SMCR__N模型在北京地区潮土茄田适用性分析

利用2009—2010年北京地区潮土茄田定位试验资料和气象、土壤及栽培管理措施等资料,采用SMCR__N蔬菜作物模型对北京地区潮土紫长茄和圆茄产量及圆茄吸氮量进行了模拟,校正模型参数并对模型进行了初步评价,为模型本地化提供参考。结果表明:SMCR__N模型中茄子品种参数适用于模拟北京地区潮土紫长茄产量,其模拟总干重的均方根差(RMSE)为0.42t·hm-2,标准化均方根差(n-RMSE)为0.06,模型预测效率(EF)为0.95,E=0.400.00,拟合指数(d)为0.99,决定系数(R2)=0.96。定位试验的圆茄品种与SMCR__N模型茄子品种参数存在差异,需调整相关茄子品种参数值。作物总干重敏感性分析表明,作物生长系数(K1)为SMCR__N模型敏感性参数,当K1=1.4t·hm-2时,模型模拟性能最好,RMSE=1.2t·hm-2,n-RMSE=0.12,EF=0.59,E=0.76,d=0.93,R2=0.80。参数校正后,对2010年北京地区潮土圆茄的吸氮量进行了模拟,R2=0.85,模拟性能良好。通过校准作物参数,SMCR__N模型可较准确地模拟北京地区潮土露地茄子总干重和吸氮量的动态变化,适用性较强,可用于指导北京地区潮土茄田的施氮水平,为合理施肥提供科学依据。     

MANAGE-N优化施氮方案的增产效果及原因分析

合理施用氮肥是夺取水稻高产的基本条件之一。在氮肥施用中,目前普通存在着施用量过多或过少,施用时间不合理,氮肥利用率低等问题,不仅影响了水稻产量的提高和米质的改善,而且还污染了环境,降低了氮肥的使用效益。自80年代开始,模拟优化技术引入作物（水稻）生产系统后,已研制出了许多水稻高产栽培技术模式,如“双季杂交稻高产栽培模式”、“双季稻—冬作高产栽培模式”等。这些模式对水稻的施氮量和施氮方法虽有所改进,并取得了明显的增产增收效果,但均为经验模式,未突破传统的施肥概念。近年来,以国际水稻研究所引进的施氮技术模拟优化软件MANAGE-N,充分考虑了不同品种（作物参数）、不同气候条件（光、温、降水等气候因子）、不同土壤条件（土壤参数）等影响水稻生产发育的各种因素,因而具有更大的适应性     

利用气象卫星资料估算内蒙古地区的地面净辐射值

主要研究的是内蒙古地区有云条件下地面辐射收支与卫星测值之间的关系 ,根据地面实测的净辐射值 ,与相应时刻的 GMS卫星测值 (可见光、红外通道 S— VISSR计数值 )进行逐步回归拟合 ,建立有云条件下内蒙古地区卫星测值与地面净全辐射值之间的关系 ,从而可以利用卫星资料通过所建立的关系式估算有云情况下地面净全辐射的分布。     

从FY-4A卫星遥感数据和GFS资料估算全天空状况下的地表长波辐射通量

本文介绍一种利用FY-4A成像仪遥感数据和全球预报系统(GFS)资料估算全天空地表长波辐射通量的反演方法。该方法通过辐射传输模拟和统计回归计算建立云天地表下行长波辐射通量的反演模式,并基于GFS资料处理云覆盖地区的地表上、下行长波辐射通量。这种全天空状况下两种通量的反演结合了FY-4A晴空地表长波辐射业务产品和本文反演模式处理的云天地表上、下行长波辐射通量。2018年9月1日的处理结果与Aqua/CERES同类产品相对比,精度为:RMSE=20.52 W·m^-2,R=0.9481,Bias=3.3 W·m^-2(夜间地表下行辐射通量对比);RMSE=25.58 W·m^-2,R=0.9096,Bias=5.4 W·m^-2(白天地表下行辐射通量对比);RMSE=10.97 W·m^-2,R=0.9762,Bias=-3.3 W·m^-2(夜间地表上行辐射通量对比);RMSE=19.97 W·m^-2,R=0.9283,Bias=5.0 W·m^-2(白天地表上行辐射通量对比)。这些结果表明本文发展的方法能够反演出精度较好的云天上下行长波辐射通量资料,为今后利用FY-4后续星处理生成全天空状况下的地表长波辐射通量产品奠定了理论基础。     

