毛乌素沙地油蒿灌丛Priestley-Taylor模型系数研究

【目的】基于半经验半理论的Priestly-Taylor模型(PT)估算蒸散发(ET)时,主要依赖于精确确定该模型系数α在特定研究区内的适宜值,本研究就该模型系数α的适用性进行了本地化研究,以便更准确地估算干旱半干旱区的蒸散发。【方法】在中国西北干旱地区毛乌素沙地的一个生长季内,采用涡度协方差技术并结合气象数据信息,监测研究区典型油蒿灌丛地的水、热交换传输过程,以分析PT模型系数α的季节变化特征并确定其本地化估算参考值。【结果】在季节变化过程中,实际PT模型系数α整体变化较明显,展叶期内α系数呈单峰型变化趋势,完全展叶期和叶变色期内的α系数变化不明显;日均α系数最大值为0. 66,最小值为0. 03,全生长季α系数均值为0. 23。油蒿生长季内α系数与冠层导度和饱和水汽压差呈对数正相关;土壤含水量(30 cm处)以及叶面积指数与α系数均为正相关关系。在季节变化过程中,PT模型常规系数α=1. 26确定的蒸散量(ET1. 26)估算值以及根据逐日温度和2 m高度处风速资料计算的PT模型系数α=0. 50确定的蒸散量(ET0. 50)估算值均显著大于实测蒸散发。改进的PT模型系数的本地化推荐适宜值为0. 23,并且通过修正后的PT模型估算ET与实测值之间存在较好的一致性,线性斜率为0. 72,R2为0. 57。【结论】因此,修正的PT模型显著提高干旱半干旱区植被蒸散发估算精度,为区域植被水文过程模型提供支持。

Priestley-Taylor模型参数修正及在蒸散发估算中的应用

准确估算和模拟植被蒸散可为提高水分利用效率、合理配置水资源,及生态系统可持续经营管理提供科学依据。Priestley-Taylor模型因其所需参数较少而在蒸发散估算中得到广泛应用。介绍了该模型的计算方法和发展情况,总结分析了Priestley-Taylor模型参数α的各种修正方法及适用条件,简要介绍了其在农田生态系统和森林生态系统蒸散估算研究中的应用情况,并指出了该模型今后的应用和发展方向,以期为Priestley-Taylor模型的进一步深入研究和广泛应用提供参考。

Priestley-Taylor模型在江西省适用性研究

为了提高Prietley-Taylor(P-T)模型在江西省的适用性和精度,提高区域作物需水量估算精度和水资源优化配置水平,使用了江西省26个气象站1961-2010年逐日气象数据,以FAO Penman-Monteith(P-M)模型为标准,使用对P-T模型参数进行了全年率定(PT1)和分季率定(PT2),并对P-T模型模拟结果进行了评价和精度分析,并使用周边省份17个站点气象数据建立模型,对模型参数进行了空间插值。结果显示:全年率定参数α介于1.05~1.18之间,且参数呈现北部平原最高,西部山区较低的趋势。分季率定模式下,春季和夏季参数值较小,冬季最大,并呈现一定程度的高估。P-T模型两种率定方法在年尺度和月尺度上均呈现出了较好适用性,但t检验结果显示,分季率定模式数据一致性更高。PT2对P-T模型随季节变化的响应能力得到了增强,精度和适应性得到了提高,可用于在气象资料缺乏条件下江西省ET0的简化计算。

基于Priestley-Taylor模型的豫北玉米生长季水热通量研究

使用Priestley-Taylor模型(P-T模型)估算蒸散量时,计算精度主要取决于模型系数α的本地化程度。以河南北部夏玉米田为研究对象,基于涡度协方差技术及气象数据信息,选取6-9月玉米生长季数据,进行不同时间尺度的水热通量特征分析;并确定P-T模型系数α变化特征并对其进行修正,提出其在河南北部农田的参考值。结果表明,在逐日尺度下夏玉米生育期内水热通量的变化呈“倒U形”单峰曲线。在月尺度上,6月下旬及9月感热通量与潜热通量相差较小,潜热通量(6月均值33.57 W/m^(2),9月均值19.88 W/m^(2))略高于感热通量(6月均值27.75 W/m^(2),9月均值16.62 W/m^(2));生育中期潜热通量逐渐增大(7月均值42.30 W/m^(2),8月均值51.52 W/m^(2)),感热通量减小(7月均值18.05 W/m^(2),8月均值9.59 W/m^(2)),二者相差明显。土壤热通量随总辐射量的波动而变化且存在一定的滞后性,在逐月尺度下总辐射量随季节的更替有较明显的变化,潜热通量整体上随总辐射量的波动产生相应的变化。α系数修正后P-T模型模拟精度明显提高,修正的α值(6月1.12、7月1.12、8月1.32、9月1.24)可以作为P-T模型的适宜参数。

