基于Richards方程的区域连续日蒸散量遥感估算

蒸散发作为自然界水循环的重要组成部分,时空尺度上的蒸散量估算一直是研究热点。遥感手段可以实现区域尺度蒸散量的估算,但是受到卫星过境时间的限制,难以获取连续时间序列的蒸散量。土壤水分作为蒸散发的重要控制因素,结合土壤水分数据改进遥感蒸散发模型,在提高遥感蒸散量估算精度方面也具有重要意义,但是目前大多数遥感方法对土壤水分胁迫性的考虑仍有不足。针对目前蒸散发研究在土壤水分胁迫和连续性方面的不足,以涡度相关法计算的蒸散量作为实际蒸散量,结合联合国粮农组织推荐的单作物系数法,将土壤含水量信息引入Penman-Monteith(P-M)公式计算实际蒸散量,并用Richards方程进行蒸发条件下一维垂向土壤水分运动过程的数值模拟,实现土壤水分胁迫下的连续日蒸散量的估算,并结合遥感数据实现区域尺度的扩展。结果表明:涡度相关法计算的实际日蒸散量与P-M公式计算的潜在日蒸散量具有很强的相关性,相关系数达到0.918;引入土壤含水量信息后的P-M公式,日蒸散量的估算精度显著提升,均方根误差达到0.133 mm/d;基于Richards方程的土壤水分胁迫下连续日蒸散量的估算结果与实测值较为接近,均方根误差为0.288 mm/d;受研究区南北高中间低的地势影响,日蒸散量的高值集中在研究区中部的水域和耕地区域,不同土地利用类型下的平均日蒸散量水域>耕地>林地>草地>未利用土地,且区域扩展的结果与站点的实测结果在时间序列上表现出一致的变化规律。文章可为土壤水分对蒸散发的影响机理研究以及区域蒸散量的估算提供参考。

基于Penman-Monteith方程的日光温室番茄蒸腾量估算模型

为寻求适合于温室栽培条件下番茄植株蒸腾量的计算模型,该文以Penman-Monteith方程为基础,针对日光温室特定的小气候环境,对番茄冠层整体气孔阻力、空气动力学阻力等参数进行了修正,建立了包含气象数据、番茄叶面积指数和冠层高度为主要参数的日光温室番茄蒸腾量估算模型。分别采用2009-05-02-2009-05-13(开花坐果期)和2009-06-09-2009-06-20(成熟采摘期)2个时段内的实测蒸腾量对模型模拟结果进行验证,2个时段内模型模拟结果的平均相对误差分别为8.48%和9.20%,表明所建模型可以较好地计算日光温室番茄的蒸腾量。该研究提出的蒸腾量估算模型对日光温室番茄需水规律的深入研究具有参考价值。

基于Penman-Monteith方程的节水灌溉稻田蒸散量模型

为利用Penman-Monteith方程直接计算非充分灌溉条件下的稻田蒸散量,该文根据国家"863"节水农业重大专项试验资料,在K-P表层阻抗模型修正研究基础上,提出改进的稻田蒸散量模拟模型。结果表明:根据土壤相对含水率修正后的K-P模型较好地模拟了水稻表层阻抗,且反映出不同土壤水分状况下表层阻抗的变化规律;采用改进的Penman-Monteith方程模拟水分胁迫条件下的稻田蒸散量后,误差从改进前的18.57%降低至10.84%,且对冠层未完全覆盖条件下的稻田蒸散量也具有较好的模拟效果;土壤含水率、空气温度和空气湿度是改进的Penman-Monteith方程最为敏感的因子,它们的准确观测对于提高模型的估算精度至关重要;模型回归系数(c1、c0)的变化对模型估算结果的影响较小。表明当某一特定作物的回归系数值确定后,改进的Penman-Monteith方程可应用于不同地区、不同灌溉模式下作物蒸发蒸腾量的估算。