双叶模型在冬小麦田冠层CO2通量多层模拟中的应用

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和能量交换的多层模式,在模式中运用双叶模型,同时考虑叶片氮素水平垂直差异,对2008年4—5月华北平原冬小麦生长旺季农田生态系统中冠层CO2通量进行了模拟研究,并利用涡度相关观测的通量数据对模型的有效性加以验证,结果表明:在冠层多层空间,小麦拔节至孕穗期和开花至乳熟期叶片氮含量随冠层高度的衰减系数分别为0.793(R2=0.698)和1.374(R2=0.728),冠层内叶片氮含量的空间分布可以用以相对累积叶面积指数为自变量的函数来描述;模型分别计算各层阴、阳叶的光截取、气孔传导、光合作用等,最终计算冠层上方CO2通量,冬小麦农田净生态系统生产力模拟值与实测值相关显著(R2=0.78),模拟的CO2通量日变化特征晴天昼间比阴雨天和夜间的效果好;在考虑丛聚影响的叶片非随机分布的密集农田中,阴叶对总初始生产力的贡献率在35.7%左右,对生产力贡献很重要。分层统计显示,作物最终产量的形成主要...     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射(PAR)的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关(R2=0.89);玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

利用光谱资料估算土壤热通量与净辐射的比值

由于缺乏庞大的水文测量系统,难于得到地表能量平衡各分量的准确空间平均值.本文旨在建立一种利用遥感方法估测不同作物冠层状况下地表能量平衡分量之一的土壤热通量的方法,以用于区域地表能量平衡研究.在亚利桑那州靠近菲尼克斯城的Maricopa农业中心,连续几天测定了裸地、苜蓿地及棉田的净辐射(Rn)和土壤热通量(G),并利用多波段辐射仪测得地面反射率.结果表明:中午土壤热通量和净辐射的比(G/Rn)与简单比及标准化差植被指数呈线性相关.棉田的G/Rn估算值实际上与不同太阳天顶角和方位角得到的光谱资料所引起的植被指数变化没什么关系,因此多波段光谱资料可为区域能量平衡研究提供一种能准确计算土壤热通量区域平均值的方法.     

多层城市冠层模式的建立及数值试验研究

为在城市气象数值模拟中更好地体现由城市发展引起的下垫面土地利用改变及人为活动对大气过程的影响,建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式,冠层内动力方程组考虑了建筑物冠层拖曳力的作用及雷诺应力的影响,通过引入建筑物宽度、间距以及垂直分布密度指数等建筑物形态特征参数,以更好地体现城市复杂地表对大气温度、湿度及动量方程的影响.同时,该模式分屋顶、4个侧壤及地面分别考虑辐射及能量平衡求解表面温度,计算各表面与大气的通量交换,并考虑辐射阴影效应、冠层内部各个面之间的可视因子、以及与冠层内建筑物密度指数、可视因子等相关的多重反射辐射导致的辐射截陷作用.模式的离线检验结果表明:(1)冠层模式计算风廓线与风洞实验测量数据吻合良好;(2)离线冠层模式能够模拟实际小区的风速、温度垂直廓线,并能够较好地体现小区内气温日变化.冠层模式与区域边界层模式耦合检验结果表明:(1)耦合模拟的近地面(2 m处)气温及地表温度的结果明显优于传统的水泥平板方案,尤其是在夜间,水泥平板方案与实测气温最大偏差4 K左右,耦合模拟方案为1-2 K;(2)耦合模拟方案考虑了建筑物对冠层之上的拖曳力影响以及建筑物形态结构对雷诺应力的影响,风速(10 m处)计算结果与观测值相差约在1 m/s,水泥平板方案偏差3 m/s左右.     

