高寒地区铁路冻害研究分析

铁路冻害是影响铁路列车运行平顺性的重要季节性因素,主要表现在冬季温度降低导致的线路冻胀和春季温度升高导致的线路沉降,两种具体表现均引起线路高低起伏变化,加之在列车荷载的作用下,产生了翻浆冒泥、路基下沉、基床外挤、道碓陷槽等影响行车安全的重要病害,究其冻害产生的主要原因主要包括路基含水量、土质、温度、道床洁净度、力等方面。通过对太中银铁路陕北高寒地段的冻害分布数据、冻害观测数据、冻害形成规律等方面的分析研究,发现陕北地区黄土土质和当地的温度诱发该线路产生了严重季节性冻害,并判定其以路基冻害为主、道床冻害次之。针对太中银铁路陕北地段的冻害类型,分别阐述了冻害的预防改善措施和整治处理方法,并对可行性的理论方法进行相关说明。

2023年4月28—29日冻害对陇东苹果花期的影响分析

本研究以2023年4月28—29日陇东地区发生的苹果严重冻害事件为案例,旨在通过分析气象数据和苹果发育期资料,探讨不同品种和种植地域的苹果对低温冻害的敏感性及其影响因素。研究选取了庆城、合水、西峰、宁县、正宁、镇原、平凉等地区的国家级气象站1971—2023年的气温观测资料及1994—2023年西峰农业气象试验站的苹果发育期资料,采用统计学方法分析了不同品种、不同种植地域最低温度、低温持续时间与苹果花蕊受冻级别的相关性。结果表明,冻害对陇东苹果早熟品种嘎啦系、蜜脆、粉红女士,晚熟品种瑞阳、瑞雪、瑞香红等影响较小;对中熟品种富士系影响较大;苹果种植地域山地、平原较川地、塬畔严重;陇东苹果由于气候变暖原因花期提前,当温度降低到-2℃以下时,冻害程度会随着温度的降低和持续时间的增加而加重。在苹果花期,低温是影响冻害的主导因素,而最低温度和低温持续时间则是决定冻害程度的关键指标。如果温度持续低于苹果花期的耐受极限,那么冻害的发生和严重程度将随着低温的持续时间延长而增加,并通过实际灾情验证。本研究的结论对于优化苹果种植策略、改良品种选择、提高果业产值及振兴乡村经济具有重要意义。

临漳县小麦冻害预防及补救措施

临漳县农业基础好,具有种植小麦的优越自然条件,但是冬季冻害很大程度上影响着临漳县小麦安全生产。根据小麦受冻害的轻重程度不同,冻害可分为冬季冻害、早春冻害(倒春寒)和低温冻害,遇到冻害时,壮苗抗寒性能力较强,其受害程度往往低于旺苗和弱苗,因此,冬前要培肥地力、培育壮苗。

高海拔严寒地区隧道冻害研究现状及展望

针对高海拔严寒地区隧道冻害问题,结合隧道冻害的相关研究,从冻害类型及原因分析、冻害机制、温度场、处置措施等4个方面的现状进行阐述和分析,对当前研究存在的不足和未来的发展方向进行探讨。主要成果为:1)通过对高海拔严寒地区隧道工程实例进行分析,总结4种冻害类型及4种冻害原因;2)基于含水风化层冻胀理论、整体性围岩冻胀理论、衬砌背后积水冻胀理论、裂隙水冻胀理论等4种冻胀理论,建立多年冻土区以整体性围岩冻胀理论为主、季冻区以裂隙水冻胀理论为主的多理论联合分析的方法;3)温度场研究方法分为现场监测、理论解析、模型试验、数值模拟等4种,其中现场监测是对洞内外温度进行监测,而理论分析、模型试验、数值模拟则是对监测结果进行验证分析;4)冻害处置措施有防排水措施、保温防寒措施、抗冻措施等3种,防冻的关键是将三者相结合进行综合治理;5)指出冻害机制适用性、温度场研究方法现状、处置措施适用性等方面的不足,未来应在高海拔严寒地区建立多种冻胀理论、多种研究方法综合应用的研究体系,并在隧道防排水、保温防寒、抗冻等方面给出处置措施。

