中国综合农业分区下的?ngstr?m-Prescott公式系数逐月校正与优选

ngstr?m-Prescott公式是联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的计算地表有效总太阳辐射(Rs)数据以支持参考作物需水量估算等研究的简便方法。本文以优选中国综合农业分区的?ngstr?m-Prescott公式系数as、bs为目标,采用最小二乘回归方法,以全国范围内121个地面气象站点1957—2010年的逐月Rs和日照百分比数据计算获得了各农业区的逐月as、bs系数,并以2011—2016年的Rs观测值为真值,比较验证了分别以as、bs系数回归值和FAO的建议值计算的Rs相对精度。结果表明,38个农业子区逐月的站点平均as、bs系数取值无论是在时间上还是在空间上均存在不稳定性,且与FAO的推荐值存在明显差异。整体上,以as、bs系数回归值计算的Rs相对精度要优于FAO的建议值计算的Rs相对精度,但是在各农业子区内,前者并不是在所有月份均优于后者。综合考虑二者的精度比较结果,建议在全国大规模的实践中,东北区、内蒙古及长城沿线区、黄淮海区、黄土高原区、甘新区仍然使用FAO推荐的?ngstr?m-Prescott公式系数,而在长江中下游区、西南区、华南区、青藏区则建议以矫正后的站点均值作为?ngstr?mPrescott公式的系数;在局部区域高精度的计算中,建议使用优选值作为?ngstr?m-Prescott公式的系数以获得最优的Rs估算值。本研究方法简单、可操作性强,在现有的数据条件下,对提高地表太阳辐射和参考作物需水量的计算精度有一定的参考价值。     

潜在蒸散发公式2种修正方法及其在闽江流域的应用研究

各类潜在蒸散发经验估算法具有区域性的特点,实际运用时需要进行修正。常用的修正方法是通过线性回归法对经验公式的计算结果进行修正,并没有将修正反映到经验公式中的系数上。本研究提出一种系数修正的方法,通过逐月误差比例校正来修正经验公式中的参数,称之为误差比例校正法。以FAO推荐的Penman-Monteith法为标准,比较经线性回归法、误差比例校正法2种方法修正前后6种经验估算法（Blaney-Criddle、Hargreaves、Hamon、Makkink、Priestley and Taylor、Rohwer）在闽江流域的计算精度,从而对误差比例校正法的修正效果及稳健性进行探讨。结果表明：逐月误差比例校正法整体上具有较好的修正效果,可以较大程度提高6种经验方法在该区域的计算精度;常用的线性回归法虽计算较误差比例校正法稍复杂,但其修正效果及稳健性略优于误差比例校正法。     

预测陕西关中地区需水量的改进GM(1,1)模型

需水量评价与预测是水资源规划与管理一项重要的研究内容。本文采用定额法计算需水量。通过对陕西关中地区需水量要素组成的分析,认为需水量要素属平稳时间序列,且一阶累加生成数据系列满足指数规律,符合灰色预测条件。为了提高GM(1,1)模型的精度,采用一种改变背景值的新方法,即:中心逼近方法。通过精度检验,中心逼近式GM(1,1)模型平均误差百分比、误差平方和分别比传统的GM(1,1)模型提高了0.147和1.579。用中心逼近式GM(1,1)模型预测需水量各要素近期和中长期值,经检验,其中非农业人口、农业人口、耕地面积、工业总产值预测模型满足一级模型,等级为良好。牲畜头数预测模型为不合格模型,分析其原因,主要是因为时间序列数据不完全符合指数规律。通过定额法计算,预计75%保证率时2005年和2010年关中地区工农业需水量分别占总需水量的92.21%和89.75%,生活需水量分别占7%和9.04%。     

