土壤表面与运动目标复合电磁散射的矩量法研究

为了满足土壤表面上方雷达目标检测、识别和分类等的需要,采用空间域合成法生成高度起伏遵守Alpha-stable分布的土壤表面,选用Topp模型模拟土壤的介电常数,运用矩量法研究了锥形波入射条件下土壤与其上方运动的三角形截面柱的复合电磁散射问题,通过数值计算得到了复合散射系数随散射角的变化曲线,分析了等边三角形和不规则三角形截面柱在土壤表面上方横向平移、纵向平移、转动以及电磁波入射角对复合散射系数的影响。数值计算结果表明:复合散射系数随散射角振荡地变化,等边三角形截面柱的纵向平移和转动对复合散射系数有较大的影响,而横向平移对复合散射系数的影响很小;不规则三角形截面柱的横向平移和纵向平移对复合散射系数产生的影响很小,转动对复合散射系数的影响较大。有关结果可为民用、军用领域工程问题提供理论依据和实践方法。

盐结皮土壤形成发育过程影响下的能量平衡动态变化

地表能量平衡是地气交互作用的关键环节,探究不同下垫面的地表能量平衡特征对了解地表的热量传输具有重要意义。然而,目前对于能量平衡在盐结皮土壤形成过程下的变化特征的研究未见报道,主要难点在于缺少盐结皮形成过程中土壤表面反照率的计算方法,严重影响了盐渍化土壤热量传输的精确定量描述。因此,利用模拟试验结合能量平衡模型,应用反照率计算方法,定量分析了盐结皮土壤形成发育过程下能量平衡的动态变化特征。结果表明:(1)Logistic增长模型可以很好地拟合盐结皮在土壤表面的形成发育过程(R2=0.99)。(2)在持续照射条件下(1000 W·m^(-2),16 d),随着盐结皮的持续发育,盐结皮土壤的反照率比对照高出0.15~0.41,从而显著降低了土壤对热量的吸收,导致盐结皮土壤表面温度比对照降低了16℃。(3)盐结皮土壤的净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量在反照率和表面温度影响下分别比对照减少了47.9%、52.4%、46.8%和47.4%,显著影响了土壤的剖面温度。研究结果对进一步探讨盐结皮影响下的土壤水热传输过程具有重要的科学价值。

土壤表面与矩形截面柱宽带差值散射场研究

基于地物表面上方雷达目标检测、识别和分类等应用需求,采用指数型分布粗糙面和蒙特卡罗方法模拟土壤表面,用四成分模型表示土壤的介电特性,运用时域有限差分法将差值场散射理论加入到计算模型中,研究了土壤表面与矩形截面柱的宽带复合电磁散射特性,得到了差值雷达散射系数的频率响应曲线,分析了入射角,矩形截面柱倾角、中心距土壤表面的高度、长和宽及尺寸对差值雷达散射系数的影响。计算结果表明,差值雷达散射系数随频率振荡地变化,入射角、矩形截面柱倾角对差值雷达散射系数的大小影响较大且较为复杂;矩形截面柱中心距土壤表面的高度对差值雷达散射系数的大小影响不大,但对频率响应曲线的振荡幅度影响较大,并且随频率的增大而影响减小;矩形截面柱长边长度对于差值雷达散射系数的影响较小,宽边长度对差值雷达散射系数的影响较大且较为复杂,等比例放大矩形截面柱对差值雷达散射系数的影响较大且较为复杂。研究结果可为民用、军用领域工程提供理论依据和实践方法。

土壤表面农药光化学降解研究进展

农药在土壤表面的光化学降解是重要的非生物转化途径 ,其过程和产物对农药药效、代谢、毒性及环境影响重大。本文综述了土壤表面农药光解研究方法和影响农药光解的土壤因素 ,分析了农药在土壤表面的主要光反应类型 ,并讨论了土壤表面农药光解实际应用等方面的热点问题。

咪唑烟酸在土壤表面光解动力学及深度的研究

运用模拟太阳光,探讨了咪唑烟酸在浙江4种典型土壤表面的光解动力学特征,分析了不同添加浓度,不同光强对其降解动力学的影响。结果表明,4种土壤的光解快慢顺序为:黄筋泥>黄红壤>海涂土>小粉土,其中最快的降解速率是最慢的1.38倍;影响光解半衰期最主要的因素为土壤的酸碱度,呈正相关,即土壤的pH值越高,其半衰期越长;而在光照强度较高,添加浓度相对较低的情况下,咪唑烟酸的降解较快。咪唑烟酸在不同湿度土壤中的光解深度明显不同,在风干土壤中,4种土壤的光解深度分别在0.07～0.14mm之间;而在60%田间持水量的土壤中,4种土壤的光解深度比风干土壤平均提高2～3倍。

