葛洲坝下游中华鲟产卵场的多参数生态水文学模型

收集了葛洲坝修建以来中华鲟产卵场20多年的系列水文资料和中华鲟产卵量资料,在分析了中华鲟产卵期水位、水深、流速、流量等水文要素变化规律的基础上,采用P-Ⅲ型生物分布曲线作为理论分布曲线,建立了产卵场的流量频率模型和水位频率模型,并分析了中华鲟在产卵期10月和11月分别产卵的概率值。在分析产卵场水文要素变化规律的基础上,以水位、水深、流量、流速等水文参数为自变量,以中华鲟繁殖亲鱼尾数、产卵量为倚变量,构建了多参数生态水文学模型,并率定了相应的系数,该模型具有一定的适应性。本项研究为三峡工程的优化调度提供设计理论依据,对中华鲟的保护具有重要的理论意义和实际应用价值。

基于水文学法和SWAT模型的北川河流域生态需水量分析

为确定北川河流域生态需水量,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验法、Spearman检验法分析了北川河流域1959—2013年径流变化趋势,并采用Pettitt检验、滑动t检验、滑动F检验和累积距平法综合诊断径流突变点,根据Tennant法和改进的年内同频率展布法确定的生态流量过程外包线计算河道内生态需水量,并基于SWAT模型计算了河道外生态需水量。结果表明:SWAT模型在研究区具有适用性,模型性能符合“好”的标准,SWAT模型模拟的降水量和蒸发量总体呈现增加趋势,产水量呈现减少趋势;北川河流域桥头水文站径流量呈现减少趋势,年平均减少率为0.104 m^(3)/s,径流突变点为1990年;北川河流域河道内生态需水量为2.95亿m^(3),河道外生态需水量为9.95亿~10.85亿m^(3),生态总需水量为12.90亿~13.80亿m^(3)。

河流泥沙水文学模型边界条件参数化方法探讨

针对河流泥沙水文学模型,在对基础方程(考虑上站来水含沙量的幂律函数公式)基本内涵(不平衡输沙理念、相对空间概念及自动调整作用)综合分析的基础上,从河道边界条件(河段长度、宽度、比降等)参数化角度出发,提出根据河道边界条件确定模型参数的方法。边界条件参数化方法途径主要包括:统计分析方法与理论比较途径。其中,统计分析方法宜先对同一河段选用同一进口断面,分别选取下游不同距离出口断面,通过实测资料统计回归,研究参数随距离的变化规律;理论比较途径主要基于对水文学、水动力学模型方程的理论比较分析,探求参数的计算方法。从断面质点系统跟踪角度来看,河流泥沙水文学与水动力学模型关于空间变化的基础方程,经过空—时变量变换均可表示为关于时间变化的滞后响应模型方程形式,两者区别在于对描述系统水沙组合的特征变量选择不同。河流泥沙水文学模型边界条件参数化最终结果转化为了水沙质点系统的调整时间与泥沙沉降时间,这从另一角度提供了对河流泥沙水文学模型方程物理意义的理解。

控制大田和自然大田稻纵卷叶螟危害水稻生理生态参数估算模型

为了准确监测和客观评估稻纵卷叶螟对水稻生长发育和产量形成的危害,利用ASD Field Spec3地物波谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别采集控制大田试验(2015年和2019年)和自然大田试验(2020年)在各生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期)水稻的冠层高光谱数据和SPAD值,调查采集样点的虫量和水稻卷叶率,对比分析两种试验中稻纵卷叶螟的虫害发生特征、水稻冠层光谱特征和水稻生理生态参数特征,建立基于高光谱参数的水稻受稻纵卷叶螟危害的生理生态参数估算模型。结果表明,(1)两种试验的水稻SPAD值和冠层的红边至近红外波段的反射率均随着稻纵卷叶螟虫害程度的加重而降低,而可见光波段的反射率则相反;(2)自然大田试验的SPAD值和红光至近红外波段的冠层反射率在水稻生长发育前期要显著低于控制大田试验,而到了后期则反而要略高于控制大田试验;(3)综合分析筛选出自然大田试验和控制大田试验中的多个虫害特征参数和植被指数分别构建出了SPAD的单因子和多因子估算模型,各模型均达到了较好的估算效果,在单因子模型中EVI的二项式函数模拟效果最好,而多因子线性回归估测模型的模拟效果优于所有的单因子模型;(4)通过2021年对这些模型的应用检验发现:这些模型中基于虫量、卷叶率、OSAVI、EVI和DVI的单因子估算模型的SPAD估算值与实测值拟合度很高,其Rv 2均超过了0.8,达到了比较理想的估算效果,这为稻纵卷叶螟危害下的水稻SPAD值估测提供了一种精度较高且可行的估算方法。