旅游季节性测度指标的敏感度研究

常用的旅游季节性测度指标有季节性强度指数（R_sd）、基尼系数（G）、泰尔系数（T）、季节性比率（R_sr）、不均匀系数（R_hl）等,国内外学者对其相互关系、客流变动对各项指标的影响程度仍存在争议。构建旅游季节性测度指标的敏感度指标客流量变动效应（s_i）和客流量相对变动效应（p_i）,通过蒙特卡洛方法计算不同旅游季节性强弱尺度（Int）下的各项旅游季节性测度指标的相关系数、以及不同旅游季节性强弱尺度（Int）和不同客流量变动大小尺度（Δ）的组合条件下各项旅游季节性测度指标对各个月份的μ_si、μ^*_si和μ^*_pi,发现：① R_sd、G、T这3项指标相关系数极高,R_sr与R_sd、G、T 3项指标的相关系数随着Int的增大而增大,R_hl与R_sd、G、T、R_sr 4项指标间的相关系数随着Int的增大而减小;② R_sr和R_hl对各月份的s_i以及R_sd、G、T、R_sr对不同月份的μ_si、μ^*_si及μ^*_pi均受Int和Δ的影响,其大小及排序相应产生变动,即在不同的旅游地,其季节性的强弱和客流量变动的大小都会导致各项旅游季节性测度指标对不同月份客流量变动的敏感度及排序存在差异,因此不能简单的认为某项指标对淡旺季客流或平季客流量变动更敏感。     

淮河流域蚌埠闸以上地区夏玉米生育阶段水分供需时空变化特征研究

作物水分供需量是进行科学合理灌溉的重要参考依据,水分供需不平衡也是引起农业旱涝的根本原因。基于淮河流域蚌埠闸以上地区及周边1961—2015年共91个气象站点的日尺度气象数据,借助有效利用系数法计算夏玉米有效降水量,采用联合国粮食及农业组织（FAO）建议的Penman-Monteith（P-M）公式和作物系数法计算需水量,分析夏玉米水分供需时空变化特征,并探讨典型站点夏玉米生育期内水分盈亏状况。结果表明：① 近55a来,研究区夏玉米全生育期和各生育阶段有效降水量呈南高北低的分布特征,各站点趋势变化不明显;② 夏玉米全生育期和各生育阶段需水量大致呈南低北高的纬向分布,全生育期和各生育阶段呈显著减少趋势,只少数站点未通过显著性检验;③ 夏玉米全生育期和各生育阶段缺水量大致呈纬向分布特征,全生育期和播种-出苗期呈显著减少趋势,其余生育阶段趋势变化不明显。     

中国太阳总辐射的气候学计算法研究(英文)

Angstrom-Prescott公式的气候学计算法是应用较广的太阳辐射模拟方法,其系数一般通过线性回归确定。近年来,许多研究显示该系数存在明显的空间变异性,常见的解决方法是将研究区划分子区域逐个拟合。本研究采用1961-2010时段日照时数与太阳辐射站点资料,以天文辐射为起始值,基于地理加权回归得到全国尺度连续变化的Angstrom-Prescott系数。通过高精度曲面建模方法(HASM)构建的日照时数资料和天文辐射曲面,得到国家尺度太阳辐射曲面。空间非平稳和误差比较检验等结果表明,系数存在显著的空间非平稳性;与已有研究相比,本研究的模拟方法效果较好。     

基于TRMM 3B43产品的1998—2016年黄淮海平原降水时空特征研究

以黄淮海平原为研究区,基于59个气象站点的逐月降水数据,采用相关系数（R）、相对误差（BIAS）和均方根误差（RMSE）对TRMM 3B43降水产品的精度进行系统评估,揭示黄淮海平原降水的时空变化规律。研究表明：① TRMM 3B43产品对研究区内大部分气象站点存在轻微高估现象,总体上TRMM产品和站点数据在黄淮海平原的拟合效果较好,且月尺度的精度较年尺度高;② 1998—2016年黄淮海平原年降水和秋季降水增加明显,其余季节降水呈不同程度的减少趋势;③ 研究区降水在空间上呈从南到北递减的趋势,且南北降水差距较大。研究结果为卫星降水产品在中纬度地区水资源评估、农业生产和洪旱灾害等研究提供一定的参考。     

