Venlo型玻璃温室黄瓜动态生长模型的研究

黄瓜发育动态模型对于动态掌握温室作物生长规律具有重要意义。以de Koning模型为基础建立温室黄瓜动态生长模型,分别对黄瓜生长的光合速率、蒸腾速率、呼吸速率、生育期、同化物暂存库、叶干质量、果实干质量模型等进行研究。通过实验得到各观测指标的模拟值与实测值之间的相关系数平方R2和根均方差RMSE依次为:叶干质量:R2=0.9998,RMSE=0.0601 kg·m2;果实干质量:R2=0.9975,RMSE=0.9596 kg·m2;日同化物积累量:R2=0.9983,RMSE=0.0067 kg·m2,结果表明该模型对作物生长发育具有较好的预测性,可为温室作物生长环境优化控制提供依据。     

城市不同下垫面湍流通量的观测和分析

利用榆中县2011年10月2-15日外场实验的湍流观测资料,结合天气背景,对比分析了城市同一区域内不同下垫面的动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的差异特征.结果表明:草地下垫面和混凝土下垫面之间动量通量的差异较小;混凝土下垫面的感热通量整体大于草地下垫面,且在日间差异较大,差异的最大值达109.29 W/m2;草地下垫面的潜热通量在日间明显大于混凝土下垫面,差异的最大值达153.8 W/m2,夜间两下垫面潜热通量差异较小;CO2通量在排放源附近较大.     

北冰洋海域极昼期间海-冰-气间湍流通量交换特征

利用系留式气象塔探测系统观测到的北冰洋上空气温、湿度、气压、风向和风速等的廓线和梯度资料,使用平均廓线方法和经过大气层结订正交换系数的整体动力学输送公式,计算给出极昼期间该海域不同下垫面的粗糙度长度、动量通量M、曳力系数CDD、感热通量HSS、感热交换系数CHH、潜热通量HLL和潜热交换系数CEE等,其均值变化范围分别为(0.2～1.0)mm,(11.4～91.9)×10-3N/m2,(0.87～1.76)×10-3,-(4.2～12.5)W/m2,(0.84～1.37)×10-3,-6.6～23.6 W/m2和(0.85～1.40)×10-3.曳力系数大于潜热交换系数,而潜热交换系数又大于感热交换系数.此外,动量通量、感热通量和潜热通量与平均风速、平均位温差和平均比湿差有明显的相关关系.     

洪泽湖地区杨树人工林碳水通量昼夜和季节变化特征

【目的】通过对洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳水通量的昼夜变化和季节变化特征进行分析,为评估该杨树人工林生态系统的固碳能力提供必要的基础数据,揭示杨树人工林生态系统碳循环及对外部气象环境因子的响应,同时为增强森林生态系统固碳能力提供依据。【方法】以洪泽湖地区杨树人工林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和微气象观测系统进行长期且连续的通量以及气象环境观测。选取2017年5月至2018年4月期间的原始观测数据,对异常数据进行剔除和插补处理,同时,利用EddyPro软件中的Express Mode模块对通量数据进行二次坐标旋转、频率损失订正以及WPL密度效应修正,最终转化为30 min数据。分析杨树人工林生态系统与大气间的二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和潜热(latent heat, LE)通量的季节动态变化和昼夜变化特征及其与外部气象环境因子的相互关系。【结果】洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳通量均有显著的昼夜和季节变化,净生态系统碳交换(net ecosystem exchange, NEE)白天为较强的碳汇,夜晚为较弱的碳源,整年表现为固碳作用,年通量为-506.9 g/(m²·a)。其日变化在生长季和非生长季均呈“U”形曲线,生长季的碳吸收明显大于非生长季;在生长季白天,NEE与光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)呈显著的对数关系;而在非生长季,NEE与夜间土壤温度(soil temperature,T_s)呈显著的指数关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统LE的昼夜和季节变化显著,在生长季和非生长季均呈“单峰型”曲线,且在生长季大于非生长季,LE与饱和水汽压差(vapor pressure deficit, VPD)在生长季和非生长季均呈显著的线性正相关关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统CH₄通量在生长季和非生长季均无显著的昼夜变化,在生长季为较弱的CH₄吸收,非生长季为中性至微弱的CH₄排放,全年可能表现为较微弱的CH₄汇。【结论】洪泽湖地区杨树人工林生态系统整体具有较高的固碳能力,CO₂和LE通量具有显著的昼夜变化和季节变化规律,而CH₄通量季节和昼夜变化并不显著,生态系统碳水通量受环境因子的影响较显著,可以为今后提升杨树人工林的固碳能力提供参考。因此,营造杨树人工林将是短期内吸收大气中的CO₂和CH₄并缓解气候变化的有效途径。     