刺槐日蒸腾过程的Penman-Monteith方程模拟

研究半干旱地区林木的实际蒸腾量 ,对研究防护林密度调控、提高林木水分利用率及林分稳定有着重要的理论意义。试验地位于山西省方山县的北京林业大学径流林业试验场 (北纬 37°36′5 8″,东经 1 1 0°0 2′5 5″)。试区平均海拔 1 2 0 0 m,多年平均降水量 41 6mm,水面蒸发 1 85 7.7mm。研究试验林为 1 986年春季造林的刺槐 ( Robinia pesudoacacia L .) ,6种造林密度 ( 830～ 3330株 / hm2 ) ,郁闭度 0 .85～ 0 .9。研究的主要思路是 :如忽略大气热层结问题 ,考虑气压订正 ,并用冠层整体气孔阻力 rs T代换冠层阻力 rc,将蒸散面净辐射限定于冠层截留净辐射 Rnl,便可在林木气孔阻力等实测数据的基础上 ,应用修改后的 Penman- Monteith公式并使用常规气象数据进行生长季林木蒸腾量的连续计算。研究通过各月 Rn和叶面积指数 LAI的实地观测资料统计计算出了不同月份林冠的消光系数 k,进而确定了由 Rn、k和 LAI计算 Rnl日变化的关系式 ;以各月典型天气实测的蒸腾量和冠层中部的平均单位叶片气孔阻力数据为依据 (由 LI- 1 60 0稳态气孔计测定 ) ,采用反推法并适度精度调整后推算出由 LAI和 rst计算冠层整体气孔阻力 rs T的经验系数 K′值。经与典型实测结果对比 ,模拟的相对误差平均在 1 2 %以内。最后 ,采用?

改进的P-M扩散方程在相干斑抑制中的应用

直接基于Perona-Malik扩散方程的滤波算法对于加性噪声非常有效,但是对于乘性噪声(如合成孔径雷达(SAR)图像相干斑噪声)收效甚微。提出了一种基于改进的Perona-Malik扩散方程抑制SAR图像相干斑噪声的新算法。分析对数变化对相干斑噪声的影响,为将P-M扩散方程应用于相干斑噪声抑制奠定了理论基础;通过P-M扩散和稳健统计学的联系,建立了基于Biweight Estimator误差模型的扩散系数;同时利用非线性衰减技术对梯度阈值的选择改进。实验表明,该方法不仅有效抑制了SAR图像相干斑噪声,较好地保持了细节和边缘信息,而且视觉效果比较好。

基于Penman-Monteith方程的温室智能滴灌控制系统研究

应用Penman-Monteith(缩写为P-M)方程计算作物灌溉量,设计出一套温室智能滴灌控制系统。系统采用温湿度传感器采集温室内空气的温湿度,利用Penman-Monteith方程计算作物腾发量,通过单片机设定程序控制滴灌时间,控制部分采用上下位机形式,通过无线串行通信进行数据的双向传输。试验证明,该方法方便、可靠,可应用于温室的精确灌溉。

基于Penman-Monteith方程的蒸散发算法及应用

P-M模型是基于Penman-Monteith方程发展起来,用于计算有植被覆盖的陆面蒸散量的模型。P-M模型理论基础扎实、模拟精确度高,被广泛应用于森林或草原植被的蒸散量计算。目前利用P-M模型开展植被蒸散量的研究主要集中在草地、农田等均一下垫面,而对于森林植被等复杂下垫面情况的研究相对较少,针对其特点需要对模型进行修正。研究表明,运用P-M模型估算植被潜在腾发量与实测值接近,结果比其它估算模型准确度高,可以推广应用。同时,修正模型的模拟精度主要取决于计算净辐射、空气动力学阻力和冠层阻力的准确性,因此有进一步提高模拟精度的研究空间。

