基于4D-VAR和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

条件植被温度指数(VTCI)综合了地表主要参数——归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST),能够较为准确地对干旱进行监测,可为抗旱救灾、作物估产等提供科学依据。为了提高VTCI的区域估产精度,以陕西省关中平原为研究区域,将遥感反演的VTCI与CERES-Wheat小麦生长模型模拟的土壤浅层含水率相结合,通过四维变分(4D-VAR)同化算法实现2008—2014年冬小麦主要生育期旬尺度VTCI的同化。将同化和未同化的VTCI分别运用改进的层次分析法、熵值法及两者组合赋权法建立冬小麦单产估测模型,选择最优估测模型对2011年关中平原各县(区)进行单产估测和精度评价,并分析2008—2014年关中平原冬小麦单产的时空分布特征,结果表明:无论是在单点尺度还是区域尺度,同化的VTCI均能更好地响应外部观测数据,区域VTCI纹理性更好,更符合VTCI的先验知识。与未同化VTCI构建的估测模型相比,应用同化的VTCI所建的估测模型的估测精度明显提高,相关系数达到0.784(P0.001)。应用最优估测模型对2011年关中平原29个县(区)估产结果中,有16个县(区)的估测单产相对误差小于10%,28个县(区)的估测单产相对误差小于15%,总体平均相对误差为8.68%,均方根误差为421.9 kg/hm~2。近年来关中平原的冬小麦单产呈现个别年份波动、总体增长的年际变化规律,且呈现出中部单产最高、西部次之、东部最低的空间分布特征,与实际情况符合。     

基于核密度估计的京津冀地区耕地破碎化分析

为了深入分析京津冀地区耕地破碎化和人工干扰程度,以空间网格为基本单元,采用核密度函数法对耕地进行密度计算,继而采用自然断点法进行密度分区,采用景观格局指数法,对耕地的空间分布特征、破碎化程度进行定量分析,最后采用耕地破碎度指数和人工干扰指数对比分析提出耕地整治的方向。结果表明:耕地核密度变化范围为0~95.08点/km2,85%以上的耕地集中分布在区域中部和东南部的中密度区到高密度区,耕地面积随着密度降低而减少;耕地斑块密度指数、斑块边界密度指数、面积加权分维数和耕地斑块聚集度在不同密度区的变化情况均反映出破碎化程度随着耕地密度减小而增大;耕地破碎度指数和人工干扰度指数均随着耕地密度降低而升高,人工干扰是该区域耕地破碎化程度加剧的主要因素。采用核密度估计法能合理地反映耕地聚集程度和破碎化程度,可为京津冀地区协同发展、耕地整治和土地利用优化布局提供理论支撑。     

基于常规气象资料估算南方地区日辐射总量方法比较

日地表总辐射量(Rs)是作物生长模型和参考作物蒸发蒸腾量估算的重要基础数据,但我国只有约1/20的气象站能够直接观测Rs。由于气温资料很容易获得,使用基于基本气象资料的经验模型是估算Rs的常用方法。以1982—2014年南方20个气象站的气象资料为基础,对Bristow-Campbell(B-C)方法和Hargreaves(Harg)方法各6种不同形式重新进行了参数率定,并对以上方法和支持向量机15种参数输入形式进行了适用性评价,结果表明:支持向量机模型整体好于B-C方法和Harg方法。其中,以最高温度(Tmax)、最低温度(Tmin)、相对湿度(RH)和降水量(P)为输入变量的支持向量机模型精度最高,其20站平均R2达到0.80、RMSE平均为3.20 MJ/(m2·d),且在包含降雨量资料后,不存在Rs为负或大于地外总辐射量(Ra)的问题。仅有温度资料时,支持向量机模型的20站平均R2为0.74,RMSE为3.72 MJ/(m2·d)。不同输入变量对支持向量机模型预报Rs的精度影响不同,输入变量为Tmax和Tmin优于输入变量为ΔT;而除温度资料外,当拥有相对湿度和降水量资料时,模型优劣依次表现为RH+P、RH、P。经验模型中B-C方法的M1和M3以及Harg方法的M10和M12模型精度较好,其R2为0.69~0.70、RMSE在4.00 MJ/(m2·d)左右,但M10和M12模型对气象资料要求更高,除日温度差外,需要降水量资料,同时还存在有降水时日Rs严重高估或负值问题。     

基于温湿度的ET_0估算模型应用研究

针对大面积灌区作物蒸发蒸腾量(ET0)分布式监测所需参数较多的问题,开展利用易获取的少量气象参数估算ET0的研究对我国灌区的作物需水量监测和灌区水资源的管理有重要意义。利用人工神经网络技术建立基于温、湿度的ET0月份估算模型,对作物蒸发蒸腾量进行了估算;在此基础上,针对ET0的季节性特征,将估算模型由月份尺度拓展到季节尺度;最后运用陕西省6个基本站点的气象数据对该优化模型进行普适性分析。结果表明,优化后的季节估算模型,在春夏二季的平均相对误差在10%以内,在秋冬二季的平均绝对误差在0.20mm以下,且每对基准站点和邻近站点得到的估算结果具有很好的一致性和稳定性,表明该模型在作物需水估算方向上较强的实用推广价值。     

