Sensitivity of soil parameters in unsaturated zone modelling and the relation between effective,laboratory and in situ estimates

Simulation of soil moisture content requires effective soil hydraulic parameters that are valid at the modelling scale. This study investigates how these parameters can be estimated by inverse modelling using soil moisture measurements at 25 locations at three different depths (at the surface, at 30 and 60 cm depth) on an 80 by 20 m hillslope. The study presents two global sensitivity analyses to investigate the sensitivity in simulated soil moisture content of the different hydraulic parameters used in a one‐dimensional unsaturated zone model based on Richards' equation. For estimation of the effective parameters the shuffled complex evolution algorithm is applied. These estimated parameters are compared to their measured laboratory and in situ equivalents. Soil hydraulic functions were estimated in the laboratory on 100 cm³ undisturbed soil cores collected at 115 locations situated in two horizons in three profile pits along the hillslope. Furthermore, in situ field saturated hydraulic conductivity was estimated at 120 locations using single‐ring pressure infiltrometer measurements. The sensitivity analysis of 13 soil physical parameters (saturated hydraulic conductivity (K_s), saturated moisture content (θ_s), residual moisture content (θ_r), inverse of the air‐entry value (α), van Genuchten shape parameter (n), Averjanov shape parameter (N) for both horizons, and depth (d) from surface to B horizon) in a two‐layer single column model showed that the parameter N is the least sensitive parameter. K_s of both horizons, θ_s of the A horizon and d were found to be the most sensitive parameters. Distributions over all locations of the effective parameters and the distributions of the estimated soil physical parameters from the undisturbed soil samples and the single‐ring pressure infiltrometer estimates were found significantly different at a 5% level for all parameters except for α of the A horizon and K_s and θ_s of the B horizon. Different reasons are discussed to explain these large differences. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

PEIV模型参数估计新算法

PEIV(Partial Errors-In-Variables)模型是EIV模型的扩展,它能解决系数矩阵含有非随机元素或存在结构特性的问题。针对常规PEIV模型算法的复杂性,提出了一种PEIV模型参数估计的新算法。该算法将系数矩阵含误差的元素看成是一类观测值,与平差模型原观测值构成两类观测值,将PEIV平差模型表示为类似于传统的最小二乘间接平差模型,再通过非线性最小二乘平差理论,推导出了算法的迭代公式和精度评定公式。算法迭代格式与间接平差类似,通过算例验证了算法的可行性和正确性。     

求解GM(1,1)模型新总体最小二乘算法

在GM(1,1)模型中系数矩阵和观测向量都是由原始序列组成的。系数矩阵中同样是有误差的,与观测向量中的误差一样,亦来源于原始序列,即它们误差同源。不同位置的相同元素应该有相同的改正数,采用传统总体最小二乘求解则不能达到此目的。针对这一缺陷,推导了一种新的总体最小二乘算法;并且通过算例验证了新方法的可行性和有效性。     

IEC的风机选型参数估算方法在中国的适用性研究

国际电工委员会编制的《风力发电机组设计要求》(IEC 61400-1)推荐了针对风电机组安全等级评估的极端风速和湍流强度特征值估算方法,因其简单便捷,在风电领域被广泛采用。利用全国风能资源专业观测网的193座测风塔观测数据,对IEC推荐的极端风速计算方法与我国规范推荐的基于极值I型概率分布方法进行比较,发现两种方法计算的193座塔70 m高度层50年一遇10 min平均最大风速,仅有7座测风塔较为一致,差异在±1%;IEC推荐方法的计算结果多数偏小,其中偏小10%以上的测风塔有121座,偏小30%以上的有44座测风塔,而偏大10%以上的只有9座测风塔;IEC方法计算的极值风速大幅度偏小的测风塔主要分布在台风影响的东南沿海地区,偏差较小的测风塔主要分布在西北和华北地形平缓区域,但同时偏大10%以上的测风塔也多分布在这一地区。以目前行业领域普遍采用的以15 m·s~(-1)风速的平均湍流强度作为风电机组选型指标,与严格按照规范,以15 m·s~(-1)风速段所有样本湍流强度的90%分位数处的值作为指标进行风电机组等级确定作对比,发现193座塔中有46座塔的选型是不安全的,甚至相差两个等级。     

高建筑对周围建筑雷击保护距离的模拟

在已有先导连接参数化方案的基础上,选取近地面层为研究区域,保持方案中其他基本参量不变,通过改变闪电的空间形态,在同一建筑分布的背景下进行多次闪电模拟。研究多个建筑之间的屏蔽作用以及建筑雷击保护距离与建筑相关特征参数之间的关系,结果表明:高建筑对矮建筑具有屏蔽作用,并存在一个临界保护距离,当高、矮建筑高度分别为190 m和165 m,宽度均为20 m时,建筑之间的距离在12 m以内,矮建筑受高建筑完全保护不遭受雷击;建筑之间的距离超过12 m,矮建筑遭雷击次数明显增多。     

东山乌礁湾海滩表层沉积物粒度时空变化分析

为了进一步了解海岛岬湾海岸表层沉积物粒度的时空分布特征和形成机制,作者以福建东山岛乌礁湾为典型研究区,通过秋、春、夏3个不同季节海滩表层沉积物的采集和点位测量,综合应用激光法和筛析法进行粒度测定。结果表明,东山乌礁湾海滩表层沉积物以0.16～0.50 mm之间的中、细砂为主,并含有少量的粗砂和细砾,这与区域砂质沉积背景有关;湾内从南到北剖面沉积物粒径由粗砂到细砂逐渐变细,主要受剖面地形、局地物源、季节性风浪作用和近岸往复水动力的影响。时间变化上,各取样站位表现出沉积物粒径粗、细不同程度的多种变化趋势,以秋季为参考,整体上表现为由南到北粒级的变小、增大和稳定,这与东北、南南西季风影响下的浪、潮作用以及沿岸流系格局变化下的水动力环境有关。     

文蛤早期发育阶段生长性状遗传参数的估计

采用部分因子设计构建了23个全同胞家系,应用单性状及两性状动物模型对文蛤(Meretrix meretrix)早期不同生长发育时期的生长性状进行遗传力和相关性估计。结果表明,文蛤附着变态期以及稚贝期生长性状的遗传力并无显著差别,在0.11~0.41范围内变化,属于中等遗传力。非遗传的共同环境效应随着年龄的增长而呈现上升趋势,由附着变态期的0.02逐渐增加到稚贝期的0.38,且稚贝期的共同环境效应显著大于其附着变态期(P0.01)。壳长与壳高表型相关和遗传相关的分析结果显示,从附着变态期到稚贝期,壳长与壳高之间的表型相关及遗传相关都存在极显著的正相关性,相关系数的范围分别为0.84~0.95、0.93~0.99。早期发育连续时间段生长性状之间的遗传相关均为正相关,但并不显著,且不同时期的遗传相关也不尽相同(0.34~0.71)。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

区域地球化学评价中变异系数校正参数的意义

通过对我国新疆西天山各地球化学区数据的归纳和研究,计算西天山12种常见成矿元素在各地球化学区的富集系数,提出校正系数公式,并将变异系数进行合理的校正与排序。与实际矿床和矿点结合,验证校正系数的正确性和适用性,预测元素成矿有利顺序和规律,总结出西天山富集系数与变异系数在成矿中的制约关系。该方法实现了不同成矿元素之间成矿条件的对比,拓宽了地球化学参数的适用性,提高了在勘探程度较低的地区地球化学评价方法的准确性,为地球化学评价提供科学依据。