夏季太湖表面辐射和能量通量特征观测分析

利用太湖表面2012年6~8月的辐射和湍流通量观测资料,分析了太湖夏季晴天辐射平衡和能量平衡各组分的日变化特征。结果表明:12012年夏季晴天太湖表面向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射日平均值分别为282.6、19.5、425.8、478.6 W/m2,反照率日平均值为0.05;2夏季晴天净辐射、感热通量、潜热通量和热储项日平均值分别为210.3、3.8、121.8、5.7 W/m2;3夏季晴天感热通量白天为负最小值为-13.4 W/m2,夜间为正最大值为17.3 W/m2。潜热通量晴天白天最大值达到216.6 W/m2,是能量平衡分配的主导;与陆地下垫面不同的是,夜间潜热通量仍保持正值。热储项白天为正,夜间为负,约60%的能量以潜热的形式消耗。天气过程出现时,湖体稳定的正温层被打破,累积热储项急剧减少。     

NCAR湖泊子模型对东太湖湖-气交换的离线模拟及评估

准确的湖泊-大气陆面过程方案对天气气候的模拟和预测十分重要。通过对内陆浅水湖泊太湖东部不同季节水生植物特征进行分析,调整了NCAR湖泊子模型的消光系数、湍流扩散系数及粗糙度等参数;利用东太湖避风港1号观测平台2012年1、4、7、10月的观测数据驱动离线湖模式,评估了NCAR湖泊子模型对不同季节感热通量、潜热通量、湖表温度及摩擦速度的模拟性能。结果表明,参数调整后的NCAR湖泊子模型的模拟结果在4个季节都有了不同程度的改善,其中感热通量模拟值与观测值的均方根误差由12.37 W·m-2减小到9.7 W·m-2,潜热通量由50.19 W·m-2减小到31.48 W·m-2,湖表温度由1.03℃减小到0.62℃,摩擦速度由0.23 m·s-1到0.10 m·s-1。     

利用MODIS数据估算晴空半干旱地表潜热通量

为研究我国半干旱区域地表潜热通量分布特征, 建立了一套不需要将地面气象观测数据作为输入而仅用卫星数据来估算晴空条件下半干旱地表潜热能量的方案。该方案设计了针对半干旱地表的净辐射通量参数化方法和土壤热通量估算模型, 利用S-SEBI模型计算蒸发比率, 根据能量平衡原理得到潜热通量。基于MODIS陆地和大气产品, 利用该方案进行潜热通量估算研究,并采用2003, 2004和2005年6?11月间退化草地和农田晴空数据进行验证。与地面站点观测数据对比结果表明该方案能有效计算地表潜热通量: 在退化草地和农田两个站点上, 该方案计算的地表潜热通量的均方根误差分别为60.4和64.6 W/m², 平均偏差分别为18.6和32.4 W/m²。     

考虑植被盖度的城市蒸散发模拟研究

基于城市涡动相关系统每30分钟蒸散发数据, 结合足迹源区分析及研究区域遥感数据, 获取源区植被盖度, 构建基于随机森林的蒸散发模拟方法。将此模拟方法应用于涡动系统空缺值插值, 并探究深圳干湿季蒸散发的主要控制因子, 得到如下结论。1) 与不考虑植被盖度的随机森林模型及边际分布抽样算法(MDS)相比, 考虑植被盖度的随机森林模型可以更高精度地模拟城市蒸散发。与实测数据相比, 模型的R²=0.73, RMSE= 20.5 W/m², MAE=13.3 W/m², pbias=0.8%。2) 对湿季日间较高蒸散发时期的空缺值进行插值, 考虑植被盖度的随机森林模型显著优于MDS模型。与实测数据相比, MDS插值模型低估 12.4%, 而随机森林模型低估 4.7%。3) 深圳湿季期间, 植被盖度是蒸散发的主要控制因素。在干季, 温度、净辐射以及饱和蒸气压差是蒸散发的主要控制因子。     