黄河下游水沙关系模型参数随河段距离变化规律

对于多沙河流或河段,水沙关系模型多表示为考虑来水含沙量的幂律函数形式：Q_s=KS_u^aQ^b,本质反映了河道的不平衡输沙规律,模型参数变化主要受到河道边界条件的影响。河段距离作为反映沿程空间尺度的一个重要指标,对模型系数K与指数a、b具有重要的影响。以黄河下游河道为研究对象,分析研究了模型系数K与指数a、b随河段距离的变化规律与计算方法,并用于黄河下游河道输沙沿程变化模拟。模型参数变化规律分析表明：指数a随河段距离的增大而减小,两者呈指数负相关关系;系数K随河段距离的增大而减小,且与指数a呈指数正相关关系;指数b随河段距离的增大而增大,且与指数a呈线性负相关关系,两者之和约为2.0。通过建立模型系数K与指数a、b随河段距离变化的计算表达式,构成了考虑来水含沙量的水沙关系模型的参数条件补充方程。对黄河下游河道输沙沿程变化模拟结果表明,黄河下游河道沿程含沙量的计算值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R²值可以达到0.96,Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在0.93以上,模拟效果良好。研究结果有助于深入认识考虑来水含沙量的水沙关系模型参数的物理意义与探索模型参数的确定方法。     

干旱区盐湖沿岸土壤呼吸特征及其影响因素

明确不同生态系统土壤碳排放规律及其影响因素对准确评估全球碳循环具有重要意义。为揭示干旱区典型盐湖沿岸土壤呼吸（R_s）、土壤呼吸温度敏感系数（Q₁₀）变化特征及其影响因素，以新疆干旱区达坂城盐湖和巴里坤湖沿岸土壤为研究对象，在2015—2016年5~10月利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对盐湖沿岸土壤呼吸速率进行测定，分析了土壤呼吸季节性变化特征及其影响因子。结果表明，干旱区盐湖土壤呼吸变幅较大（0.07~11.59 μmol·m^-2·s^-1），平均值为2.45 μmol·m^-2·s^-1，7月土壤呼吸速率最高为4.69 μmol·m^-2·s^-1，10月最低（1.01 μmol·m^-2·s^-1）；土壤CO₂累积排放量为9.30 g·m^-2·d^-1，7月累积排放量最大为17.82 g·m^-2·d^-1。Q₁₀呈“降低—增加—降低”趋势，6月最低（2.25）9月最高（3.52），平均值为2.79。干旱区盐湖沿岸土壤呼吸受土壤有机碳（SOC）、5 cm土壤温度（ST5）、土壤含水量（SM）和土壤盐分（Salt）的共同影响，单因素模型模拟可解释土壤呼吸速率变化的41.7%~75.7%（R²=0.417~0.757，P＜0.05），多因子综合模型拟合结果最佳R_s=0.001×SOC+0.039×SM-0.534×Salt-0.116×ST5+5.06（R²=0.804，P=0.05），且均表明盐分是影响干旱区盐湖沿岸土壤呼吸速率的主要因子。因此，在考虑陆地生态系统碳收支和碳循环时不能忽略干旱区盐湖沿岸土壤碳过程，以及盐分对盐湖生态系统碳排放的影响。     

多种蒸散发公式在珠江流域的适用性分析

利用珠江流域42个观测站点的逐日气象数据对比分析了FAO56 Penman-Monteith(PM)、Priestley-Taylor、Hargreaves-Samani和Thornthwaite等4种蒸散发公式在珠江流域的适用性,并研究了在资料有限情况下PM公式的计算精度。PM公式由于详细考虑了空气动力与能量供给对蒸散发的影响,其在不同季节和地区的计算结果都较为稳定,并且与实际的观测接近,最适用于珠江流域的蒸散发计算。在蒸散发的计算中,日照时数的缺测对PM公式计算精度的影响最大,风速次之。通过设定修正系数后的PMT公式,计算精度得到了明显提高,在一定程度上可以满足对蒸散发计算的精度要求。因此,在其他资料缺失的情况下,只利用气温数据计算的PMT公式可成为一种理想的蒸散发计算公式。     

Monthly calibration and optimization of ?ngstr?m-Prescott equation coefficients for comprehensive agricultural divisions in China