湿润速度和累积降雨对土壤表面结皮发育的影响

土壤表面强度和微结构显微照片是研究表土结皮的重要指标和直接表征。以两种典型的土壤(垆土和黑土)为研究对象,采用2mmh-1(慢速)和50mmh-1(快速)两种速度湿润后进行雨强为60mmh-1的降雨,研究不同湿润速度和累积降雨对结皮发育的影响。结果表明:湿润速度对垆土结皮发育过程的影响不明显,土壤表面强度主要由累积降雨打击夯实引起;快速湿润对黑土结皮发育有显著的影响,慢速湿润后黑土在60min降雨过程中没有明显的结皮,累积降雨的打击起次要作用;湿润速度和累积降雨的对结皮发育的影响取决于土壤团聚体稳定性。

农业土壤表面不平度分形维数计算方法的对比与分析

[目的]分形理论作为描述自然界和非线性系统中不光滑和不规则几何形体的有效工具,如何运用到农业土壤表面的研究中,是目前研究的热点问题。[方法]采用非接触式激光不平度测量仪测量了播种后地表(垂直于播种方向)、播种后地表(平行于播种方向)、犁地后地表(垂直于犁地方向)和整地后地表(平行于整地方向)4种农业地表的不平度,分别采用变差法、结构函数法和轮廓均方根法分析了4种农业地表不平度的分形维数、无标度区间及相关系数。[结果]犁地后地表起伏大,但分维小,细微结构少,复杂程度小;播种后地表(垂直于播种方向)起伏大,但复杂程度小,播种后地表(平行于播种方向)起伏小,但复杂程度高;同在平行于耕作方向,整地后地表的起伏大于播种后地表的起伏,但其复杂程度低于后者。[结论]均方根法计算农业土壤表面不平度的分形维数更精确,线性回归的相关性更好,无标度区间变化很小。

土壤表面与置于其上组合目标复合电磁散射特性研究

为了满足置于粗糙面之上组合目标测量和检测的需要,该文分别采用Dobson半经验模型和电介质复介电常数公式表示土壤介电常数的实部和虚部,应用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟实际的土壤表面。通过与矩量法得到的计算结果比较,验证了时域有限差分(FDTD)方法计算粗糙面与目标复合散射问题的有效性,进而运用该方法研究了土壤表面与置于其上组合目标的复合散射,得出了复合散射系数的角分布曲线。结果表明:复合散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处发生散射增强效应;土壤表面高度起伏均方根越大,复合散射系数越大;相关长度越大,复合散射系数越小;湿度越大,复合散射系数越小;组合目标尺度、介电常数、入射角对复合散射系数影响比较复杂。该文结果可用于求解地、海粗糙面与置于其上任意目标的复合电磁散射问题,与其它数值计算方法相比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,同时又可减少计算时间和内存占用量。

土壤水热条件对东北森林土壤表面CO_2通量的影响

东北地区森林生态系统因其面积大，碳贮量高而在本地区和我国碳平衡中占有重要的地位。土壤表面CO2通量（RS）作为陆地生态系统向大气圈释放的主要CO2源，其时空变化直接影响到区域碳循环。该研究采用红外气体分析法比较测定我国东北东部次生林区6个典型的森林生态系统的RS及其相关的土壤水热因子，并深入分析土壤水热因子对RS的影响。研究结果表明：影响RS的主要环境因子是土壤温度、土壤含水量及其交互作用，但其影响程度因生态系统类型和土壤深度而异。包括这些环境因子的综合Rs模型解释了67．5％，90．6％的Rs变异。在整个生长季中，不同生态系统类型的土壤温度差异不显著，而土壤湿度的差异显著（α=0．05）。蒙古栎（Quercus mongolica）林、红松（Pinus koralensis）林、落叶松（Larix gmelinii）林、硬阔叶林、杂木林和杨桦（Populus davidiana-Betola platyphylla）林的Rs变化范围依次为：1．89—5．23μmol CO2·m^-2·s^-1，1．09—4．66μmol CO2·m^-2·s^-1，0．95—3．52μmol CO2·m^-2·s^-1，1．13—5．97μmol CO2·m^-2·s^-1，1．05—6．58μmol CO2·m^-2·s^-1和1．11—5．76μmol CO2·m^-2·s^-1。Rs的季节动态主要受土壤水热条件的驱动而呈现单峰曲线，其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。Q10从小到大依次为：蒙古栎林2．32，落叶松林2．57，红松林2．76，硬阔叶林2．94，杨桦林3．54和杂木林3．55。Q10随土壤湿度的升高而增大；但超过一定的阈值后，土壤湿度对Q10起抑制作用。该研究结果强调对该地区生态系统土壤表面CO2通量的估测应同时考虑土壤水热条件的综合效应。