基于改进HRNetV2的高寒区隧道衬砌冻害检测方法

针对修建在高寒区的隧道衬砌存在的所处环境恶劣、冻害频发、衬砌图像干扰因素多、冻害目标尺度不一致及传统人工目视检测方法效率低下且成本昂贵等问题,提出了基于HRNetV2的高寒区隧道衬砌冻害检测方法。首先以HRNetV2为基础模型,提出改进模型,在主干特征提取网络结合迁移学习的知识,在结构中引入注意力机制以加强模型对于冻害特征的学习能力,并使用Focalloss作为损失函数以解决类别不平衡问题。为验证改进后模型的性能,使用高清摄像头采集高寒区隧道衬砌冻害图像,经过裁剪及数据增强等手段,建立一个包含2800张图像的冻害数据集。实验结果表明,改进后的模型在冻害数据集上的平均交并比(mean intersection over union,mIoU)可达到89.05%,相比原始模型提升了5.41%,在面对复杂形态冻害时展现出较好的鲁棒性,可直接应用于高分辨率原图;且在综合性能上优于DeeplabV3+、U-Net、PSPNet三种模型。所提方法可准确、安全地实现衬砌冻害智能检测,可为高寒区隧道智能化运维提供一定技术支持。

基于概率回归和信息扩散理论的南充晚熟柑橘低温冻害指标体系研究

低温冻害是南充市晚熟柑橘的主要灾害,本研究旨在建立一套低温冻害指标体系,以减少南充市晚熟柑橘因低温冻害而造成的损失。通过分析农业部门提供的冻害实验数据和历史灾情记录,并结合国家气象监测站的小时气温数据,在满足特定气候条件(冬季天空无云或少云,日温差大于等于8℃,最低气温小于等于3℃)的基础上,运用概率回归和信息扩散理论方法对低温冻害指标阈值进行研究。结果发现,两个实验果园中气象温度与实测温度的线性回归关系显著,且通过统计检验。具体为当气象温度为西充1.7℃和嘉陵2.6℃时,相应果园的实测温度将至-2℃,开始出现冻害现象。根据目前精细化天气预测能力,研究构建了一个基于两周滑动时段的复合指标阈值体系,该体系包括低温冻害日最长持续时间、总持续时间和总天数3个指标。通过对4个冻害样本的检验,结果显示冻害指标评级与实际观测到的冻害等级高度一致,证明了该冻害指标体系具有较好的实际应用价值。

基于GIS的宁夏枸杞花期冻害风险分析与区划

宁夏具有独特的地理环境和气候条件,是我国重要的枸杞产区。宁夏枸杞具有品质优良、营养丰富的特点,但枸杞花期冻害是影响其产量和品质的重要因素之一。采用GIS技术,结合气象数据、地形地貌数据、土壤数据等,对宁夏枸杞花期冻害风险进行分析与区划,为宁夏枸杞产业防灾减灾体系建设提供参考。

基于CMA-GD模式的江西蜜柚冻害精细化预警技术开发

通过将蜜柚受冻温度指标与冻害防御措施气象指标相结合的策略,构建了蜜柚冻害预警气象等级指标,进而应用CMA-GD模式(华南区域中尺度数值模式)的江西省智能网格预报区域2 m气温逐小时预报产品,对2020/2021年度越冬期江西蜜柚冻害进行预警试验,分析基于CMA-GD模式开展逐小时蜜柚冻害预警的可行性。结果表明,构建的蜜柚越冬期冻害气象等级指标能反映蜜柚实际受冻症状和冻害程度;基于CMA-GD模式的蜜柚冻害等级预警产品,能提前3 d比较准确地捕捉到冻害发生发展的变化过程,可为启动蜜柚冻害预警、提前掌握蜜柚冻害程度较重时间节点和蜜柚冻害发生发展阶段提供科技支撑。

沧州市果树冻害发生原因及预防挽救措施

沧州市2023年12月14日出现了暴雪,雪后持续低温、积雪的极端天气较长,积雪深度达17厘米。2024年2月20日再次普降大雪,积雪最深达19厘米。雪后反复融冻,致使部分果树遭受到低温冻害,给林果生产造成了严重的经济损失。基于此,笔者积极探讨果树冻害发生的原因,合理制定应对冻害发生前的防御措施及事后管理方案,从而达到减灾降损的目的。