?ngstr?m-Prescott equation (AP) is the algorithm recommended by the Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations for calculating the surface solar radiation (R_s) to support the estimation of crop evapotranspiration.Thus,the a_s and b_s coefficients in the AP are vital.This study aims to obtain coefficients a_s and b_s in the AP,which are optimized for China’s comprehensive agricultural divisions.The average monthly solar radiation and relative sunshine duration data at 121 stations from 1957–2016 were collected.Using data from 1957 to 2010,we calculated the monthly a_s and b_s coefficients for each subregion by least-squares regression.Then,taking the observation values of R_s from 2011 to 2016 as the true values,we estimated and compared the relative accuracy of R_s calculated using the regression values of coefficients a_s and b_s and that calculated with the FAO recommended coefficients.The monthly coefficients,a_s and b_s,of each subregion are significantly different,both temporally and spatially,from the FAO recommended coefficients.The relative error range (0–54%) of R_s calculated via the regression values of the a_s and b_s coefficients is better than the relative error range (0–77%) of R_s calculated using the FAO suggested coefficients.The station-mean relative error was reduced by 1%to 6%.However,the regression values of the a_s and b_s coefficients performed worse in certain months and agricultural subregions during verification.Therefore,we selected the a_s and b_s coefficients with the minimum R_(s )estimation error as the final coefficients and constructed a coefficient recommendation table for 36 agricultural production and management subregions in China.These coefficient recommendations enrich the case study of coefficient calibration for the AP in China and can improve the accuracy of calculating R_s and crop evapotranspiration based on existing data.     

辽河三角洲不同干湿气候区参考蒸散发敏感因子时空变化

根据辽河三角洲19个气象台站1961~2010年气象观测资料,采用Penman-Monteith参考蒸散发计算方法,分析辽河三角洲半湿润区、半干旱区以及滨海干湿过渡区3个气候亚区参考蒸散发对平均气温、风速、相对湿度和太阳辐射的敏感性及其时空分异。结果表明：在半干旱区,敏感系数由大到小依次是相对湿度、风速、太阳辐射和平均气温;在半湿润区和滨海干湿过渡区,敏感系数由大到小依次是相对湿度、太阳辐射、平均气温和风速。不同气候亚区参考蒸散发对气象因子的敏感系数具有较大的差异和变化趋势。     

科尔沁沙地2种优势固沙灌木的相容性生物量模型

基于现有的灌木生物量模型存在各组分与总量不相容问题，以半干旱区科尔沁沙地2种优势固沙灌木小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）和黄柳（Salix gordejevii）为对象，通过对大样本的相关形态指标及生物量实测数据进行非线性回归和非线性误差变量联立方程组的计算，建立了2种灌木叶片、新枝、老枝和地上生物量的独立模型及与各组分相容的生物量模型，并通过决定系数R²、估计值的标准差SEE、总相对误差TRE、平均系统误差MSE（ASE）、平均预估误差MPE和平均百分标准误差MPSE对模型进行评价。结果表明：非线性加权回归使得两种灌木各组分的独立模型拟合效果优化，而生物量相容模型与独立模型相比，由于抽样误差的存在拟合效果不佳，相关评价指标较低。     

青藏高原近30年气候变化趋势

以1971~2000年青藏高原77个气象台站的观测数据 (最低、最高气温,日照时数,相对湿度,风速和降水量) 为基础,应用1998年FAO推荐的Penman-Monteith模型,并根据我国实际状况对其辐射项进行修正,模拟了青藏高原1971~2000年的最大可能蒸散,并由Vyshotskii模型转换为干燥度,力求说明近30年青藏高原的气候变化趋势,以及干湿状况的空间分布。应用线性回归法计算变化趋势,并用Mann-Kendall方法进行趋势检验。结果表明：青藏高原近30年气候变化的总体特征是气温呈上升趋势,降水呈增加趋势,最大可能蒸散呈降低趋势,大多数地区的干湿状况有由干向湿发展的趋势。气候因子与地表干湿状况间并不是线性关系,存在很大的不确定性。     

Comparison and Analysis of Estimation Methods for Heavy Metal Pollution of Farmland Soils