大地土壤表面与浅埋多目标宽带复合电磁散射研究

为了满足浅埋于粗糙面下方多目标测量和检测的需要,采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用时域有限差分方法研究大地土壤表面与浅埋多目标的宽带复合电磁散射,得出了复合散射系数的频率响应曲线.结果表明,复合散射系数随频率振荡地变化;随土壤表面均方根、土壤含水率、目标截面高度和间距的增大而增大,随目标截面宽度的增大而减小;随电磁波入射角的变化较大且较为复杂;随土壤表面相关长度、目标埋藏深度、目标介电参数的变化较小但较为复杂.与其他数值计算方法相比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,同时又可减少计算时间和内存占用量,而且可以计算地、海粗糙面与附近任意多目标的宽带复合散射.

分形大地土壤表面与部分埋藏目标复合散射特性

采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用带限WeierstrassMandelbrot分形粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用矩量法研究了带限分形大地土壤表面与部分埋藏矩形截面柱复合模型的电磁散射,得出了复合散射系数的角分布曲线;计算了复合散射系数随带限分形大地土壤表面分维、空间基频、高度起伏均方根、土壤含水率、矩形截面柱几何参数、埋藏深度、倾角、入射波频率等的变化情况,并做了详细分析与讨论;结果表明,土壤表面分维等参数对复合散射系数的影响是非常复杂的,镜像附近的角分布曲线具有明显的分形特征。

耕作土壤表面不平度分析

利用激光式不平度测试仪测定犁耕耕地地面、圆盘耙耙地地面和驱动耙耙地地面的不平度 ,测定地面不平度沿着 3个方向进行 ,即平行、倾斜和垂直于耕作方向。对每一种地面不平度的 RMS高度、自相关长度和自相关函数进行了分析 ,结果表明 :对于短的地块 ,可用单一尺度来表征地表不平度的特征 ,地表不平度特征属于指数相关函数 ,RMS高度和自相关长度具有明显的相关性 ;对于长的地块 ,平整的农业地表不平度具有分形性或多尺度性 。

黄土丘陵区小流域土壤表面特性变化规律研究

土壤表面特性是建立流域土壤侵蚀模型的重要参数 ,为建立适合黄土高原的流域侵蚀模型 ,采用随机糙率仪、微型粘结力仪及常水头滴定法 ,系统研究了黄土丘陵区大南沟小流域不同土地利用条件下 ,地面随机糙率、土壤粘结力和土壤团粒稳定性的时空变化规律。结果表明受农事活动、植物及其根系分布、有机质含量等因素的影响 ,流域内土壤表面特性变化显著 。

雪层覆盖土壤表面与半埋柱体宽带复合散射FDTD方法

为满足半埋目标测量和检测的需要,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟雪层、土壤表面,运用时域有限差分方法研究雪层覆盖的土壤表面与半埋矩形截面柱复合模型的宽带电磁散射,得出宽带复合散射系数的频率响应曲线,计算宽带复合散射系数随雪层表面、土壤表面高度起伏均方根、相关长度,雪层类型、雪层厚度,土壤层含水量,矩形截面柱几何参数、倾角、埋藏深度,电磁波入射角等参数的变化.结果表明,雪层表面高度起伏均方根、相关长度对宽带复合散射系数影响较小,其它参数对宽带复合散射系数均有显著影响且较为复杂.

基于二维粗糙面模型的大地土壤表面散射特性研究

建立二维粗糙面模型研究了大地土壤表面对高频超视距雷达电磁波的散射特性。采用半经验公式计算了HF频段给定频率下土壤媒质在不同温度、湿度时的有效相对介电常数,并与微波频段下情形进行对比。采用Monte Carlo法结合高斯谱函数生成二维粗糙面模拟真实大地土壤表面,建立了土壤表面积分方程,采用锥形波入射消除人为截断粗糙面带来的边缘衍射,采用基于物理意义的双网格法(Physics Based Two Grid,PBTG)结合稀疏网格迭代法(Sparse Matrix Canonical Grid,SMCG)求解土壤表面的双站散射系数。研究了不同温度和湿度条件下,大地土壤表面对高频超视距雷达电磁波的散射特性。研究结果为高频超视距雷达遥感探测提供了理论参考。