山东省苹果树花期冻害为害症状及预防措施探究

苹果是山东省的重要经济作物,其种植面积占全省总面积的1/3以上。近年来,由于气候变化频繁,苹果树花期冻害事件频发,不仅导致苹果产量和质量降低,还会给果农经济收益造成较大影响。基于此,分析了花期冻害症状,提出了选择适宜的建园环境、选择抗冻品种、延迟花期、物理改善以及冻害后采取应急修复等方法,旨在降低冻害为害,促进果树种植业良好发展。

基于深度学习、小波变换和可见光谱的茶树冻害程度评估

茶树冻害鉴定是评价茶树抗逆性、指导茶园越冬管理的基础。茶树冻害鉴定的传统方法主要通过人工观察茶树叶片的冻害数量和冻害程度,存在准确率低,效率低,主观性强等缺点。提出一种基于深度学习、小波变换和可见光谱的茶树冻害程度评估框架。首先,采集了1 000张茶树受冻后的树冠图像,并且按照4∶1分为训练集和测试集,并对训练集图像的冻害叶片进行标注。其次,采用Faster R-CNN网络对茶树的冻害叶片进行识别提取,并且分别选择了AlexNet、 VGG19和ResNet50三种特征提取器,选择鲁棒性最高的特征提取器作为主干网络。然后,将提取到的茶树冻害叶片图像进行小波变换增强处理,从而得到了一张低频率和三张高频率的图像。将小波变换处理后的图像和未经小波变换处理的图像分别输入到VGG16、 SVM、 AlexNet、 ResNet50等网络对冻害叶片进行分级,比较四种网络的分类性能。根据冻害叶片的数量、冻害叶片的程度,不同冻害程度叶片的权重系数,对茶树受冻程度打分,从而对茶树整体的冻害程度进行评估。结果表明:(1)基于ResNet50的Faster R-CNN模型提取茶树冻害叶片的性能最好,其查准率为93.33%,查全率为92.57%,高于VGG19和AlexNet作为主干网络的识别性能,可以确保大多数的冻害叶片都能被提取出来,并为叶片的冻害程度进一步分级提供基础。(2)VGG16模型分类不同冻害程度的叶片的整体准确率为89%,高于其他模型(SVM、 AlexNet、 ResNet50)的整体分类准确率,表明VGG16模型具有较高的鲁棒性。(3)小波变换处理后的冻害叶片图像与未经小波变换处理后的冻害叶片相比较,能提升模型的整体分类准确率2%~6%。说明小波变换增强技术可以提高网络的准确率。因此,本实验框架可以准确和高效地将茶树冻害叶片进行分级,对于茶园冻害程度的评估具有重要价值,为北方茶园的越冬防护提供技术支撑。

基于群组决策的寒区隧道冻害风险评价研究

研究目的:为客观有效评估隧道冻害程度,基于群组决策和三角模糊数法构建寒区隧道冻害风险评价模型。首先,采用更有利于专家表达的三角模糊数建立判断矩阵,利用相容度指标确定专家判断水平,从而赋予相应权重;其次,综合考虑引起寒区隧道冻害的温度、水文、围岩条件和工程措施等因素,形成二级评价指标,通过三角模糊数群组决策模型确定各指标权重;再次,将二级评价指标分为10个定量指标和6个定性指标,定量指标按梯形分布建立隶属度函数,定性指标由专家按百分制打分,再按梯形分布函数确定各等级隶属度;最后,通过模糊综合评价方法计算确定隧道冻害等级,并提供相应的预防措施。研究结论:(1)选取温度、水文、围岩条件和工程措施4个一级指标、16个二级指标,设置4个冻害等级,构建了基于三角模糊数的群组决策寒区隧道冻害风险综合评价体系;(2)本文提出的冻害风险评价模型应用于杀虎口隧道,风险等级评价结果与隧道实际冻害一致,验证了模型的合理性;(3)本文模型更加客观全面,可为隧道冻害风险提供安全预警和防控建议。