图像滤波中P-M方程的两层格式算法

基于偏微分方程方法的图像处理是近十多年来发展起来的新兴领域,近年来,偏微分方程在刻画图形演化和进行特征分析等方面取得了非凡的效果,然而使用这些方法却面临着计算效率低下的问题,如何大规模提高图像处理中所涉及微分方程的快速数值计算成为一个数字图像处理里面的重要问题。在经典的Perona Malik(P-M)方程的图像处理方法基础上,构造显、隐式相结合的两层有限差分格式来提高求解的速度。仿真结果表明,构造的两层格式简单有效。

鲁棒性P-M方程的快速实现

针对以P-M模型为代表的偏微分方程图像处理计算量大、计算时间长等不足,本文研究了鲁棒性P-M模型,在求解偏微分方程时,为了保证求解精度,提高计算效率,采用了基于CUDA实现的共轭梯度法。实验表明,与传统的基于CPU实现的Thomas快速算法相比,本文实现方法计算所需时间明显减少,而且滤波效果也比显式计算方案明显增强。

基于P-M方程的小波阈值去噪研究

通过仿真实验提出了一种新的图像去噪算法,克服了传统小波阈值去噪算法中存在的缺陷;在小波分解的过程中,将图像的低频部分采用P-M方程去噪,通过小波重构后,再将图像进行小波阈值去噪。仿真实验结果表明:该方法对图像噪声有比较好的抑制效果,能有效改善图像的质量和平滑效果。

偏微分方程在图像去噪中的应用

论文分析了偏微分方程在图像去噪方面的应用,分析现有方法的理论基础、存在的问题以及在去噪中的优点。给出实验结果,对比几种方法在去噪中的不同应用。分析了偏微分方程去噪存在的不能恢复纹理的缺点,提出了今后改进的方向。

基于偏微分方程的舌图像去噪研究

在对舌图像的去噪过程中,平滑噪声的同时容易丢失边缘和纹理等细节信息。为此,研究基于偏微分方程的舌图像去噪方法,分别采用中值滤波、高斯滤波、P-M方程、正则化P-M方程以及耦合冲击-复扩散滤波模型,对加噪舌图像进行滤波。比较结果表明,正则化P-M方程更适合舌图像的去噪处理,该方法处理速度快、去噪效果好,且能有效保护图像边缘。

改进的偏微分扩散方程图像增强方法

通过改进P-M扩散系数和融入相干增强扩散改善了传统的P-M模型,使得裂缝图像非边缘处以改进后的P-M扩散为主,在边缘处以相干增强扩散为主,达到了对裂缝图像去噪和增强的目的.理论分析和仿真实验表明,提出的方案较传统的P-M模型能使地面图像的特征得到更好的保护,使裂缝更加明显,利用该方法对裂缝图像进行预处理后,提高了路面裂缝目标检测的准确性,体现了该方法的优越性.

基于偏微分方程扩散系数的图像去噪研究

在偏微分方程P-M模型图像去噪过程中,扩散系数的选择会影响图像去噪的效果;为此提出了一个新的扩散系数模型来实现图像去噪。首先分析讨论了P-M模型中扩散系数和梯度阈值的选取对图像去噪的重要性;并对比了两个扩散系数的优点和缺点,在此基础上提出一个新的扩散系数;并应用到正则化P-M模型和四阶偏微分方程YK模型中进行数值离散实验。实验结果表明,采用新的扩散系数在正则化的P-M模型和YK模型的去噪效果教好,提出的扩散系数能够有效地进行图像去噪。

一种改进偏微分方程扩散系数的图像去噪方法

在偏微分方程P-M模型图像去噪过程中,扩散系数的选择会影响图像去噪的效果,为此提出了一个新的扩散系数模型来实现图像去噪。首先分析讨论了P-M模型中扩散系数和梯度阈值的选取对图像去噪的重要性,并对比了两个扩散系数的优点和缺点;在此基础上提出一个新的扩散系数,并应用到CLMC模型进行数值离散实验。实验结果表明,采用新的扩散系数得到的信噪比和峰值信噪比要比P-M方程中所给出的两个扩散系数得到的信噪比和峰值信噪比好。提出的扩散系数能够有效地进行图像去噪。

