卫星遥感敦煌地区地表特征参数研究

卫星遥感在研究沙漠化地区非均匀地表特征参数时有其独到的作用。本文提出了一个基于Landsat-7TM资料推算沙漠化地区地表特征参数的方案,并把其用于中国西北地区"我国重大气候和天气灾害形成及预测理论的研究"的敦煌试验区,并且利用3个景Landsat-7TM资料进行了分析研究,得到了一些有关沙漠化地区非均匀地表区域地表特征参数(地表反射率、地表温度、修正的土壤调整植被指数MSAVI和植被覆盖度)的新概念。

浅层包气带水汽昼夜运移规律及其数值模拟研究

西北干旱、半干旱地区，浅层包气带水分通量主要由水汽组成，而水汽在运移过程中产生的能量转换和质量迁移是地表质能平衡计算不可缺少的重要源汇项。在野外进行一个沙坑实验，发现土壤水在中午（12：00～15：00）达到最大值（10cm深度，5．9～6．1cm^3／cm^3；30cm深度，11．9～13．1cm^3／cm^3），而在凌晨（02：00～05：00）出现最小值（10cm深度，4．4～4．5cm^3／cm^3；30cm深度，10．4～10．8cm^3／cm^3）。为进一步验证该实验条件下的土壤水运移及分布规律，考虑了土壤水、汽、热耦合运移的HYDRUS-ID模型被用来对实验过程进行模拟，模拟结果与实测结果吻合较好。为描述土壤水分昼夜运移模式，笔者将土壤水耦合运移的时间信息和空间信息进行同步分析；并根据土壤水运移的不同驱动力，分别对温度梯度、基质势梯度作用下的液态水及汽态水通量进行了分析。

基于MODIS产品影像及陆面能量平衡系统(SEBS)的河北平原区域蒸散估算(英文)

地表蒸散是区域水文循环的重要组成部分之一,传统的地表蒸散估算一般基于点上的气象观测数据,当用于区域地表蒸散评价时,具有一定的局限性。随着遥感技术的发展,利用遥感影像能够对大区域进行观测的优势进行区域地表蒸散估算已成为可能。地表能量平衡系统(SEBS)是根据地表能量平衡估算地表蒸散量的一种方法,该方法由于提出了地表能量传输过程中关键制约因素热传导粗糙度的估算模型而在遥感蒸散计算方面具有较高的精度。本文在SEBS模型的基础上,以河北平原为例,采取中分辨率成像光谱辐射仪(MODIS)产品影像,根据研究区下垫面的实际情况进行了参数估算,进行了区域实际蒸发蒸腾量计算及模型精确度评价,并在SEBS模型的基础上,提出了新的"标准化温度差-反照率"特征空间分析方法,对研究区内地表土壤水分现状进行了评价;最后,对河北平原地表蒸散时空分布进行了分析。计算结果表明,在所选取的晴空乌云条件下,根据SEBS模型计算所得的地表蒸散与研究区内利用大型承重式蒸渗仪所测量的地表实际蒸散量具有很好的一致性,说明SEBS模型在遥感蒸散计算方面据有较高的可信度。然而,由于地表蒸散的遥感估算是以所获取的遥感影像单元为基础,计算误差不可避免,尤其是使用低分辨率遥感影像的时候,每个影像单元所反映的地表蒸散为单元内各种地表覆盖的综合反映,当与只反映一种地表覆盖蒸散的大型承重式蒸渗仪测量结果进行比较时,误差是显而易见的,因此,若着重考虑模型精度验证,尚需在以后的研究中考虑使用高分辨率的遥感影像。地表土壤水分或湿度状况是地表能量交换及蒸散发生的主要控制因素。利用地表温度与植被指数的关系对区域地表湿度状况进行监测在实践中被广泛利用,然而,由于不用地区地表属性的千差万别,当利用这种方法进行区域地表湿度评价时,"地表温度-植被指数"特征空间的边界很难确定。本文在SEBS模型的基础上,提出新的"标准化温度差-反照率"特征空间分析方法,对研究区内地表土壤水分现状进行评价,结果显示,由于在SEBS模型中考虑了干限和湿限两种极端情况下的能量平衡,"标准化温度差-反照率"特征空间的边界问题很容易被确定,利用修正的特征空间,可以对区域土壤水分或湿度状况进行客观的评价。下垫面的几何特征参数的精确反演是进行地表能量平衡模拟的基础,目前多根据有关经验公式利用遥感影像进行下垫面几何特征参数估算,由于已有的经验公式多基于不同研究区域获得,当应用到新的研究区时,其具体参数需要进一步调整,以获得对下垫面的几何特征的精确描述。由于缺乏相关实测资料,本研究中利用经验公式进行下垫面几何特征参数,误差不可避免,需要在以后的研究中进行深入探索。另外,地表蒸散的计算只是进行区域水资源评价、农业节水措施评价以及全球变化等研究的一个中间环节,需要在以后的研究中根据具体研究目的进行进一步研究。

