基于NPP VIIRS数据和SEBS模型的河南省冬小麦蒸散量估算与时空特征

农田蒸散量(evapotranspiration,ET)是农田水热交换过程的关键变量,准确估算农田ET对了解农田土壤水分变化动态,监测预测作物旱情,指导科学灌溉等具有重要作用。将Suomi NPP(National Polar-orbiting Partnership)卫星的新型遥感数据源可见光红外成像辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)数据用于ET反演,基于地表能量平衡理论,将NPP VIIRS反演的地表温度、地表反照率等参数和优化计算的VIIRS NDVI(normalized difference vegetation index)数据,与SRTM DEM数据和气象观测数据输入地表能量平衡系统(surface energy balance system,SEBS)模型,估算了2016—2018年河南省冬小麦关键生育时期——返青期至灌浆期的农田ET(VIIRS ET)。分别对比了VIIRS ET与彭曼公式(Penman-Monteith,P-M)计算的P-M ET、大型土壤蒸渗仪实测Real ET和MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)数据估算ET(MODIS ET)的结果,并进行了ET时空变化特征分析。结果表明,VIIRS ET与Real ET的RMSE为0.203 mm·d^(–1),且VIIRS ET与P-M ET和MODIS ET均具有较高的一致性。该方法可为利用NPP VIIRS数据和SEBS模型估算ET提供方法、技术上的支持。研究区冬小麦关键生育时期ET的时间特征表现为自返青期后逐日上升,抽穗期达到最大值,灌浆期开始下降的趋势,与冬小麦生长发育规律具有较好的一致性。综合空间特征来看,在关键生育时期河南省冬小麦ET均呈现中部和东南部较高,向西北部和西南部逐渐降低的趋势,与灌溉条件具有较强的对应性。河南省冬小麦ET时空特征可为河南省农业水资源管理、分配和高效利用等提供重要依据。

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。

SEBS的间接氯甲基化研究

研究了以二甲氧基甲烷和氯化亚砜为原料实现氢化聚苯乙烯-乙烯丁烯无规共聚物-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)苯环对位上的间接氯甲基化.通过红外光谱和核磁氢谱表征了氯甲基化SEBS的化学结构;采用佛尔哈德法测定了氯甲基化程度.通过对比研究几种催化剂的催化效果,表明氯化锌催化效果最佳,在氯化锌浓度仅为0.056mol/L,45℃,12h内即可使SEBS的苯环对位氯甲基化程度达到28.94%.本文还探讨了催化剂用量、反应温度、反应时间对接氯甲基化程度的影响.

Al(OH)_3对SEBS/PP/OMMT插层复合体系性能的影响

通过熔融共混法制备了氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)/聚丙乙烯(PP)/Al(OH)3/有机蒙脱土(OMMT)复合材料,并采用锥形量热仪、拉伸测试仪等测试了材料的阻燃性能和力学性能。测试结果表明,添加Al(OH)3,使SEBS/PP/OMMT复合材料的热释放速率、峰值热释放速率和总热释放显著降低,且随着Al(OH)3添加量的增加,复合材料的峰值热释放速率降低愈明显;体系中OMMT和Al(OH)3添加量(质量分数)均在10%时复合材料的综合性能最佳。

不同抗辐照剂量对SEBS/PS共混物性能的影响

研究了γ射线辐照对加有芘和受阻胺类化合物SEBS/PS共混物的力学性能以及电性能的影响。结果表明：芘和受阻胺类化合物的加入可以有效地改善SEBS/PS共混物的抗辐照性。随着抗辐照剂含量的增加,辐照后SEBS/PS共混物的拉伸强度、断裂伸长率以及体积电阻率的下降幅度越来越小。在高辐照剂量（1.0-2.0 MGy）下,芘和受阻胺类化合物共用时表现出了＂拮抗作用＂,即混合抗辐照剂对SEBS/PS共混物的耐辐照效果比单一使用芘和受阻胺类化合物时差。研究结果还显示介质损耗可有效的评估SEBS/PS的降解情况。

