基于贝叶斯最大熵和多源数据的作物需水量空间预测

作物需水量是灌溉工程规划、设计和管理的重要基础数据,充分利用多源数据和先验知识,快速经济地获取精度较高的区域作物需水量对于区域水资源的优化配置具有重要意义。为精确预测作物需水量,该文以长系列实际监测和校核作物系数后计算得到的作物需水量为硬数据,利用硬数据确定获得最大熵的约束条件,根据软数据获取渠道的不同(部分年份缺失的站点数据、文献中获得的数据、利用灌溉试验数据库中的作物需水量资料,采用协同克立格方法获得的数据、考虑主要地形因子和主要气象要素的影响,采用主成分分析和地理加权回归(geographically weighted regression,GWR)方法获得作物需水量数据以及遥感数据),提出不同来源软数据的概率密度函数表达方法,采用贝叶斯最大熵(Bayesian maximum entropy,BME)方法对不同来源的作物需水量信息进行有机整合。结果表明:除硬数据+文献软数据外,其他数据整合呈现一致结果。华北地区冬小麦作物需水量在豫南地区较小,中部地区黄河北岸有连片的相对高值区,山东需水量相对较高,冀东北的乐亭、唐山附近有相对低值区。除硬数据+文献软数据比不整合的精度低9.41%外,其他软数据源均可不同程度地提高整合效果,硬数据+克立格软数据、硬数据+GWR软数据和硬数据+除文献数据外的其他软数据分别比不整合的精度提高85.33%、85.75%和91.69%。对考虑地形、气象等要素的多源数据进行整合可更好地反映冬小麦作物需水量空间分布的细节,显著提高估算精度,为稀疏监测站点地区水土资源的精准管理和优化配置提供数据支撑。     

几种地下水位空间插值方法在干旱内陆区的应用比较

以西北干旱内陆区石羊河流域中游武威盆地为例,分析比较地统计学方法常用的8种空间插值方法在地下水位插值中的应用效果。结果表明:反距离加权法(IDW)插值误差较大,容易出现牛眼现象;多项式插值(GPI和LPI)要求资料的全局或局部趋势性很强,导致在对离群值插值时,误差偏大;径向基函数插值(Rspline和Tspline)对数据的要求较高,需要数据变化范围小,否则其插值结果差异很大;普通克里格插值(OK)效果较好,尤其对离群值的处理表现出较明显的优势。其中OK、泛克里格插值(UK)插值较简单克里格插值(SK)插值误差较小,且插值结果较光滑,符合实际地下水位变化趋势。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

时域反射仪的测量精度及其与中子仪的对比

野外和室内试验表明，用６０５０Ⅺ型时域反射仪（ＴＤＲ）测定土壤含水率与中子仪法相比，速度快，精度高；还发现随着导棒长度的增大，ＴＤＲ与烘干法测定结果的偏差有所增大，文中给出了５种导棒长度的校正公式     

苹果树蒸发蒸腾量的测定和计算

采用热脉冲技术-微型蒸渗仪和水量平衡原理，测定和计算了树体大小不均匀的苹果树蒸发蒸腾及其组成，利用冠层分析仪测定了叶面积指数动态变化。两种不同的方法测定和计算的蒸发蒸腾量之间的偏差很小，最大偏差不超过10％。在夏季，蒸发蒸腾主要由果树蒸腾组成，而在春季和秋季，刚好相反。作物系数(Kc)和叶面积指数成线性关系，依据这一关系可以用普通的气象资料计算苹果树的蒸发蒸腾量。     

估算水面蒸发量的一种热力学方法

本文用热力学观点来阐述水面蒸发这一物理过程,得到了一个计算水面蒸发量的半理论半经验公式。经山面临猗、陕西武功、甘肃武威和湖北荆门等站的实测资料验证,其精度较高。     

夏玉米田作物蒸腾与棵间土壤蒸发模拟计算方法研究

本文依据能量平衡原理和质量守恒定律，提出了作物蒸腾与棵间土壤蒸发的估算模式，并对参数的估算做了详细的分析和讨论。最后利用试验区实测资料，通过田间水热耦合运移的数值模拟，对夏玉米田作物蒸腾棵间土壤蒸发模型及其模拟计算方法进行了验证，结果表明，本文提出的模型和模拟计算方法是有效而实用的。     

站点密度及插值方法对ET0空间插值精度的影响

流域参考作物蒸发蒸腾量（ET0）插值方法的研究对流域尺度作物耗水时空变化规律有重要意义。该文通过海河流域162个国家农业气象站3a（2003－2005年）旬值气象资料,利用Penman-Monteith公式计算了这些站点ET0,采用ArcGIS软件中常用的Spline、IDW和Ordinary Kriging（OK）法,以及近些年研究较多的线性回归Regression插值法,对不同站点密度条件下的ET0进行空间插值。分析了各空间插值方法在不同站点密度条件下的优劣性,并且给出了本流域内各种站点密度范围条件下计算ET0最适宜的插值方法。结果表明以站点密度1.3个/万km2为界,当站点密度低于此密度时,推荐使用Regression插值法;当站点密度大于1.3个/万km2时,推荐使用IDW和OK插值法;当站点密度大于4.3个/万km2,以上三种插值法并无显著差别;不推荐使用Spline插值法。     

梨树干木质部液流速度径向分布特征

采用热脉冲法对梨树树干液流速度径向变化规律进行了系统研究。结果表明：①梨树树干木质部不同深度液流速度在生长旺盛的晴天、阴天和小雨天呈单峰或双峰曲线;而在中到暴雨天、9月底小雨天和即将休眠的10月底晴天,各深度液流速度日变化不规则。②树干同一深度液流速度日峰值、日均值、日变幅在晴天、阴天、小雨和中到暴雨天的比例相同,约为5:4:3:2;不同方向液流速度径向变幅在以上天气的比例为6:4:3:2,而同一深度液流速度最小值在不同天气时差异不大。③梨树树干不同深度白天液流速度和液流速度径向变幅分别在5—7月、8—9月相近,8—9月、10月同一深度液流速度分别是5—7月的50%～60%和33%～50%;5—7月、8—9月和10月液流速度径向变幅比约为5:2:1。液流速度峰值主要出现在形成层至髓0.12～0.29的位置。④晚上液流速度径向季节变化趋势与相应的白天相似,整个生长季晚上液流速度和径向变幅分别为白天的43%±1%和29%±7%。     

局部灌水条件下不同根区在作物吸水中的作用

采用分根装置,在均匀灌水、固定部分根区灌水和根系分区交替灌水3种方式下,分期测定玉米的耗水量、两个1/2根区及整个根区的土—根系统水分传导与土壤含水量,研究各个根区在作物水分吸收中的作用。结果表明,3种灌水方式下,玉米耗水量与全部根区和灌水区土-根系统水分传导间均存在密切的正相关关系。均匀灌水条件下,1/2根区水分传导约占全部根区水分传导的一半;固定灌水条件下,灌水区占全部根区水分传导的比例远大于非灌水区,与全部根区接近。交替灌水条件下,两个根区对全部根区水分传导的贡献呈交替变化,其非灌水区占全部根区水分传导的比例较之固定灌水明显增大。全部根区土-根系统水分传导与灌水区土壤含水量明显相关,灌水区土壤含水量决定了整株作物的水分吸收情况。交替灌水的非灌水区从土壤到根系仍有一定的水分传输作用,而固定灌水的非灌水区使全部根区的土—根系统水分传导降低。