基于标量有限体积法的灌溉末级渠系非恒定水流模型

通过区分明渠非恒定流中对流波与重力波属于不同的物理过程,把渠道非恒定流控制方程进行了变形处理,基于标量有限体积法构建了具备高精度和分辨率的灌溉末级渠系非恒定流数值模型。基于文献数据及野外实测数据,对模型的模拟性能进行了验证。结果表明,构建的模型模拟的斗渠和农渠水位值与实测值之间的平均相对误差为2.8%～4.1%,水量平衡误差不大于0.07%,具备良好的模拟性能,为开展末级渠系布置模式及管理研究提供了可靠的数值工具。     

基于本体的旱区农业垂直搜索引擎研究

针对西北旱区农业发展落后、农业科技推广受限、农业信息检索准确度差等问题,在分析研究通用搜索引擎工作原理的基础上,设计并实现了基于本体的旱区农业垂直搜索引擎模型。采用面向文本的知识发现技术构建农业领域本体,实现基于本体的网络信息采集及过滤、查询扩展、结果排序和相关词推荐。试验证明,基于本体的旱区农业垂直搜索引擎可以提高农业信息检索的查准率,优化检索结果。     

土壤溶质运移参数估计图解方法

基于土壤中溶质运移的对流 弥散方程 (CDE)提出了溶质运移参数估计的图解方法。根据土柱溶质运移“穿透曲线”(BTC)数据计算通量浓度随时间变化 (dc/dt)。应用绘图软件 ,例如MicrosoftExcel,绘制出t1 5dc/dt和dc/dt相对于时间的变化曲线。这两条曲线都是单峰曲线 ,并被用于估计CDE中延迟因子(R)和弥散系数 (D0 )。设计算例和穿透实验数据被用于校正图解法估计参数的精度和稳定性。参数估计的稳定性由估计参数对它们平均值的标准差评价 ;参数的估计精度与CXTFIT法和等斜率法比较。结果表明图解法具有较高的精度和较好的稳定性 ,特别是对于运移参数R的估值。图解法是一个确定性方法 ,它具备确定性方法中估计参数唯一性特点 ,克服了统计方法中需要给定参数初值的缺点。因此 ,这个方法是土壤溶质运移参数估计的可选方法之一。     

不同比例尺DEM提取地面坡度的精度研究——以在黄土丘陵沟壑区的试验为例

以陕北绥德县韭园沟流域为试验样区 ,采用高精度 1∶ 1万 DEM所提取的坡度为准值 ,应用多层面复合分析和比较分析的方法 ,研究该地区 1∶ 5万 DEM提取地面坡度的误差特征与纠正方法。试验结果显示 ,所获得的不同空间尺度下 DEM所提取坡度值的转换图谱 ,可对 1∶ 5万 DEM计算的地面坡度统计值进行有效修正。该成果对于 DEM数据在水土保持领域若干应用标准的制定 ,提供了重要的理论依据与技术路线     

深圳市裸露山体缺口景观影响程度研究

遍地开花的采石场严重影响深圳城市景观 ,应用专家打分及综合评判法并结合地理信息系统对深圳市裸露山体缺口的景观影响度进行了分析 ,结果表明 ,影响缺口景观影响度的主要因子为交通因子、可视面积因子和视距因子 ,其中交通因子是主导因子 ,并计算出不同因子任意组合时的景观影响度 ,为裸露山体缺口水土保持生态环境建设提供科学依据。     

红壤区稀土矿开发导致河流泥沙淤积量的估算--以江西省信丰县崇墩沟小流域为例

不合理的人为活动是侵蚀产沙的主要原因之一。在江西省信丰县崇墩沟小流域内由于稀土矿产的无序开发,导致河流泥沙严重淤积。通过实测河流淤积泥沙断面,计算出在7 500 m长的河道共淤积泥沙30 193 t,考虑到输移比,整个流域内土壤流失量可达3 500 t/km2,平均侵蚀模数也高达1 150 t/(km2.a)以上,属于中等强度的土壤侵蚀。调查结果发现,河流中淤积的泥沙主要来源于稀土矿开发的尾矿流失;土壤流失量高到99 730 t/km2,年平均侵蚀模数为34 000 t/(km2.a)以上,属于极强度的水土流失。治理水土流失,须加强对稀土矿开发的管理,防止形成新的水土流失;将已废弃的稀土尾矿作为治理的重中之重,可有效地降低流域内土壤侵蚀的强度。