基于MODIS产品的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的验证

利用2010—2013年锡林浩特国家气候观象台涡动相关通量观测系统数据以及MODIS产品数据, 验证基于增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)和地表温度(LST)的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的适应性, 并探讨该遥感生态系统呼吸模型存在的问题。结果表明: 生态系统呼吸模型能较好地模拟夜间生态系统呼吸速率(R_eco)在生长季内和年际间的变化, 模拟值与观测值吻合较好(R²=0.90, RMSE=0.02 mgCO₂/(m²·s)); 夜间R_eco的观测值与EVI_s×W_s (EVI_s和W_s分别是EVI和LSWI对光合作用的影响函数)呈较显著的线性相关(R²=0.63), 与LST 的关系基本上满足L-T方程(R²=0.39); 夜间R_eco在生长季的前、中、后期对EVI_s×W_s和LST的响应不同是造成模型误差的重要原因之一。     

基于HA-RF-SHAP的露天煤矿粉尘浓度预测模型

为了有效预测和控制煤矿粉尘浓度,保障煤矿工人健康及环境安全,以宝日希勒露天煤矿现场粉尘监测数据为基础,使用随机森林对粉尘浓度进行预测,提出了4种启发式智能优化算法优化随机森林超参数的方法,通过RMSE、MAE和皮尔逊相关系数R对模型进行评价,采用SHAP可解释模型分析影响露天煤矿粉尘浓度的因素。结果表明：PM2.5、PM10、TSP的最优模型分别为GWO-RF、WOA-RF和HHO-RF;超参数调整使模型整体RMSE指标提升约为1～3,MAE提升约为1～2.5,R提升约4%～6%;PM2.5的预测表现最好,训练集与测试集共同作用时,R为0.946 3,MAE为3.059,RMSE为4.919,其次是PM10、TSP;单因素作用时,湿度对于该矿粉尘浓度影响最大,双因素同时影响下湿度和气压对粉尘浓度变化影响最大。研究提供了一个有效的粉尘浓度预测方法,可准确预测粉尘浓度并确定粉尘最影响因素,对矿山粉尘管控具有重要参考价值。     

华北平原的大气逆辐射参数化方法比较

大气逆辐射对地表能量平衡及蒸发等方面有重要影响。为准确计算大气逆辐射,该文基于6种常用的晴空大气发射率计算公式并根据日太阳辐射率(太阳辐射的实际值与理论值的比值)对云的影响进行修正,建立大气逆辐射的参数化方法;并将6种方法与位于华北平原的位山生态水文实验站与栾城农业生态系统实验站的实测数据进行对比。结果表明:Marshunova公式具有最好的模拟精度,确定系数(R2)高于0.97,平均偏移误差(MBE)小于4W/m2,均方根误差(RMSE)小于11W/m2,尤其是日辐射计算值与观测值的线性回归方程的斜率在1.00±0.05范围内,截距小于15W/m2,能精确模拟气候变化下的大气逆辐射。     

基于人工神经网络的不同植被类型蒸散量时空尺度扩展

基于通量网中23个站点下草地、农田、郁闭灌丛、落叶阔叶林、常绿针叶林、开阔灌丛、湿地7种植被类型2001-2007年气象和潜热数据,运用人工神经网络方法进行潜热通量/蒸散量的不同时空尺度的模拟,以期探究模型输入因子重要性及对人工神经网络法在蒸散发估算中时空尺度外推能力进行验证.结果表明:以温度、相对湿度、太阳辐射、土壤含水量、归一化植被指数、风速、土壤热通量为主的输入因子对不同植被类型蒸散量的影响程度不同:太阳辐射对各植被类型影响都相对较大,风速的影响与植被类型有关,归一化植被指数对植被生长期影响有差异;蒸散量模拟效果具有较大的时空异质性,时间尺度上的模拟效果比空间尺度上的好.其中,草地与农田的模拟效果最好.模拟结果中纳什系数多为0~1,个别小于0,模拟结果与观测值的相关系数均在0.6以上.基于人工神经网络法的潜在蒸散估计可以进行一定的区域外推,模拟效果的好坏受控于局地的气候状况.     