基于调度图的金沙江下游梯级水电站改进蓄水策略研究

为缓解金沙江下游梯级水电站汛末蓄水矛盾,改善蓄水过程中按调度图运行存在下泄流量、出力过程波动较大等问题,以溪洛渡、向家坝梯级水电站为研究对象,通过设置不同提前蓄水时机组合,提出基于水电站调度图的改进蓄水策略,并从年平均蓄满率、汛末蓄水位、总弃水量、总发电量等指标综合比较分析,确定了当起蓄时机为溪洛渡9月1日、向家坝9月1日,并采用改进蓄水策略蓄水时,为梯级最佳蓄水方案。同时,采用丰、枯典型年对蓄水过程进行验证。研究结果表明:提前起蓄时机有助于水电站提早蓄滞一部分汛末水量,缓解梯级水电站间的蓄水矛盾;改进蓄水策略充分利用调度线的过渡作用,有助于减少水电站出力在不同调度区之间大幅度来回跳动,实现了下泄流量、出力过程稳定。该研究成果可为金沙江下游梯级水电站汛末蓄水调度提供科学的参考依据。

光照强度和CO_2浓度对柑橘树植株蒸腾规律影响研究

利用人工气候室控制实验过程中光照强度和二氧化碳浓度,采用称重法和茎流计法测定柑橘树植株蒸腾过程中的单位时间的蒸腾速率,以期得出不同光照强度和二氧化碳浓度因素影响下的柑橘树植株蒸腾规律。研究结果表明:二氧化碳浓度单独影响下,植株蒸腾速率随二氧化碳浓度的升高先增加后减少,一般在500×10-6时开始下降;温度、湿度、二氧化碳浓度一定时,植株蒸腾速率在一定范围内随光照强度的增加而加快,但增长速度越来越慢,甚至出现减小趋势;光照强度和二氧化碳浓度同时变化时,植株在1个实验周期内蒸腾规律基本呈单峰曲线,光照强度越强,二氧化碳饱和点越高,蒸腾速率也越大,蒸腾速率变化也越快。

基于二维嵌套动态规划的清江梯级联合调度研究

针对目前改进动态规划算法和智能优化算法在梯级水电站联合调度求解过程中的非全局最优解,本文以清江梯级水电站为研究对象,提出二维嵌套动态规划算法进行优化调度,调度中考虑上游水电站每一次的出流过程对于中下游两水电站发电量的影响,中游水电站每一次的出流过程对于下游水电站发电量的影响,并将优化调度结果与实际调度、常规动态规划调度进行对比,取得了很好的效果,为梯级水电站的联合调度提供了一种全局调度的思想和方法。

基于漫水填充算法的叶面积仪研制

叶片是植物进行光合和蒸腾作用的主要器官,叶片面积大小直接影响植物对光的利用效率。快速准确地测量叶面积能够有效提高植物光合和蒸腾作用研究的效率。测量叶面积的方法有很多种,其中以叶面积仪法最为广泛使用。但是国内现有叶面积仪开发的种类较少,误差比较大,且重复性较差。因此,提出一种基于漫水填充算法的手持式叶面积仪,并通过与传统方法测定不同形状叶面积进行比较。结果表明:该叶面积仪测量误差仅为0.55%,且多次测量变异性较小,最低变异系数仅为0.7%,平均变异系数为1.2%,测量效率高,适合推广使用。

卫星降雨在流域水文设计中适用性分析

为获取雨量站网稀疏或缺资料地区的降雨径流设计值,假定历史时期花园流域内仅有一个雨量站,借助流域31年(1983~2013年)PERSIANN-CDR卫星反演日降水数据,建立由雨量站与卫星降雨推求流域平均雨量的方法,利用新安江模型模拟日流量,并推求径流设计值,与实际值对比来检验卫星降水反演水文设计值的可行性。结果表明,直接利用PERSIANN卫星反演流域降雨误差较大,采用基于雨量站降雨与卫星降雨的人工神经网络(ANN)法计算流域平均降雨的精度有大幅提高;各雨量站模拟情景下日径流模拟确定性系数变化范围在0.50~0.79之间,年最大1、3、7d各频率设计流量与实测系列相对误差多数在20%以内,可为流域水文设计提供参考。