变暖环境下华北农业气象灾害风险评估Ⅱ:基于综合指标体系法的河北梨树花期冻害风险评估及验证

从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性和防灾减灾能力4个方面选取16个指标,构建河北省梨树花期冻害风险评估模型,并检验模型稳健性;采用1997-2017年河北省11个地市梨树平均单产验证风险评估结果的合理性。结果表明:(1)河北北部梨树花期冻害风险较高,与该地区较高的危险性和脆弱性有关,中南部花期冻害风险较低,主要得益于较低的危险性、脆弱性和较高的防灾减灾能力。(2)优化风险评估模型指标、方法后,各站梨树花期冻害风险排名变幅较小,平均排名变化6.2位,体现了模型较好的稳健性。(3)利用梨树多年平均单产验证了冻害风险评估结果的合理性,11个地市的风险与单产排序差异平均为2.0位,验证了基于本文提出的聚合方法得到的风险评估结果是合理的。根据以站点为单元的河北梨树花期冻害风险评估模型,可了解当地冻害风险,因地制宜制定冻害应对策略,为研究区梨树稳产丰产提供理论支持和政策建议。

基于特征增强的冬小麦冻害精细空间分布遥感提取方法

如何及时、准确地获取大范围内作物冻害空间分布数据,是目前农业领域迫切需要解决的问题。本文根据冻害冬小麦的生长变化特点,提出了基于特征增强的冬小麦冻害精细空间分布遥感提取方法(Winter Wheat Frost Damage Fine Spatial Distribution Extraction Method,WWFDFSDEM),用于从高分辨率遥感影像中提取高质量的冻害空间分布数据。选择冻害发生前后两期高分辨率遥感影像作为数据源,根据正常冬小麦和冻害冬小麦区域的影像特点,确定以红、近红、绿三个通道以及NDVI作为基础特征,充分利用像素级特征的空间相关性来增强特征的细节信息,以交叉熵为基础,加入特征类内差异因子和类间差异因子建立损失函数,用于增强特征的区分能力。选择山东省淄博市高青县为研究区,高分2号遥感影像为数据源,决策树、经典SegNet、RefineNet、ErfNet、UNet作为对比模型开展对比实验,WWFDFSDEM提取结果的精度(94.5%),查准率(90.8%),查全率(91.3%)均优于对比方法,证明了方法在提取冻害精细空间分布方面的有效性。方法能够满足农业生产管理、农业保险等领域提取作物冻害精细空间分布数据的需求。

基于深度学习的河南冬小麦春季冻害识别及年代际变化特征模拟

采用深度学习长短时记忆模型LSTM,基于中国重要冬小麦种植区河南省的99个气象站点1981-2020年的气象、作物、灾情等多源数据,识别河南冬小麦春季冻害发生情况,探讨冬小麦春季冻害时空分布规律和年代际变化特征。结果表明:(1)优化后的LSTM模型可较好实现冬小麦春季冻害的识别。2017-2020年LSTM模型模拟日最低气温结果与实际最低气温相比,平均绝对百分比误差MAPE为8.73%,拟合优度R^(2)为0.90。结合冬小麦春季冻害指标和灾情资料,2017-2020年实际受灾情况与本研究模型模拟结果相符。(2)1981-2020年河南冬小麦春季轻度冻害危害在逐渐减弱,轻度冻害发生频率高值区由东北部南移至东部。1981-2020年河南冬小麦春季轻度冻害的整体分布情况呈东北部高,西南部和东南部低,40a平均发生频率为0~1.75次·10a^(-1)。轻度冻害发生频率由0.843次·10a^(-1)逐步降至0.157次·10a^(-1),其高值区由东北部南移至东部。(3)1981-2020年河南冬小麦春季重度冻害发生频率呈先增后减趋势,其发生频率高值区由东北部南移至东部。重度冻害40a整体分布表现为东部地区高于西部地区,北部地区高于南部地区,40a平均发生频率为0~2.75次·10a^(-1)。冬小麦春季重度冻害的发生频率由0.508次·10a^(-1)增至0.857次·10a^(-1),后减至0.289次·10a^(-1),重度冻害发生频率高值区由东北部南移至东部。河南冬小麦春季冻害整体呈减少趋势,但气候变暖下极端天气事件发生频率呈增加态势,加强气候变化背景下中国重大农业气象灾害对各地区农业生产影响的研究仍然是今后研究重点之一。本研究提出的基于深度学习LSTM的冬小麦春季冻害识别模型,对各精度评价指标均有提升,冻害识别结果与实际发生情况基本一致,可为全球气候变化背景下大面积冬小麦冻害识别提供思路和方法,对其他农业气象灾害识别有一定参考价值。