森林土壤大孔隙特征及其生态水文学意义

由于研究方法和目的的不同,土壤大孔隙的标准并不统一,一般认为土壤大孔隙的孔径在0.03～3mm;＞3 mm的孔隙相对于土壤结构而言非常巨大,水流在这些孔隙中的运动完全不同于土壤中的运动方式,因此一般土壤大孔隙研究中不包含这种成因的巨大孔隙.对于森林土壤而言,动物活动和根系作用是大孔隙形成的主要原因.研究土壤大孔隙经常采用的方法有染色法、CT扫描技术和入渗方法;由于土壤大孔隙的高度不规则性,常采用分形理论研究大孔隙的特征.水分在大孔隙中的快速运动是大孔隙流的主要特征,因此模拟大孔隙流时经常采用可将土壤分为快速运动区域和运动较慢区域两个部分的两区模型.壤中流是森林涵养水源和调节径流的主要方式,土壤大孔隙对壤中流的产生具有重要的影响.研究森林土壤大孔隙,可深化森林涵养水源机理的认识,不仅在理论上可加深理解森林调节水文的过程;在实践上用于预测土地利用变化对水资源和水环境的影响,为退耕还林、天然林保护工程的植被恢复重建提供理论与决策依据.

试述生态水文学的研究进展及发展趋势

当前人类社会的可持续发展面临着淡水资源短缺、水质恶化和生物多样性锐减等重大环境问题,为克服这些危机,产生了新兴的生态学与水文学交叉学科生态水文学,研究在不同时空尺度条件下水文过程与生物动力过程的耦合机制与发展规律。分析了生态水文学的研究背景、研究历程、研究内容、生态水文模型以及学科今后的发展趋势,以期实现生态水文学对日益恶化的生态环境的影响和作用,并实现对水资源的可持续利用。

关于流域生态水文学研究的思考

流域生态水文学是以流域为研究单元,应用生态水文学的理论思维和系统科学的方法,探求流域水资源持续利用与水环境安全管理的一门新型学科。重点论述了流域自然地理要素演变对生态水文格局与过程的影响机理、流域生态水文格局与过程对土地利用和管理的响应机制以及建立特色流域生态水文模型的构思,并就流域生态水文学急需研究的重要科学问题作了详细的阐述和探讨,旨在为保证流域社会经济与生态环境协调、稳定、可持续发展提供科学依据和决策指导,加快我国小康社会建设的进程。

葛洲坝下游中华鲟产卵场的水文学模型

根据对(每年9-11月)葛洲坝下游中华鲟产卵场水位-流量过程的分析,构建了多项水文参数与中华鲟产卵量的耦合模型,分析了水位、流量等水文参数改变对中华鲟产卵繁殖的影响,为三峡工程的调度提供了设计生态流量、生态流速、生态水深的依据。

改进人工生态系统优化算法解决光伏模型参数辨识问题

光伏模型同时具有非线性和多模态的特点,传统算法在对其参数识别时易陷入局部最优,且识别精度不足。提出了一种改进的人工生态系统优化算法(IAEO),通过引入非线性控制参数调整策略来平衡探索与开发的关系,利用混沌的遍历性和非重复性来增强算法的探索能力。仿真实验表明,在单、双和三二极管和光伏组件模型上,改进算法的参数识别精度均超过99.9%,相较于原算法的RMSE值在四种模型上平均提高5.5%,和五种先进算法对比具有较强的优势。采用厂商真实数据对薄膜、单晶和多晶3种光伏组件在不同的光照和温度条件下进行测试,改进算法在不同环境中依然保持较高的准确性和稳定性。

植被—土壤—水文相互作用及生态水文模型参数的动态表述

植被与土壤、水文之间存在复杂的相互作用,是生态水文模型和植被变化生态水文效应评估研究的重点.虽然陆面植被指数等动态变化对流域截留、蒸散发等水量、能量平衡项影响已有较多研究,但植被地下生物量变化如何改变土壤结构和水力特性,进而影响入渗和径流等水文过程研究相对缺乏.本文综述国内外植被变化对土壤、水文动态变化特征研究成果基础上,分析植被变化水文响应的阈值效应和尺度效应、植被变化下的土壤水力参数时变特征定量表述及其与植被、土壤类型以及气候条件的关系.在生态水文模型中,考虑植被因子对土壤水力参数影响的动态表达可以提高植被变化下水文效应模拟和预测的可靠性.