基于正交试验的SEBS/橡胶粉复合改性沥青性能分析

为获得性能优异的改性沥青混合料,选用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene ethylene butadiene styrene,SEBS)和橡胶粉对沥青进行复合改性,采用正交试验设计优化复合改性沥青的掺配方案,同时选用三大指标、布氏旋转黏度、短期老化模拟(RTFOT)等试验对复合改性沥青、橡胶改性沥青、SEBS改性沥青、基质沥青的黏滞性、高温稳定性、低温抗裂性、感温性及抗老化性进行对比分析,综合评价其路用性能。正交试验结果表明,SEBS、CR的最优复合掺量分别为5%和16%,最佳制备方案为SEBS和CR同时加入;采用本文方法制备的SEBS/CR复合改性沥青可降低沥青感温性能,改善低温抗裂性能和抗老化性能,对高温稳定性的改善效果尤为明显;此外需考虑目标需求及温差变化较大时复合改性沥青的掺配比例。

高剂量γ辐照对SEBS/PS共混物性能的影响

研究了高剂量(0～2.0MGy)γ辐照对不同配比苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物/聚苯乙烯(SEBS/PS)共混物(100/0～50/50)力学性能、电性能以及热稳定性能的影响。结果表明,PS的加入,可以有效改善SEBS的辐照稳定性。PS的含量越高,辐照后SEBS/PS共混物的拉伸强度、体积电阻率的下降幅度越小,介电损耗因子的上升幅度越小,热稳定性能越好。但PS的加入减少了共混物中聚烯烃相的含量,使得共混物的断裂伸长率受辐照的影响较大,特别在高剂量辐照后,PS的含量越高的共混物断裂伸长率下降越明显。

基于SEBS模型的干旱区流域蒸散发估算探究

水资源在干旱区的经济社会发展中占据着举足轻重的地位,被利用的水资源通过蒸散发进入大气,定量估算区域的蒸散发对区域的水资源分配管理、旱情监测等具有一定的指导意义。应用SEBS模型估算了2015年5～9月艾比湖流域的蒸散发,按照流域的分水岭划分研究区范围,根据土地覆被类型将研究区划分为乔木林地、灌木林地、牧草地、耕地、水域及其他6大类,分析了流域内蒸散发的时间与空间变化以及不同土地覆被的蒸散发情况。结果表明:(1)整体而言,流域范围内日均蒸散量在生长季内呈单峰型分布,7月中旬达到顶峰,平均值为4.35 mm·d-1,最大值为5.63 mm·d-1,对气温的变化最敏感。(2)研究区蒸散发的高低分布与土地覆被类型分布存在高度一致性,日均蒸散量大小依次为:水域>耕地>牧草地>乔木林>其他>灌木林。(3)蒸散发在不同土地覆被具有不同的峰值分布,乔木林的峰值分别出现在1.20 mm和6.80 mm左右,灌木林的峰值分别出现在3.5 mm和6.00 mm左右,牧草地分别出现在4.00 mm和6.80 mm左右。耕地、水域的峰值分别在6.60 mm、7.20 mm左右。(4)SEBS模型在干旱区流域具有较高应用价值。

SEBS共混物的力学性能研究

采用熔融共混法研究了白油、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和无机填料对氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)共混物力学性能的影响。结果表明,白油使SEBS共混物的300%定伸应力、扯断强度、硬度迅速下降,扯断伸长率升高;随着PP加入量的增加,SEBS共混物的300%定伸应力、扯断强度和硬度均逐渐升高,扯断伸长率逐渐下降;随着PS加入量的增加,SEBS共混物的300%定伸应力、硬度逐渐升高,扯断伸长率逐渐降低,而扯断强度先降低后升高;无机填料对SEBS共混物的力学性能影响较大,应根据制品性能要求选择合适的填料种类及加入量,以达到SEBS最优化的配方设计。

SEBS加氢度的影响因素研究

研究了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)氢化反应中催化剂用量、初始温度、压力、反应时间、搅拌转速、胶液浓度等因素对氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)加氢度的影响。结果表明:SBS氢化反应中催化剂用量应控制在0.12~0.16 mmol·(100 g SBS)^(-1),初始温度应控制在70~75℃,压力应控制在1.0~1.5 MPa,反应时间应控制在1.5~2.0 h;反应釜搅拌转速对SEBS加氢度的影响较大;不同相对分子质量的胶液氢化时应采用不同的胶液浓度。