不同下垫面大气边界层湍流的混沌特性研究

根据３ 种不同观测资料，计算和分析了有关诊断具有耗散结构的系统混沌运动的特征量：功率谱、关联维数、Ｌｙａｐｕｎｏｖ 指数和关联熵。结果表明：尽管下垫面明显不同，大气边界层湍流均为混沌运动。

施用量及降雨量对碳酸氢铵化肥在砂壤土中垂向迁移转化的影响

土壤氮素是制约作物产量和品质的主要环境因素之一,施用氮肥对农业生产的发展起着重要的作用,研究碳酸氢铵的迁移转化规律对于现代农业发展具有重要意义。通过室内土柱试验对不同碳酸氢铵化肥施用量和不同降雨量进行模拟,在充分供水条件下,抽取土柱不同高度处不同时间的水样,通过测量氨氮、硝态氮和总氮的浓度,分析无机氮垂向迁移转化的规律。结果表明,浅层土中氨氮浓度急剧降低,深层土中氨氮浓度先增加后降低;化肥施用量越多,氨氮浓度变化趋势越平缓;降雨量越大,氨氮损失量越高;硝态氮浓度先增加后降低;化肥施用量越高,硝态氮浓度变化趋势越剧烈;降雨量的变化对硝态氮浓度影响不大;总氮浓度变化趋势与氨氮保持一致。

青藏高原复杂地表能量通量研究

“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究”(GAME/Tibet)和“全球协调加强观测计划(CEOP)亚澳季风之青藏高原试验研究”(CAMP/Tibet)的加强期观测和长期观测已经进行了9年多,并且已取得了大量的珍贵资料。首先介绍了GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验的情况,并利用观测资料给出了局地能量分布(日变化和月际变化)特征。复杂地表区域能量通量研究是青藏高原地气相互作用研究中的重中之重。卫星遥感的应用成为解决这一问题,即实现GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验主要初衷的必不可少的手段。利用卫星遥感观测(Landsat-7ETM)资料结合地面观测的方法,计算得到了相关地区非均匀地表区域上的地表温度、地表反射率、标准化差值植被指数(NDVI)、校准的调整土壤植被指数(MSAVI)、植被覆盖度和叶面指数(LAI)及能量平衡各分量(净辐射通量、土壤热通量、感热和潜热通量)的分布图像,所得结果基本可信。为了得到整个青藏高原复杂地表的热通量分布,中国科学院青藏高原研究所正在与其他研究单位一起建立青藏高原地表和大气过程监测系统(MORP)。最后介绍了该监测计划和已建立的3个综合观测研究站及如何利用建立的台站把站点观测的热通量推广到整个青藏高原的途径。

珠峰北坡地区近地层大气湍流与地气能量交换特征

利用珠峰北坡曲宗地区连续一年的大气观测资料(2005年4月至2006年3月),分析了珠峰北坡地区近地层大气湍流宏观统计特征和西南季风爆发前后地气能量交换特征。研究表明在珠峰北坡地区Monin-Obukhov相似定律同样适用。拟合得到了珠峰北坡曲宗地区近地层无因次风速分量方差以及温度和湿度归一化标准差和静力学稳定度的函数关系。研究得出曲宗地区能量平衡各分量(净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量)以及地面加热场具有明显的季节变化和日变化规律。尤其是在西南季风的影响下,曲宗地区感热通量和潜热通量在季风爆发前后具有明显相反的变化趋势。其它特征参数(波文比和地表反射率)在西南季风爆发前后的变化规律也十分明显。

复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。

不同下垫面的粗糙度和中性曳力系数研究

根据 1 994年 9月 1 8～ 30日南沙海域近海层大气湍流观测资料和黑河实验(HEIFE) 1 990年 8月 1～ 2 4日的微气象站及 1 998年 6月GAME/Tibet的观测资料 ,利用Brutsaert的假定和Monin Obukhov相似理论的推广和延伸 ,分别分析和计算了该海域近海层光滑海面和粗糙海面上空气动力粗糙度 (z0 )、标量粗糙度 (zT,zq)、中性曳力系数 (CDN)、整体输送系数 (感热交换系数CHN、水汽交换系数CEN)以及戈壁、沙漠、绿洲和青藏高原中北部的空气动力粗糙度、中性曳力系数。研究了它们关于水平风速 (u)的分布。进而得到了一些有益的结论。

