉对潜在蒸散的影响。【结果】逐日尺度上,Penman-Monteith模型的拟合效果最优,其次为Priestley-Taylor模型,Hargreaves模型较差且低估了实际蒸散值;逐时尺度上,拟合效果较好的是Penman-Monteith模型和Priestley-Taylor模型。【结论】不同时间尺度,蒸散对各个气象因子的敏感性不同,逐日逐时蒸散对净辐射和水汽压较为敏感。不同灌溉处理,Penman-Monteith模型潜在蒸散变化显著,Priestley-Taylor模型变化不明显。     

考虑坡面地形的蒸散发遥感估算及空间分布研究

为了研究非均匀地表的蒸散特征,结合地面气象资料,考虑地形效应增加了坡地辐射计算方法,结合Landsat 8波段特征构建双层蒸散发遥感模型。以北京市西北方位的水源上游区为例,进行了蒸散发的估算、验证与分析。估算结果与地表通量站实测值对比发现,感热通量和潜热通量的平均误差分别为4.12%和8.36%,确定系数为0.82和0.98,相关关系较强;与坡地日蒸散发观测数据对比,平均相对误差为8.12%,均方根误差为0.35mm/d,具有较好的估算精度。结合土地利用探讨了水热通量、蒸散发的空间分布情况,同时分析了蒸散发与坡面地形之间的关系:坡度小于35°时,随坡度上升,日蒸散发有较为明显的增加趋势;当坡度大于35°时,受植被覆盖率影响,各季节代表日的日蒸散发呈现不同的变化趋势。各季节代表日蒸散发与坡向同样存在较为显著的相关关系,趋势线呈反抛物线。     

柑橘园区红壤水分特征及其对环境气象因子的响应

借助气象自动观测站、土壤水分监测仪等,对柑橘园区2003~2004年内大气总辐射、大气反辐射、大气净辐射、紫外辐射、光合有效辐射、红壤热通量、2 m高度的风速2、m高度的空气温度、2 m高度的空气相对湿度、降水量和日蒸散量等气象环境因子和30 cm土层红壤含水量连续监测分析,发现园区红壤含水量呈现明显的季节性变化,即冬春季高而夏秋季低。红壤水分与气象环境因子中的大气净辐射、紫外辐射、红壤热通量、降水量、2 m高风速和2 m高空气相对温度等达到显著相关。