风云二号静止气象卫星数据估算土壤表面水分方法研究

考虑到土壤水分会影响地表温度随太阳辐射变化的幅度,本文提出利用多时相热红外波段和可见光波段数据反演地表水分的算法,并利用第一代静止气象卫星——风云二号数据估算了2010年9月30日和10月20日西北地区范围的土壤表面水分,并与先进机械辐射扫描计(advanced mechanically scanned radiometer:AMSR)土壤水分产品进行比较验证。结果表明:该算法估算的土壤表面水分与AMSR土壤水分产品相关性为0.52,两者的均方根误差在0.025 g.cm 3以内,最大误差不超过0.07 g.cm 3。同时,利用该算法生成西北地区土壤表面水分空间分布图,与同期降水资料相比较,两者空间分布较为一致。此外,该算法可获得5 km×5 km空间尺度的土壤表面水分,提高了土壤水分遥感估算的空间分辨率。

ESP值和黏粒含量对土壤表面封闭作用的影响

降雨导致土壤表面结皮形成封闭是自然现象,它能降低土壤入渗,增加土表径流,导致土壤侵蚀。该文系统地研究了不同性质土壤表面的封闭作用过程,分别确定封闭过程中的物理机械作用和化学作用。试验采用了具有不同土壤交换性钠百分率(ESP)值(2、5、10、20)和黏粒含量(10%、20%、40%、60%)的4种土壤进行降雨模拟试验,通过土壤表面播撒磷石膏(PG)(2000 kg/hm2)和PG与聚丙烯酰胺(PAM)(PG 2000 kg/hm2+PAM 20 kg/hm2)混合物的处理,分别抑制了土壤的化学封闭和物理封闭,论述了ESP值和黏粒含量对土壤化学封闭和物理封闭作用的影响,结果表明:在高ESP值土壤中,化学封闭作用占土壤封闭的主导作用;低ESP值土壤中,土壤的物理封闭作用增大。当黏粒含量较低时,土壤物理封闭作用较低;当黏粒含量较大时,土壤物理封闭作用显著增大。

土壤表面微形貌加工对红壤坡面侵蚀定量调控

为科学地量化分析和准确评估土壤表面微形貌加工整地措施对红壤丘陵区坡耕地的土壤侵蚀调控作用,以衡量土壤表面微形貌加工作业对云南省红壤丘陵区坡耕地的适用性和有效性,进行了人工模拟降雨(240 min,55 mm/h),在不同坡面坡度(7.5°,9.0°,12.0°和15.0°)条件的试验小区进行径流试验,将产流量、产沙量和产流时间作为关键参数进行了测定.研究结果表明,在不同坡度的坡面,与控制组(土壤表面无微坑)相比,经土壤表面微形貌加工作业后的地表均可明显延长产流时间、减少产流量和产沙量,产流时间最大可延长51.18%,产流量最多可减小43.04%,产沙量最多减小25.14%.本研究可为南方红壤丘陵区坡耕地水力侵蚀的防治提供新的方法和数据基础.

覆盖雪层的粗糙土壤表面电磁散射的FDTD研究

应用时域有限差分方法研究了各向同性均匀雪层覆盖的粗糙土壤表面电磁散射特性,计算了分层介质随机粗糙面散射的双站散射系数,得出了散射系数随散射角和入射波频率变化的曲线,讨论了散射系数随分层介质粗糙土壤表面高度均方根、相关长度、雪层厚度、雪层类型、土壤湿度、入射波频率等参数对散射系数的影响,得到了各向同性均匀雪层覆盖的粗糙土壤表面电磁散射的特性。

带限Weierstrass-Mandelbrot分形土壤表面与置于其上组合目标复合电磁散射特性仿真及分析

为了满足置于粗糙面之上组合目标雷达回波特性的数据采集、特征提取的需要,采用Topp模型和电介质复介电常数计算公式模拟土壤介电常数的实部和虚部,应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形函数模拟土壤表面,运用时域有限差分方法研究了带限Weierstrass-Mandelbrot分形土壤表面与置于其上组合目标的复合散射,并仿真了复合散射系数的角分布曲线.仿真结果表明,复合散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处产生散射增强效应;土壤表面高度起伏均方根越大,复合散射系数越大;分维越大,复合散射系数越大;湿度对复合散射系数影响虽小,但有固定的规律可循;组合目标尺度、介电常数、入射角对复合散射系数影响没有固定的规律可循;标度区间、空间基频对复合散射系数基本上没有影响.