干旱与灌溉处理对冬小麦冠层内光分布的影响

为探讨北方冬麦区节水灌溉的关键时期,借助干旱和灌溉对冬小麦冠层光分布,获取本地化参数,为华北农业干旱预报模型的修正提供依据。采用美国CID公司生产的CI-110型植物冠层分析仪,对干旱和灌溉条件下冬小麦冠层内光分布进行直接测定。结果表明,干旱和灌溉条件下,无论是高氮还是低氮、中氮,平均叶面倾角(MLA)都随生育期的延长呈现出先下降再上升的趋势。高氮和低氮时,随着生育期的延长,干旱处理和灌溉处理的冬小麦散射辐射透过系数(TCDP)都呈现先下降再上升的变化趋势;中氮时,干旱处理和灌溉处理的冬小麦TCDP在开花期和灌浆期都呈现一直上升的趋势。无论高氮还是中氮、低氮,冬小麦直接辐射透过系数(TCRP)的值都随着天顶角角度的增大而减小,冬小麦TCRP的值随着冬小麦生育期的推进,都呈现出先下降、后上升的变化趋势。高、中、低氮3种情况下,干旱和灌溉处理的冬小麦每个生育期均呈现随着天顶角角度的增加,消光系数K也增大;高氮时,多数情况下,冬小麦冠层的消光系数K干旱的大于灌溉的;中氮、低氮时,多数情况下,冬小麦冠层的消光系数K干旱的小于灌溉的。干旱和灌溉对冬小麦冠层光分布的影响:灌溉增加了冬小麦的平均叶面倾角(MLA);干旱和灌溉处理条件下冬小麦的TCDP差异较小,TCDP与MLA变化趋势相似,也都呈现出先下降、再上升的变化规律;干旱和灌溉处理冬小麦TCRP,无论高氮还是中氮、低氮,都随着天顶角角度的增大而减小,在7.5°、22.5°时干旱和灌溉对冬小麦TCRP的影响较大,而在37.5°、52.5°、67.5°时对冬小麦TCRP的值影响很小;每个生育期消光系数K均随着天顶角角度的增加而增大。     

怀来地区蒸渗仪测定玉米田蒸散发分析

利用2012年和2013年怀来遥感综合试验站蒸渗仪、涡动相关仪和自动气象站观测资料,分析了土壤蒸发和玉米农田蒸散的日、季节变化,用多元回归分析法研究了气象因子(净辐射、空气温度、空气湿度、风速)、土壤水分和农田蒸散量的关系,并将蒸渗仪蒸散观测值与涡动相关仪蒸散量观测值进行了比较。结果表明,土壤蒸发和玉米农田蒸散日变化曲线较一致,季节性差异明显;怀来地区日蒸散量与净辐射和土壤水分相关性较好,与其他影响因子相关性不明显;蒸渗仪的农田代表性受其观测范围内的作物长势影响显著,涡动相关仪观测的蒸散量与蒸渗仪观测值相关关系较好,蒸渗仪观测值较涡动相关仪观测值高10.5%,这是由于不能同周围农田进行热交换,蒸渗仪内平均土壤温度较农田高了9.5%,导致蒸渗仪对蒸散量的相对高估。     

漠河地区臭氧的观测和计算

1997年3月上旬,在黑龙江漠河地区对地面和整层臭氧、太阳辐射等进行了短期观测,以初步了解该地区臭氧和辐射的变化规律以及它们之间的相互关系.研究发现,漠河地区近地面臭氧日变化明显,其峰值出现在每日10:00(北京时间)左右,并早于紫外辐射(UV)峰值出现时间.整层大气臭氧总量的日变化特征不明显.基于UV能量守恒,建立了臭氧与其影响因子-光化学、散射、UV等因子之间较好的定量关系和经验模式,并将其用于计算地面、整层大气臭氧小时值和日平均值.结果表明,计算值与观测值吻合的都比较好,它们相对偏差的平均值分别为:地面臭氧小时值(11.9%)和日平均值(9.0%);整层大气臭氧小时值和日平均值-7.4%、1.8%.因此,地面和整层臭氧的经验算法是合理和可行的.利用散射辐射/直接辐射(D/S)和散射辐射/总辐射(D/Q)可以描述大气中的物质如气溶胶、云等的散射作用.采用D/Q表示散射作用可以提高地面臭氧和整层大气臭氧计算的准确度,特别是对云量较大的情况.       

基于植被指数的马铃薯叶片氮素含量估算模型

作物氮素状况的有效监测是作物精确施肥和管理调控的信息基础。文章利用AISA-Eagle机载高光谱成像系统获取遥感图像,在对图像进行精确的几何、辐射校正基础上,探索由马铃薯冠层光谱数据组成的植被指数与叶片氮素含量之间的相关关系,建立相应的估算模型,并进行全氮含量填图。实验结果表明：植被指数TCARI/OSAVI与叶片氮素含量的相关性最好,决定系数为0.8404,达极显著相关。将最优的估算模型（y=-24.429x+10.08）应用到整个高光谱遥感图像,得到的全氮含量图的值域和分布与实际测量和地面调查结果基本一致。     