TPU/SEBS/SEBS-g-PU共混物的性能研究

采用一种新型的增容剂SEBS-g-PU,制备TPU/SEBS/SEBS-g-PU复合材料,并对其性能进行研究,考察了增容剂SEBS-g-PU用量对TPU/SEBS/SEBS-g-PU复合材料性能的影响。结果表明,随着SEBS-g-PU用量的增加,材料的拉伸强度、100%定伸应力和撕裂强度都呈先增加后减小的趋势,当增容剂用量为6%时,材料的力学性能最佳。SEM测试显示,增容剂SEBS-g-PU的用量为6%时,共混物拉伸断面平整,没有出现明显孔洞,分散相与基体树脂的界面黏结效果最好,这与力学性能的变化趋势一致。

河北平原区域蒸发蒸腾量遥感估算

地表能量平衡系统(SEBS)是一种基于遥感影像的区域地表通量估算模型,能够对区域蒸发蒸腾进行精确估算。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,区域实际蒸发蒸腾量计算及模型精确度评价,并在此基础上,结合研究区的地面覆盖,对河北平原区域蒸发蒸腾分布进行了分析。

基于中等分辨率遥感数据的柴达木盆地实际蒸散量的计算

在干旱的内陆盆地的水均衡中,蒸散发是主要的排泄方式,准确估算蒸散量是评价可利用水资源量的关键。从区域尺度上研究实际蒸散量对生态环境的保护具有重要的意义。基于表面能量平衡的原理,选取了DEM数据,MODIS数据以及GLDAS数据,以500m的空间分辨率对柴达木盆地2001—2011年的蒸散量进行了估算,并研究了区域蒸散量的时空分布及其与气象站实测水面蒸发量的关系。结果表明：柴达木盆地的年实际蒸散量有逐年增大的趋势,从2001年的72.73mm增加为2011年的182.34mm,2001—2011年最大日均蒸散量介于2.62~3.20mm。柴达木盆地的蒸发系数为0.14。分析NDVI和与其对应的ET的关系可知NDVI=0.055是柴达木盆地裸土和植被的分界点。虽然仅占据了研究区1.92%的区域,但水体的日均蒸散量最大,为2.31mm/d。盆地裸土、稀疏灌木、中等覆盖灌木、草场以及农田2010年6—9月的日蒸散量平均值分别为0.24、0.42、1.21、1.12、1.18mm/d。

青藏高原典型下垫面地表能量通量的模型估算与验证

青藏高原地区地表能量通量的估算与验证对高原及其周边地区能量和水循环研究具有重要意义,地表能量平衡系统SEBS(Surface Energy Balance System)模型为研究高原非均匀地表区域地表能量通量提供了一种行之有效的方法。基于中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站(简称那曲站)、中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站(简称纳木错站)和中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(简称珠峰站) 2008年辐射资料、大气边界层塔站观测资料,结合MODIS卫星数据,利用SEBS模型估算地表能量通量,并用站点地表能量通量观测资料进行验证。结果表明,模型估算的感热通量和土壤热通量与站点实测值具有较好的一致性,且感热通量和土壤热通量的估算精度明显优于潜热通量;感热通量的估算精度最高,那曲站、纳木错站和珠峰站的均方根误差分别为54. 98,37. 37和27. 10 W·m^(-2);而模型估算的潜热通量验证结果偏差较大和站点实测数据存在"能量不闭合"问题相关。鉴于在地表能量通量观测中广泛存在"能量不闭合"的问题,利用波文比校正方法校正站点实测潜热通量。研究表明波文比校正方法可以明显改善地表通量观测数据"能量不闭合"的问题,那曲站、纳木错站和珠峰站的能量闭合率分别提高了19. 4%,21. 4%和19. 1%;与原始站点实测潜热通量相比,校正后的潜热通量与SEBS模型估算结果一致性较好,3个站点潜热通量的均方根误差分别减少了6. 78,33. 48和29. 30 W·m^(-2)。