青藏高原非均匀地表区域能量通量的研究

卫星遥感在研究青藏高原非均匀地表区域能量通量和蒸发(蒸散)量时有其独到的作用。本文介绍了基于NOAA-14 AVHRR和Landsat TM资料推算藏北高原地区区域地表特征参数、植被参数及区域地表热通量的方案,并把其用于GAME/Tibet(全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究)和CAMP/Tibet(“全球协调加强观测计划(CEOP)亚澳季风之青藏高原试验研究”)试验区。并指出了此方法估算青藏高原非均匀地表区域地表能量通量和蒸发(蒸散)量时存在的难点问题和解决问题的可能途径。

卫星遥感藏北高原非均匀陆表地表特征参数和植被参数

卫星遥感在研究青藏高原北部地区 (藏北高原地区 )非均匀陆表地表特征参数和植被参数时有其独到的作用。作者提出了基于NOAA 1 4AVHRR资料推算藏北高原地区地表特征参数和植被参数的方案 ,并把其用于全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验(GAME/Tibet)试验区。同时利用 3个景的NOAA 1 4AVHRR资料进行了分析研究 ,得到了一些有关藏北地区非均匀地表的区域地表特征参数 (地表反射率、地表温度 )和植被参数(INDV、修正的土壤调整植被指数IMSAV、植被覆盖度和叶面指数ILA)。

雨季前后珠峰地区近地层气象要素、辐射及能量平衡分量变化特征

利用架设在珠峰北坡4475 m高度处的一套开路涡动协方差测量系统,对曲宗地区的大气状况进行了连续观测。分析了近地层气象要素、辐射平衡各分量和能量平衡各分量在高原雨季前(5月)、雨季中(7月)和雨季后(11月)的变化特征。通过分析,发现曲宗地区气温和相对湿度日平均变化均呈单峰单谷型特征,气压则呈双峰双谷型特征,风速日变化为单峰型特征,风速一般在午后突然增大。伴随着雨季的爆发,曲宗地区气温升高,相对湿度增大,气压升高,风速减小。主导风向由东北风转换成西南风。雨季前后,辐射平衡各分量及能量平衡各分量均具有明显的变化趋势。

黑河实验区非均匀地表能量通量的数值模拟

利用三维非静力RAMS模拟研究了黑河实验区非均匀地表能量通量 ,模拟结果表明 :绿洲地表净辐射通量较沙漠戈壁大 ;绿洲及沙漠戈壁下垫面上的Bowen比分别为 0 .4和 4.0 ;夜间绿洲上整晚维持蒸发 ,并有负感热通量。模拟结果与测站实测结果及卫星反演值的对比研究指出 ,RAMS对绿洲下垫面潜热通量的模拟和对沙漠戈壁下垫面感热通量的模拟与实测基本一致。卫星遥感反演及数值模拟方法对净辐射的估算与实测较吻合 ,绿洲地表感热通量的卫星反演值较数值模拟结果更接近于实际 ,但潜热通量的模拟值则较卫星估算值更接近于实际 ;沙漠戈壁地表则是感热通量的模拟值较卫星反演值更接近于实际。上述分析为今后结合卫星遥感改进RAMS陆面过程参数化 。

黑河地区绿洲—沙漠环流的数值模拟研究

地气相互作用现象的研究对预测未来气候变化意义重大。黑河地区绿洲和沙漠戈壁地表间水热特性的强烈差异所引发的绿洲—沙漠中尺度环流 ,能够影响该区绿洲生态系统的维持和发展。利用中尺度数值模式RAMS成功地再现了黑河地区绿洲—沙漠环流 ,同时对环流出现时温、湿场的模拟分析表明 ,绿洲—沙漠环流的发生和发展直接依赖于非均匀下垫面热力场的差异 ,白天发展强盛 ,夜间作用小。环流作用能够保证绿洲—沙漠系统的物质和能量平衡 。

珠峰复杂地表区域能量通量的卫星遥感

珠峰地区地表状况十分复杂,既有冰川(雪山)、高寒草垫,又有裸露山地及荒漠戈壁。如何确定这样复杂下垫面上的地气间的区域能量通量,一直是困扰国内外科学家的难题。本文提出了一个利用卫星遥感资料结合地面观测求取珠峰地区区域地表特征参数(地表反射率与地表温度)、植被参数(NDVI、植被覆盖度、修正的土壤调整植被指数MSAVI及叶面指数LAI)和地表能量通量(净辐射通量、土壤热通量、感热通量及潜热通量)的参数化方案,并讨论了此方案的优缺点。