春玉米生长发育、产量和籽粒品质对减量施氮的响应

针对当前东北地区过量施氮的问题,研究减量施氮对春玉米生长发育、产量及籽粒品质的影响,对优化氮肥的科学管理技术,促进春玉米生产绿色高效发展具有重要意义。本研究以丹玉405为试验材料,通过大田播种的方式,以农民习惯性施氮量为对照,设置11.1%、55.5%和100%三个水平减量施氮试验,分析春玉米生长发育、产量和籽粒品质对减量施氮的响应机制。结果表明：玉米苗期,减氮导致生长发育指标（株高、茎粗、叶面积指数、生物量干、鲜重、叶片比重等）均减少,不利于地上部的生长和干物质向叶片分配,随着减氮量的增加,减少幅度增加。苗期以后,适量减氮促进玉米地上部的生长,株高、茎粗、叶面积指数、生物量和叶片占比等生物学性状有增加趋势。适量减氮导致果穗长、果穗粗、百粒重、理论产量、籽粒含水量和淀粉含量增加,籽粒脂肪含量减少,氨基酸和粗蛋白含量呈先增加后减少。随着减氮量的增加,果穗长、果穗粗、百粒重和理论产量增加幅度均减小,籽粒含水量和淀粉含量增加幅度增大,脂肪含量减少幅度减小。减氮11.1%时,果穗长、果穗粗和理论产量增加幅度最大,分别为1.9%、3.7%和11.5%。当施氮量为240 kg·hm^-2（减氮11.1%）时,玉米产量达到最大,为945.4 g·m^-2,籽粒脂肪含量最少,为2.4 g·100 g^-1;氨基酸含量最大,为83.9 μmol·g^-1;粗蛋白含量最高,为6.8%。研究结果可为当地的玉米生产提供更加完善的施肥管理,指导农户科学施肥。     

由卫星资料估算晴空大气太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论 ,对水汽、气溶胶、臭氧、混合气体等实行辐射参数化处理 ;利用中国探空站资料和诺阿 ( NOAA)气象卫星垂直业务探测器 ( TOVS)资料反演的探空资料 ,由离散纵标法计算了大气各高度上的太阳直接辐射和散射辐射 ,并与此同时的和同站点位置的卫星可见光、红外测值进行统计回归拟合 ,建立卫星测值与大气中太阳直接辐射和散射辐射的计算模式 ,据此可以利用卫星资料估算太阳直接辐射和太阳散射辐射 ,这对于大气环境光学特性和大气环流、气候变化的研究有重要意义。     

青藏高原不同地区辐射特征对比分析

利用"全球协调加强观测计划(CEOP)之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)在藏北高原的BJ站、NPAM站及中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站、纳木错多圈层相互作用综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站2007年的辐射观测资料,分析了这些地区不同下垫面地表辐射各分量及地表反照率的日变化和月际变化特征。结果表明,向下短波辐射受太阳高度角的影响存在明显的日变化和月际变化;向上短波辐射的月际变化基本与总辐射一致,在个别月份由于高原积雪造成地表反照率较高,从而使晴天向上短波辐射全年较高;向下长波辐射存在基本的季节变化,最大值出现在天空总云量较多的夏季(6～8月),最小值出现在冬季(12月和1月);向上长波辐射基本上都是夏季为全年最大,冬季为全年最小。这与地表温度的年变化情况相一致。高原不同地区各季节晴天地表净辐射存在差异,NPAM站和藏东南站由于下垫面植被覆盖较好,净辐射值各季节均高于其它各站;NPAM站、纳木错站和珠峰站地表反照率日变化曲线呈"U"型,BJ站和藏东南站日变化相对复杂,藏东南站全年月平均地表反照率较小且变化不大,其他各站存在基本的年变化趋势。     

干旱区农田、草地和荒漠下垫面辐射收支平衡的对比分析

主要利用架设在黑河流域中游绿洲和荒漠区的3套自动气象观测系统在2003年9月1日—2004年8月31日的同期观测资料,对比分析了干旱区农田、草地和荒漠生态系统的辐射收支及其变化特征。结果表明:荒漠和草地太阳辐射相差不大,分别为6238.7 MJ.m-2和6135.8 MJ.m-2,农田生态系统为5889.0 MJ.m-2,比荒漠地区小4%。随着植物覆盖度的增大,草地和农田的地面反射逐渐减弱,荒漠地区反射辐射和地表反射率明显高于绿洲地区。大气逆辐射在3个地区相差不大,平均约为280 W.m-2。地表放射辐射和地表有效辐射在不同季节表现出较大的差异性。总体上讲,农田和草地地表有效辐射要低于荒漠,特别是在作物或牧草的主要生长季节。荒漠、草地和农田年总净辐射量分别为1705.8,2150.7和2458.2 MJ.m-2,农田和草地分别高出荒漠44%和26%,农田和荒漠净辐射差值主要由地表有效辐射差异引起。     