北京西山典型侧柏人工林热量平衡研究

热能是水分在森林生态系统中运动的主要驱动力之一,研究热量平衡有助于理解森林水文过程和森林生态系统水量平衡等问题.本研究选取北京西北部山区的典型侧柏人工林为研究对象,利用建立的气象塔和波文比系统观测热量平衡的各个分量.通过研究发现以下规律:(1)各个热量平衡分量一般都表现为净辐射＞潜热通量＞显热通量＞土壤热通量;(2)显热通量和潜热通量在夜晚为负值,在白天随着太阳辐射的增强而逐渐增强,在中午达到峰值;显热通量和潜热通量都在夏季最大,而秋季和冬季逐渐减弱,土壤热通量在日变化遵循相似的规律,但是秋冬季节始终为负值;(3)生长季生态系统所接受的净辐射绝大部分用于潜热交换和显热交换,而非生长季净辐射绝大部分用于潜热交换;(4)北京西山典型人工林热量不平衡状态是长时间存在的.热量平衡方程出现了一定的差值,这部分差值有着与净辐射相似的变化规律.通过分析北京山区热量平衡状态,表明总体上北京山区人工林是一个水汽源,显热汇.     

土地利用变化对城市气象环境影响的数值研究

采用南京大学的三维非静力区域边界层模式,选取典型天气状况作为代表,对北京1980、1990、2000及2004年不同土地利用类型冬夏两季的城市边界层特征进行数值模拟,结果表明:城市土地利用状况的改变对边界层热力及动力结构产生显著的影响,这种影响在夏季个例的日间尤为明显.如,由于建筑储热能力变化,地表反照率变化,导致城市表能量平衡重新分配,1980年个例较之2004年个例,夏季城市区域平均净辐射通量增加160 W.m-2.城市植被覆盖率减小,地表湿度降低,使得潜热通量最大减小81 W.m-2,感热通量则最大增加146 W.m-2.热通量和动量通量增大,地气相互作用的加剧,夏季城市区域气温增幅最大达2.2℃.建筑物高度及密度增大,湍能增强,且影响高度增大,混合层高度增加,使水汽等物质输送加强,分布更加均匀.城市动力粗糙度增加引起的阻尼作用在风速大时较明显,北京冬季日间风速较大,风速减少最大可达2.02 m.s-1;然而冬季大气层结较为稳定,湍能发展受到抑制,湍能及通量输送的变化不如夏季个例明显;地表较为干燥、植被覆盖稀少,潜热减小及感热增加的变化幅度较小,增温变化也不如夏季个例明显.     

基于BP神经网络的长白落叶松人工林林分平均高预测

【目的】研究BP神经网络模型在树高预测中的应用,分析比较不同森林调查因子及不同神经网络训练算法对平均树高预测的影响,为树高预测提供新的方法。【方法】以吉林省长白落叶松人工林为对象,基于168块固定样地的314个观测数据,运用BP神经网络建模技术建立了林分平均树高生长模型。输入因子首先加入年龄,然后依次加入立地因子及林木竞争因子,分析立地因子及林木竞争因子对树高的影响。基于Matlab R2016b中的Sigmoid函数和线性函数为神经元的传递函数,分别采用贝叶斯正则化算法和Levenberg-Marquatdt算法(简称L-M算法)对网络进行训练,对比分析了贝叶斯正则化算法和L-M算法作为训练函数的差异。【结果】与L-M训练算法相比,贝叶斯正则化训练算法具有更好的泛化能力。模型中依次加入年龄、立地因子、林木竞争因子后,树高的拟合精度呈现出相同的上升趋势。采用贝叶斯正则化训练算法,当年龄作为输入因子时,决定系数R²为0.521 0,均方根误差(RMSE)为2.091 7,平均绝对误差(MAE)为1.627 6。加入立地因子后,决定系数R²提高至0.573 6,提高了10.10%,均方根误差(RMSE)为1.973 6,降低了5.65%,平均绝对误差(MAE)为1.579 7,降低了2.94%; 在此基础上,加入林木竞争因子后,决定系数R²为0.845 5,增长了47.40%, 均方根误差(RMSE)为1.187 9,下降了39.81%,平均绝对误差(MAE)为0.968 5,下降了38.69%。【结论】利用贝叶斯正则化BP神经网络可以准确地预测长白落叶松人工林的平均高。立地因子及林木竞争因子能够较好地提升林木生长预测的精度,且林木竞争因子对树高的影响明显大于立地因子。     

