灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。     

利用日光诱导叶绿素荧光监测水稻叶片叶绿素含量

快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要。该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导叶绿素荧光（Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF）指数和植被指数,进一步基于线性回归和辐射传输模型2种方法来建立叶绿素含量监测模型,评估多个叶绿素监测模型的精度及适用性。结果表明,1）在冠层尺度,冠层761 nm处SIF强度（F761）与冠层叶绿素含量相关性最高,决定系数（Determination coefficient,R2）为0.72,略高于表现最好的红边叶绿素指数（Red edge Chlorophyll index,CIred edge）（R2=0.63）;2）在单叶尺度,归一化下行SIF指数（↓FY NDFI）与单叶叶绿素含量相关性最高,R2为0.77,比表现最好的上行荧光产量双峰比值指数（↑FY687/↑FY741）R2高出0.10,与表现最好的植被指数CIred edge效果相当（R2=0.81）;3）基于SCOPE（Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes ）模型反演水稻冠层叶绿素含量的验证R2为0.57,均方根误差（Root Mean Squared Error,RMSE）为56.54 μg·cm-2,效果差于PROSAIL模型（模型检验的R2为0.91,RMSE为22.59 μg·cm-2）;4）单叶Fluspect-B模型反演水稻单叶叶绿素含量的验证R2为0.55,均方根误差RMSE为19.45 μg·cm-2,效果差于PROCWT模型反演结果（R2为0.72,RMSE为6.42 μg·cm-2）。综上,SIF指数在监测冠层和单叶叶绿素含量时效果较好,基于SIF的辐射传输模型也可以用来反演水稻冠层和单叶的叶绿素含量。研究结果可为SIF监测作物叶绿素含量提供理论依据,并对未来利用SIF进行植物光合作用研究提供理论支持。     

基于优先级指数的土壤采样设计方法研究

建立了一种可赋权、信息传递完整、包容性强(可涵盖定性、定量两类协同因子)的基于优先级指数的土壤采样设计方法。结果表明,优先级指数采样法得到的点集所携带的信息相较于分层采样点集和随机采样点集更接近于总样本点集;协同因子的权重是优先级指数采样法的重要参数,空间分布趋势和插值误差对结果有一定的影响。研究的采样设计方法能够满足区域采样需求,提高采样效率和质量,可为其他土壤采样方案的设计提供参考。     

基于多源数据的松嫩平原黑土区亚像元雪盖率算法研究

为了解决积雪反演研究中常用的二值积雪分类法存在误差较大的问题,根据松嫩平原黑土区的独特地理环境,并在充分考虑地表类型的情况下,将中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像作为数据源、陆地成像仪(Operational land imager,OLI)影像视为"真值"数据,建立松嫩平原黑土区MODIS像元积雪覆盖率与归一化雪盖指数(Normalized difference snow index,NDSI)值之间的线性回归关系模型。结果表明,与MOD10A1积雪面积比例数据(Fractional snow cover,FSC)相比,反演模型雪盖率的误差分析结果得到改善,能够更好地满足当前积雪反演研究的现实要求。亚像元雪盖率估算模型在一定程度上提高了松嫩平原黑土区雪盖面积监测的精度,为该地区春季墒情预报、农业耕种提供了科学依据。     

基于COUPMODEL的松嫩平原黑土区土壤水热过程模拟

为探究松嫩平原黑土区不同积雪覆盖条件下冻融土壤水热耦合过程。文章基于物理过程COUPMODEL模型,运用普适似然不确定方法(GLUE)估计积雪、土壤水热运移有关参数,模拟裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪状态下各层土壤温度与土壤液态含水率变化情况。结果表明,模型对自然、压实、加厚积雪覆盖条件下雪深模拟较理想;模型可较好模拟裸地、自然积雪、加厚积雪覆盖条件下20～140 cm土层土壤温度,其中裸地最佳,自然次之,自然略优于加厚,模型对压实积雪状态下20～100 cm土层土壤温度模拟效果仍较好,但对140 cm土层模拟效果略差;此外,模型可模拟各状态下20～60 cm土层土壤液态含水率,模拟效果优劣排序依次为自然、裸地、加厚、压实。结合GLUE方法 COUPMODEL模型可用于不同积雪覆盖条件下土壤水热变化规律研究。