基于MODIS遥感产品估算西北半干旱区的陆面蒸散量

在中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据产品的基础上,使用MODIS地表温度替代净辐射及蒸散模型中的气温进行计算,并利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)的实测资料对模型进行修正。将模型修正前后估算的SACOL站和定西干旱气象与生态环境试验站(定西站)的净辐射和蒸散与实测值进行对比。结果表明,MODIS的白天\夜间地表温度与日最高\最低气温之间具有很好的相关性,相关系数都超过0.75,使用其替代气温进行净辐射和蒸散的估算是可行的,且各参数具有明确的物理意义。通过比较模型估算值与地面通量观测站的实测值发现:使用实测资料对模型进行修正后,净辐射和蒸散的估算结果较修正前有了明显的改善。净辐射估算值与实测值之间的均方根误差减小到25.93 W·m~(-2);修正后模型估算的SACOL站和定西站蒸散更接近于实测值,均方根误差分别减小到0.81 mm和0.68 mm,相关系数都增加到0.6以上,通过了0.01显著性水平检验;且遥感估算的区域蒸散分布特征与地表覆盖特征相符,说明利用修正后模型估算的净辐射和地表蒸散是合理的,由于这种估算净辐射和蒸散的模型不需要任何实时地面资料的辅助,可以为观测资料缺乏地区的辐射及蒸散研究提供一种新的思路。     

基于AVHRR和VIRR数据的改进型Becker“分裂窗”地表温度反演算法

为了将基于NOAA-9/AVHRR数据提出的Becker和Li的“分裂窗”地表温度算法成功地应用于长序列NOAA/AVHRR和FY 3A/VIRR数据的地表温度反演,为气候变化研究提供长序列、高精度、高分辨率的地表温度数据集,从辐射传输方程出发,首先利用MODTRA 4.1模式模拟了多种地表和大气状态下的光谱辐亮度数据,并结合AVHRR和VIRR通道4、5的光谱响应函数建立了温度数据集(TS,T4,T5);然后,基于该数据集采用最小二乘法重新计算了Becker和Li算法中的各参数,提出了一个适用于NOAA/AVHRR和FY-3A/VIRR数据的改进型Becker和Li分裂窗地表温度反演算法;并利用改进型算法对2008年4月27日03时12分(世界时)观测的一景覆盖北京地区的NOAA-17/AVHRR数据进行了地表温度的反演,将反演结果与日本东京大学提供的同地区、同时相的MODIS地表温度产品进行了对比分析.结果表明,两种地表温度产品的相关系数为0.88,均方根偏差(RMSD)为2.1K;在两种地表温度差值图像的频率直方图上有69.6％的像元的值在±2K之内,37％的像元的值在±1K之内.     

根据NDVI和AVHRR的热红外资料估算阻碍蒸散的区域表面阻力

卫星遥感仪器获得的红表面温度已被用于推断大面积蒸发和土壤水分分布.但是,表面能量在潜热与感热间的分配关系是随着地表植被覆盖和可用水分而改变的.我们假定表面温度与林冠郁闭度间的关系对于针叶林冠层阻力的季节变化是敏感的,并对此进行了检验.1985年夏季,用NOAA的AVHRR资料计算了Montana一个20×25km林区8天的表面温度(T_s)和林冠郁闭度.用一森林生态系统模式(FOREST-BGC)模拟了同一期间的林冠阻力(R_c).对于所有8个试验日,表面温度与用标准化差异植被指数(NDVI)(R~2=0.73～0.91)量度的林冠郁闭度都具有高相关性,这意味着潜热交换是导致表面辐射温度空间变化的主要原因.在林冠活性有明显差别的两天里,T_s与NDVI关系曲线的斜率(σ)对林冠阻力的变化十分敏感.σ的轨迹与模式模拟的林冠阻力的季节变化一致.σ与R~2间的关系(R~2=0.92)如预期的那样是非线性的,这是因为当R~c值超过20scm~(-1)时,它将不再对能量分配有显著影响.σ在区域蒸散研究中为表面阻力的参数化提供了一个有用的方法.     

应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度

利用先进微波探测器(AMSU)正演快速微波辐射传输模型,完成了AMSU 窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息.2001年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性.利用2002年3月和2003年3月的AMSU资料,反演了我国陆地区域地表湿度;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明,与2002年春季相比,2003年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系.试验结果表明,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息.