Heavy metal pollution of farmland soils is a serious environmental problem. The accurate estimation of heavy metal pollution levels of farmland soils is very crucial for sustainable agriculture. Concentrations of heavy metal elements (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn) in farmland soils at 186 sampling sites in the Baghrash Lake Basin, NW China, were determined and analyzed based on the pollution index (P_i), the geo-accumulation index (I_geo), the enrichment factor (EF), the ecological risk index (ER), and the environmental risk index (I_er). The results of these five different estimation methods were compared and discussed. The obtained results indicated that the average concentrations of all the heavy metals in the farmland soils of the study area were lower than the Soil Environmental Quality of China (GB 15168-2018) levels, but the average concentrations of Cd, Cr, Ni, Pb, and Zn exceed the corresponding background values. Significant differences in estimation results existed between the five estimation methods. Based on the identified concentrations, the average P_i, I_geo, and EF values of the heavy metals in farmland soils decreased in the order of: Zn > Pb > Cd > Cr > Ni > Cu > As, whereas the average ER values decreased in the order of: Cd > As > Cu > Pb > Ni > Cr > Zn, and the average I_er values decreased in the order of: Cd > Cu > Zn > As = Pb > Cr > Ni. The pollution class values with different estimation methods were ranked as: P_i > I_geo = EF > ER = I_er. The obtained results suggest that the most appropriate estimation method and soil background values of farmlands should be used for better understanding the environmental quality of farmland soils. Overall, the EF and ER methods are recommended for assessing heavy metal pollution risks of farmland soils.     

Quantitative Assessment of the Effects of Climate Change and Human Activities on Grassland NPP in Altay Prefecture

Grassland degradation in Altay Prefecture is of considerable concern as it is a threat that hinders the sustainable development of the local economy and the stable operation of the livestock industry. Quantitative assessment of the relative contributions of climate change and human activities, which are considered as the dominant triggers of grassland degradation, to grassland variation is crucial for understanding the grassland degradation mechanism and mitigating the degraded grassland in Altay Prefecture. In this paper, the Carnegie-Ames-Stanford Approach model and the Thornthwaite memorial model were adopted to simulate the actual net primary productivity (NPP_A) and potential net primary productivity (NPP_P) in the Altay Prefecture from 2000 to 2019. Meanwhile, the difference between potential NPP and actual NPP was employed to reflect the effects of human activities (NPP_H) on the grassland. On this basis, we validated the viability of the simulated NPP using the Pearson correlation coefficient, investigated the spatiotemporal variability of grassland productivity, and established comprehensive scenarios to quantitatively assess the relative roles of climate change and human activities on grassland in Altay prefecture. The results indicate three main points. (1) The simulated NPP_A was highly consistent with the MOD17A3 dataset in spatial distribution. (2) Regions with an increased NPP_A accounted for 70.53% of the total grassland, whereas 29.47% of the total grassland area experienced a decrease. At the temporal scale, the NPP_A presented a slightly increasing trend (0.83 g C m^?2 yr^?1) over the study period, while the trends of NPP_P and NPP_H were reduced (?1.31 and ?2.15 g C m^?2 yr^?1). (3) Compared with climate change, human activities played a key role in the process of grassland restoration, as 66.98% of restored grassland resulted from it. In contrast, inter-annual climate change is the primary cause of grassland degradation, as it influenced 55.70% of degraded grassland. These results could shed light on the mechanisms of grassland variation caused by climate change and human activities, and they can be applied to further develop efficient measures to combat desertification in Altay Prefecture.     

太阳直接辐射光量子通量的气候学计算方法

为了把太阳直接辐射通量密度换算成光量子通量密度,取用了一个简单的大气模式,计算了各种太阳高度、地面气压和大气浑浊度下太阳直接辐射中的光合有效辐射能量通量和光量子通量,从而得到了单位光合有效辐射能量所具有的光量子数。结果表明:这个数是比较稳定的。在平原地区,10—90°的太阳高度范围内,1W.m~(-2)的光合有效辐射通量密度具有4.72±0.11μmol.m~(-2).s~(-1)的光量子通量密度。本文还采用北京地区四个季节定时的太阳直接辐射分光测量资料和高原观测资料检验了模式计算结果的可靠性,获得了满意的结果。     

土地集约利用评价中适度指标标准化方法改进研究——以人口密度指标为例

基于极值标准化等传统方法开展的土地集约利用多因素综合评价中,评价因子与评价结果为线性相关关系难以妥善处理适度指标,以边际效用递减规律为理论基础,在分析适度指标标准化建模需求基础上,构建了基于二次函数的标准化处理方法,并以重庆市人口密度指标为例开展了实证研究。研究表明：适度指标对评价值的贡献符合边际效用递减规律;基于二次函数的标准化方法解决了适度指标在不同区间作用方向不同的需求;实证研究表明,改进方法较传统方法评价结论更符合实际,政策启示更符合重庆市五大功能区战略中的人口调控策略。