低温冻害对四川地区设施草莓的影响及抗寒防冻技术措施

设施冬草莓作为全省草莓主要种植模式,政府的引导和支持使设施草莓产业得到了快速发展,目前已经成为很多地区脱贫致富和实现乡村振兴的重要抓手。低温冻害是冬草莓生产关键期的主要气象灾害,制约着草莓产业高质量发展,因此针对草莓冬季低温冻害,提出行之有效的抗寒防冻技术措施,以期减少低温冻害对草莓造成的损失,推进我省现代设施农业绿色可持续发展。

黄皮冻害预防与冻后管理措施

黄皮喜温暖湿润环境,在气温低于0℃、持续2 d以上时可能会被冻死。黄皮种植是阳朔县杨堤乡的传统特色产业,部分年份的霜冻天气会给黄皮生产造成重大损失。本文以杨堤乡黄皮为例,通过对黄皮受冻位置、树龄、生长状况、果园位置等因素对受害轻重影响的分析,提出了合理建园、加强管理、树盘覆盖与树干培土等预防措施,及全面清园、加强土壤、水分管理等冻后管理措施,以降低冻害损失,增加农民收入,助力乡村振兴。

临汾市浮山县桃园冻害调查初报

桃树种植范围广泛、品种繁多。生产中,根据栽植地气候条件和桃品种习性选择适宜的品种进行种植十分重要。2023年浮山县冬季发生了-20℃的持续低温,受极端低温天气的影响,大部分桃园发生冻害且不同桃品种受冻情况各异。课题组对当地主要栽植品种的受冻情况进行了随机调查和统计,对冻害发生的影响因素进行了分析,并提出相对应的处理措施。

邯郸地区园林养护中植物冻害及防寒技术分析

园林养护中植物防冻及防寒技术是一项重要的工作,特别是在冬季和早春,植物容易受到低温的侵害,本文通过阐述园林植物对城市生态环境的积极意义,强调园林养护的重要性,重点讲述园林养护过程中园林植物冻害发生的原因、发生冻害的部位、表现及对园林植物的危害。在分析邯郸市气候特征和园林植物种类特征的基础上,提出适合于邯郸市园林植物的防寒措施,以助力邯郸市的园林绿化事业发展。

新疆西天山峡谷不同坡位野核桃冻害特征

严重的冻害影响核桃生长发育甚至导致植株死亡。采用样方法调查新疆西天山峡谷野核桃自然保护区不同坡位野核桃的冻害情况,分析了野核桃冻害的分布特征,树高、冠幅和坡位对野核桃冻害的影响。结果表明:(1)野核桃总冻害率87.1%,其中,2级冻害株的比例最大(43.4%),其次为1级(22.5%)、3级(17.5%),4级最少(3.7%)。(2)野核桃冻害株以坡中比例最大(46.5%),其次坡底(35.9%),坡顶最少(4.7%);未受冻害株以坡顶比例最大(7.4%),其次坡底(3.3%),坡中最少(2.2%)。(3)6个树高级(H)冻害株的比例依次为:H1(43.4%)>H4(19.5%)>H6(17.0%)>H5(15.7%)>H3(4.3%)>H2(0.1%)。(4)6个冠幅级(CW)冻害株的比例依次为:CW1(43.4%)>CW4(22.1%)>CW3(20.3%)>CW5(9.5%)>CW2(2.9%)>CW6(1.8%)。(5)同一坡位不同树高级和冠幅级冻害株比例差异显著(P<0.05);1级和2级冻害株主要发生在坡中和坡底,3级和4级冻害株主要发生在坡中。(6)冻害株与胸径呈显著相关(P<0.05),与冠幅呈极显著负相关(P<0.01)。保护区的野核桃植株大部分遭受冻害,野核桃植株冻害等级比例在不同坡位、不同树高级和不同冠幅级之间差异较大。本研究结果为保护区的管理和野核桃冻害的预防提供科学参考。