一种改进的提高SAR图像分辨率的偏微分方程方法

目的提高SAR图像的分辨率,滤除噪声干扰。方法利用了P-M非线性扩散方程在提高SAR图像分辨率时既能滤除噪声又能很好保护边缘的优势,借鉴了边缘增强扩散方程能够增强图像边缘的特性,提出了一种将两种方法相结合的处理方式。结果得到了一种将2种方法相结合的混合模型。结论该方式既避免了P-M非线性扩散方程无法改善SAR图像边缘的缺陷,又回避了边缘增强扩散方程容易产生虚假条纹的劣势,使图像的整体分辨率得到了提高。

梯度─通量关系不成立时Penman－Monteith方程误差分析

讨论了Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ方程成立的条件，在梯度扩散理论不成立时重新推导了Ｐｅｎ－ｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ方程，并分析该方程可能产生的误差。

基于Penman-Monteith模型和Shuttleworth-Wallace模型对太行山南麓人工林蒸散的模拟

蒸散作为陆地生态系统能量平衡和水分循环的一个关键环节,其改变会影响区域气候的变化。森林蒸散模拟研究在评价森林在区域水分循环中的作用具有重要的意义。本文采用Penman-Monteith(P-M)模型和Shuttleworth-Wallace(S-W)模型模拟了太行山南麓栓皮栎-侧柏-刺槐人工混交林的蒸散(ET),对模型模拟的ET与涡度相关法所得的ET进行了比较,评价了P-M模型和S-W模型模拟人工混交林ET的适用性,讨论了这两种模型对各阻力的敏感性。研究结果表明,P-M模型和S-W模型模拟所得的ET的季节变化和日变化类似。S-W模型和P-M模型模拟的ET均低于实测的ET,S-W模型模拟的ET比实测的ET偏低6%,P-M模型模拟的ET比实测值偏低21%,因此,P-M模型模拟的ET偏低更明显。与P-M模型相比,S-W模型模拟的ET与实测值的相关系数、一致性指数(IA)、均方根误差(RMSE)、相对误差(RE)较小。与P-M模型相比,S-W模型模拟的ET与实测值的拟合直线更加趋近1∶1线。S-W模型模拟ET的效果优于P-M模型,S-W模型更适合于本研究区人工混交林蒸散的模拟。P-M模型模拟的2009年生长季的ET偏低更明显,将S-W模型模拟的ET分为蒸腾(T)和土壤蒸发(E),其中土壤E与ET比值为11.3%。土壤E约占ET的10%左右。P-M模型模拟ET偏低的原因可能与P-M模型中未考虑土壤表面阻力有关。S-W模型模拟的ET和T对冠层阻力(rcs)最敏感,其次为植物冠层高度至参考高度间的空气动力学阻力(raa),对土壤表面至冠层高度间的空气动力学阻力(rsa)相对不敏感;土壤E对土壤表面阻力(rss)最敏感,对rcs最不敏感。P-M模型模拟的ET对rcs最敏感,对空气动力学阻力(ra)敏感性较弱。

偏微分方程在图像平滑中的应用

本文论述了基于偏微分方程的P-M模型以及其改进模型在数字图像平滑处理中应用,并分析各种的模型性能优缺点,指出了今后的研究方向。

P-M与TV模型在加性高斯白噪声去噪中的比较研究

噪声是图像获取、传输和储存过程中不可避免的现象.去噪作为图像处理的首要步骤与基本问题是后续的高层次图像处理的基础.以加性高斯白噪声为例,综述了P-M扩散方程及TV模型的原理,并从视觉与定量指标两个方面比较了去噪效果.最后,在热扩散方程模型预处理条件下比较了两种模型的去噪效果.