变化环境下城市水文学的发展与挑战——I.城市水文效应

全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题。为综合理解城市水循环演变过程,结合城市水文学的发展历程,剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制。总结了国内外城市化水文效应的主要成果,包括城市化对水循环过程、洪涝灾害、水生态系统以及水资源的影响。系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段。针对现有研究中的不足,指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题,提出未来研究的重点方向,如城市化降水效应的机理、不透水面的分布及有效性评估、城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等。

克氏原螯虾种群生长模型及生态参数的研究

通过观察与测量 333尾不同生活时期的克氏原螯虾 (Cambarusclakii) ,并建立了其生长模型 .雌体W =0 0 1 99L3 2 4 42 ;雄体W =0 0 1 55L3 4 0 6 5,推算出一些有意义的生态学参数 ,雌性性成熟年龄为 0 8年 ,生长速度最大时的年龄为 3 0年 ,生态寿命为 5 3年 ;雄性性成熟年龄为 0 7年 ,生长速度最大的年龄为 2 5年 ,生态寿命为 4

森林水文学研究述评

森林水文学是研究森林与水之间关系的学科,文中从单个森林水文过程和森林生态系统水文过程及水文效应这2个方面对森林水文学的研究发展进行了简单述评,介绍了截留、入渗、蒸散、径流及土壤水分运动等水文过程的研究进展及模型研究,总结了森林生态系统的水文研究及模拟。

海洋赤潮生态模型参数优化研究

根据中日合作海洋生态围隔试验观测资料，对乔方利等１９９８年提出的赤潮过程生态模型（乔方利等，２０００）进行参数优化研究，得到赤潮过程营养盐半饱和常数：硅藻，ＫＮ＝１．４μｍｏｌ／Ｌ、ＫＰ＝０．１２９μｍｏｌ／Ｌ、ＫＳｉ＝１．１６μｍｏｌ／Ｌ；鞭毛藻，ＫＮ＝０．３４５μｍｏｌ／Ｌ、ＫＰ＝０．１１３μｍｏｌ／Ｌ以及其它等共１８个参数的最优取值，并详细讨论了目标泛函的构造和多目标函数参数优化的方法。

CENTURY模型在农田生态系统中的应用及其参数确定

就国际上通行的CENTURY模型及其在农田生态系统的应用进行了简介,并就农田生态系统应用CENTURY模型时所需的重要参数及其确定的方式方法加以描述。表1,参12。

NEE观测误差分布类型对陆地生态系统机理模型参数估计的影响--以长白山温带阔叶红松林为例

基于观测数据的陆地生态系统模型参数估计有助于提高模型的模拟和预测能力,降低模拟不确定性。在已有参数估计研究中,涡度相关技术测定的净生态系统碳交换量(NEE)数据的随机误差通常被假设为服从零均值的正态分布。然而近年来已有研究表明NEE数据的随机误差更服从双指数分布。为探讨NEE观测误差分布类型的不同选择对陆地生态系统机理模型参数估计以及碳通量模拟结果造成的差异,以长白山温带阔叶红松林为研究区域,采用马尔可夫链-蒙特卡罗方法,利用2003～2005年测定的NEE数据对陆地生态系统机理模型CEVSA2的敏感参数进行估计,对比分析了两种误差分布类型(正态分布和双指数分布)的参数估计结果以及碳通量模拟的差异。结果表明,基于正态观测误差模拟的总初级生产力和生态系统呼吸的年总量分别比基于双指数观测误差的模拟结果高61～86gCm-2a-1和107～116gCm-2a-1,导致前者模拟的NEE年总量较后者低29～47gCm-2a-1,特别在生长旺季期间有明显低估。在参数估计研究中,不能忽略观测误差的分布类型以及相应的目标函数的选择,它们的不合理设置可能对参数估计以及模拟结果产生较大影响。