亚热带红壤丘陵区非均匀地表能量通量的初步研究

在千烟洲站亚热带红壤丘陵区人工林生态系统,利用涡度相关技术研究了非均匀下垫面能量通量各个组成部分的日变化进程。本站能量平衡在冬季以感热通量为主,从春季开始树木进入生长季,以潜热通量为主。测站净辐射最高值冬季可达474.8W·m-2,春季达723.1W·m-2。感热通量在冬季最大值达278.68W·m-2,春季达305.02W·m-2。潜热通量在冬季最大值123.84W·m-2,春季最高达402.04W·m-2。土壤热通量一般最高值出现在午后15∶30,最低值则出现在清晨7∶00～8∶00。本站的能量平衡率一般在60%～98%。能量不闭合的原因初步认为有两个方面:①测定源的面积可能有误差;②忽略了水平对流产生的影响。从而提出了今后的研究重点。     

人为热对上海市夏季气象要素的影响

利用能源消耗数据、人口密度数据及相关经济数据,估算出2015年上海夏季人为热大值区主要集中在市中心,市区人为热通量最大值约为122.6 W/m~2,将此估算的人为热耦合在中尺度模式单层冠层方案中,模拟了人为热对上海夏季气象因子的影响.结果表明,人为热的增加导致上海夏季感热增加约86.3 W/m~2,温度升高约1.4℃;边界层高度约上升60 m; 10 m风速约增大了0.5 m/s.人为热使城郊温度差异增加,热岛效应增强,形成低层辐合、高层辐散的大气结构,城郊对流得到发展.     

温室人工补光效果的研究及补光光源配置设计

用 40 0W的高压钠灯 (HPSL)和日光色镝灯 (SDL)两种光源对温室栽培生菜 (Lac tucasativaL .)的生长进行了补光效果测试 结果表明 ,在相同的光照强度下 ,对于光合作用强度的促进效果 ,钠灯比镝灯好 ,但差异不很大 钠灯和镝灯在空间的光照强度分布不一样 ,在相同功率下 ,钠灯所产生的光照强度总体上比镝灯强 根据作物生长对光照的要求和不同光源的光照强度分布特点 ,分别设计了钠灯和镝灯在温室中的合理配置方式 ,钠灯为 0 .1 2 6盏 /m2 ,镝灯为 0 .1 71盏 /m2     

基于风电场风机片区的风速插补方法研究

选取内蒙古某一风电场为研究区,在对本场风机、测风塔测风数据进行质控后,按照不同月、风向对风机风速进行相关性分析,划分出风机轮毂高度风速高相关片区16类.以片区的某一台风机为例,统计该风机一年逐时数据的缺失、异常情况,并选用自回归差分移动平均法(ARIMA)、风机片区时空插补法进行风机风速异常及缺失值插补.检验结果表明:插补后风机风速与实际值非常接近,基于风机片区的时空插补平均偏差约为0.68m/s,ARIMA方法的平均偏差约为0.82m/s,两种方法的插补结果7月优于1月;ARIMA插补适用于0~6h短时插补,而基于风机片区的时空插补适合于任意时长的插补,但是对片区风机的风速完整性有要求.总之,ARIMA与基于风机片区的时空插补方法均有较好的效果,且可根据实际情况具体选择.     

油松光合光响应曲线的模型拟合比较研究

在田间实验条件下,对河北平泉,山西太行山和陕西黄陵3个油松种源的光响应曲线进行了测定。采用4种典型光响应经验模型(直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型和指数模型)对光响应曲线进行了拟合,并将决定系数(R2)与均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和赤池信息量准则(AIC)值相结合,探讨了不同模型对光响应过程的拟合优度。结果表明,对各个种源而言,这4种模型的R2均大于0.990(0.993-0.999)。与其他3种模型相比,直角双曲线修正模型的R2并列最大或最大,RMSE、MAE和AIC值普遍较小,整体上拟合效果最佳。根据直角双曲线修正模型获得3个油松种源的最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd),河北平泉种源的Pnmax最大,LSP居中,LCP和Rd最低;显示这一北部种源的光合潜力总体上较高。