南京地区蒸散发降尺度研究——基于增强型时空自适应反射融合模型

蒸散发是水文循环的重要组成部分,获取高时空分辨率的数据能够更加精细化蒸散发的时空变化规律,对于水资源管理、生态水文过程量化具有重要意义。由于单一传感器反演的蒸散发无法同时具有高空间和高时间分辨率,以南京地区为例,首先结合Landsat-8遥感影像数据和气象数据,采用基于能量平衡原理的SEBS模型估算日蒸散量。在此基础上,选取典型区域采用基于增强型时空自适应反射融合模型(ESTARFM)将估算的蒸散发结果与低空间分辨率的MOD16A2蒸散发产品数据进行时空融合降尺度研究,并评价模型的融合精度。结果表明:(1)SEBS模型估算的蒸散发结果与蒸发皿折算后的数据、MOD16A2产品数据的平均相对误差分别为0.14 mm/d和0.22 mm/d。(2)南京地区蒸散量季节差异明显,表现为夏季>秋季>冬季;各区在夏季的日平均蒸散量差异也较大,六合区蒸散量最大,秦淮区最小;另外,蒸散量分布受土地利用类型的影响,总体上表现为水域>林地>耕地>草地>其他,且植被覆盖度较高的区域蒸散量较大。(3)基于ESTARFM模型融合的蒸散发结果与基于Landsat-8遥感影像反演的蒸散发数据在空间分布上具有相似性,二者相关系数为0.74。在全球气候变化的背景下,本研究可为蒸散发数据集时空分辨率的提高提供参考,同时也能够为南京地区水循环过程和水资源管理研究提供数据支撑。

柴达木盆地土壤湿度的遥感反演及对蒸散发的影响

土壤水分是地下水-土壤水-大气水循环系统的核心与纽带,蒸散是该系统的重要驱动力。从区域尺度上研究土壤含水量的分布特征及土壤含水量对蒸散的影响对干旱区的生态环境保护具有重要意义。基于MODIS数据和GLDAS数据,应用表观热惯量法对GLDAS地表0-10 cm土壤湿度数据降尺度处理,估算柴达木盆地平原区2014年间6—9月的月均土壤湿度,并结合归一化植被指数（NDVI）和实测土壤湿度数据对反演结果进行验证;利用地表能量平衡系统（SEBS）模型对平原区9个子流域的日均蒸散量进行计算,分析了土壤湿度与日均蒸散量之间的关系。结果表明：反演得到的表观热惯量（ATI）与GLDAS地表0-10 cm土壤含水量数据相关性较好,决定系数R2整体在0.7以上;利用ATI对GLDAS数据降尺度处理,得到的土壤含水量与NDVI和实测土壤湿度的决定系数R2分别为0.954和0.791,因此使用ATI法对GLDAS土壤含水量数据降尺度反演柴达木盆地平原区土壤湿度是可靠的。平原区日蒸散量与土壤湿度呈明显的正相关关系,决定系数R^2整体在0.96以上,在影响蒸散的各考虑因素中,土壤湿度对蒸散的影响远大于其他因素。

近红外光谱法鉴别聚丙烯输液瓶输液袋中SEBS的研究

目的:建立一种可快速鉴别检测聚丙烯输液瓶和袋中是否含有苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)的近红外光谱分析方法。方法:以不含有SEBS的聚丙烯膜为建模样品,以不同含量的SEBS聚丙烯膜为验证样品,矢量归一、导数预处理光谱,建模谱段为6 051~5 970 cm^(-1),4 724~4 539 cm^(-1),建立一致性检验模型。结果:建立的一致性检验模型测定37批聚丙烯输液瓶、袋,其中有34批样品未检出SEBS,3批检出SEBS。结论:本文通过建立近红外光谱分析法,可快速鉴别检测聚丙烯输液瓶和袋中是否含SEBS,检测结果准确、可靠,该法具有一定的应用价值和科研价值。

傅立叶变换红外吸收光谱法测定改性聚丙烯材料中苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯含量

目的:建立改性聚丙烯材料中苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)含量的测定方法。方法:将实验材料热压成膜,记录红外吸收光谱图,根据朗伯-比尔定律,用苯乙烯与聚丙烯对应特征吸收校正峰高的相对比值直接测定改性聚丙烯材料中SEBS含量。结果:SEBS含量在2%～20%范围内与吸收峰高的线性关系良好,r=0.9996;SEBS的LOD和LOQ分别为0.3%和1.0%;平均回收率为103.1%。结论:傅立叶变换红外吸收光谱法可用于改性聚丙烯材料中SEBS含量的测定。