海域水质生态模型参数估计方法研究初探——以叶绿素参数估计为例

建立了海域水质生态模型参数估计新方法,将数据驱动模型理论同海域生态模型结合在一起,通过海域水质生态模型设计工况的计算构建海域内部观测点的解集,应用基于人工神经网络的数据驱动模型归纳建立状态变量(污染物浓度)同控制变量(模型参数)之间的关系,最后将实测资料带入上述关系反演模型参数最优解。以渤海海域水质生态模型叶绿素参数估计为例,采用"孪生"试验验证参数估计新方法的可行性,模型参数的校验结果表明该方法是有效的。

新疆乌伦古湖河鲈(Perca fluviatilis Linnaeus)种群的生长模型及生态参数的研究

本文对新疆乌伦古湖河鲈(Perca fluviatilis Linnaeus)种群的数量生长模型和生态学参数作了计算和分析,研究结果如下: (1) 河鲈的生长模型为: L_t=53.65(1-e^(-0.15(t+0.41))…体长模型 W_t=4052.74(1-e^(-0.15(t+0.41))~3.1986…体重模型 (2) 体重增长率函数在t=2^+龄时有一拐点,此时体重增长加速度达最大值。表明2^+的河鲈体重的增长节律比之以往生命时期有了一个飞跃式上升,这时期的种群全部进入性成熟期,能量资源主要用于营养积累和性腺发育。 (3) 体重增长率函数在t=13^+时也有另外一个拐点,此时体重增长加速达最小值,说明这时的河鲈新陈代谢已达到最低点,接近衰老死亡状态,我们把这一点视为河鲈在自然界中的实际最高年龄。经推算河鲈的理论极限年龄为19.6年。 (4) 体重增长率在t=7^+龄处有极大值,此时的体重速度为零,表明河鲈的生长已达顶盛期,7^+龄以后走向衰老,增长率为一减函数,且加速度为负值。 (5) 种群最大生物量的临界年龄t_a=5.3,死亡率A=0.53,残存率S=0.47,自然死亡系数为0.43,资源利用率为0.

海洋生态系统模型中参数空间变化的伴随法反演研究

以气候耦合模式FOAM(Fast Ocean-Atmosphere Model)的气候态为背景场,基于参数的空间分布,定量地研究通过伴随同化方法反演空间变化的参数的能力,探讨影响反演结果的主要因素。通过孪生数值实验同化浮游植物资料,发现在单独反演1个空间变化的参数时,两种给定的参数空间变化都可以被很好地反演出来,参数的平均相对误差在4%以内,说明通过伴随同化方法可以有效地反演出空间变化的参数;而当同时反演作为控制变量的五个参数时,各参数变化趋势的搭配对反演结果影响很大,只有当这种搭配与模型中影响浮游植物生物量变化的生态机制一致时,5个参数才能较准确地得到反演。同化含有10%随机误差的观测数据对反演结果的影响不大,进一步说明了利用伴随同化方法反演参数空间变化的有效性。

生态系统模型中物候的参数化方法研究进展

物候和叶面积指数的季节动态在落叶林中是决定生态系统净生产力的关键因素。尽管物候对能量和CO2通量的影响可以简单地通过描述发芽和落叶的时间以及叶面积指数的季节动态来表示,但是由于对驱动物候的物理过程缺乏全面正确的理解,在陆地生态系统模型中物候就成为最难以参数化的一个过程。目前,在陆地生态系统模型中描述物候主要有两种不同的方法:一种是基于气候变量(主要是温度或积温)的经验方法,即是通过建立物候不同阶段与气候变量的经验关系来预测关键物候事件发生的时间。另一种方法是基于碳吸收的物候参数化方案,物候的任何阶段都和当前的碳平衡相联系。在生态系统模型中,基于碳吸收的物候参数化方法可以大大降低物候模拟的经验性,提高模型的适用性和模拟精度,比基于气候变量的经验模型更适于模拟未来气候变化影响。未来随着生理和分子水平上,对控制物候和LAI动态过程机理的揭示,建立基于过程的物候参数化方案和LAI动态模拟模型就成为生态系统模型或气候模型的发展方向。