基于Priestley-Taylor模型的低丘红壤区水热通量变化及影响因素

Priestley-Taylor参考作物蒸散模型系数的本地化是提高区域蒸散模拟精度的关键。以江西省低丘红壤区农田为研究对象,基于大孔径闪烁仪的观测数据,利用通径分析方法对农田不同时间尺度水热通量特征进行了定量研究。同时,采用Priestley-Taylor模型模拟了红壤区作物蒸散,与实测蒸散进行了比较,并对该模型的系数进行了修正,评价了P-T1.26及P-T1.07模型在本地模拟蒸散的适用性。结果表明,逐日尺度下农田水热通量变化曲线呈单峰形且受天气条件影响明显,逐月尺度下净辐射通量、潜热通量及土壤热通量呈减小的变化趋势;净辐射通量、空气温度及水汽压亏缺是影响潜热通量的主导因子,均对潜热交换有促进作用;P-T1.26模拟的蒸散比实测偏高13.77%,P-T1.07模拟的蒸散比实测偏低3.39%,参数修正后的P-T1.07模型模拟精度明显提高,α=1.07可以作为研究区Priestley-Taylor模型的本地化适宜参数。

基于Priestley-Taylor模型的贵州省涟江流域蒸散发时空变化及其影响因素分析

开展蒸散发时空变化及其驱动因素研究,对流域水土资源开发管理和可持续利用具有重要意义。基于Priestley-Taylor模型,结合地表温度、地表反照率、NDVI、太阳天顶角、DEM、土壤和土地利用覆盖类型等多源遥感数据,对贵州省涟江流域2005—2014年ET(Evapotranspiration,蒸散发)时空格局及其影响因素进行研究。结果表明:Priestley-Taylor模型在涟江流域的反演精度良好,相对误差为-1.39%~12.05%,估算结果能够满足该区的蒸散发研究需求;涟江流域2005—2014年ET多年均值为901.08 mm/a,总体呈波动增加趋势,增长率为36.8 mm/(10a),年内ET呈春、夏季节高而秋、冬季节低的单峰变化形式;流域ET的空间差异明显,总体呈东南、东北高,西部和中部地区低的空间分布格局,春、夏、秋季ET的空间分布与多年平均空间分布基本一致,而冬季的空间分布较为不同;不同土地覆盖类型的蒸散强度表现为:常绿针叶林>永久湿地>落叶阔叶林>裸地或低值被覆盖地>城市建成区,高植被覆盖区的蒸散发大于低植被覆盖区;不同土壤类型的蒸散发表现为:石灰土>黄壤>红壤>水稻土>紫色土。石灰土的土层较薄,蒸散量较大,不利于土壤水分涵养。

Priestley-Taylor与Penman法计算参照作物腾发量的结果比较

利用北京气象站 5 0年的气象资料 ,对两种常用的计算参照作物腾发量的公式—— Priestley-Taylor和 Penm an方法的计算结果进行了比较。年值序列比较显示 ,Priestley-Taylor结果远小于 Penm an结果 ,前者比后者低 15 %～ 3 1% ,两者最大相差 3 78.3 mm ,最小相差 15 0 .9mm ,多年平均相差 2 5 5 .9m m。对历年逐月序列分析显示 ,两种方法在 7、8月份的结果十分接近 ,没有显著差异 ,但其它月份均存在显著差异。造成这种显著差异的原因 ,既有降雨的影响 ,又有 Penm an中空气动力学项的影响 ,而后者的影响可能更大些。空气动力项与辐射项之比与两种方法的吻合程度呈显著负相关。该比值越大 ,两种方法的吻合程度越差 ;反之 ,吻合程度越好。

旱作春玉米农田Priestley-Taylor模式参数的变化

Priestley-Taylor(PT)参考作物蒸散(ET0)估算模式系数(α)的本地化研究,对于确定水资源高效利用的半旱地农业生产措施及精准灌溉具有非常重要的意义。本文以FAO(1998)推荐的Penman-Monteith(PM)参考作物蒸散估算方法为标准,采用涡度相关技术并根据气象数据信息,监测半干旱气候条件下旱作春玉米农田尺度水、热交换传输过程,以分析Priestley-Taylor模式参数α的变化特征并确定其本地化估算参数值。结果表明,年时间尺度变化过程中高海拔半干旱气候条件下根据PT模式推荐系数α=1.26确定的参考作物蒸散量(ET0-PT1.26)估算值,在11月至来年4月份非作物生长季期间平均偏低21.2%,在5月至9月份旱作春玉米生育期内平均高于PM模式的参考作物蒸散量(ET0-PM)估算值5.5%,研究站点旱作春玉米生长季本地化适宜的PT模式系数α值为1.15±0.06。在季节变化过程中,旱作春玉米农田近正午时刻实际PT模式系数平均值呈单峰型变化趋势,春玉米抽雄抽穗开花期达到高峰,平均值为0.67±0.08,苗期最低,仅为0.26±0.13,全生育期平均值为0.50±0.21。若要在半干旱气候地区根据PT模式准确估算参考作物蒸散量,需进行PT模式参数的本地化研究。

基于CHAMP卫星与三维Taylor多项式模型的区域地磁建模研究

利用CHAMP卫星矢量和标量地磁测量数据,通过三维Taylor多项式模型建立了2010.0年中国及邻近地区在300km高度附近的X、Y、Z和F分量的三维磁场模型.为了比较验证所建模型,分析了其与Taylor多项式模型(二维模型)不同截断阶数所对应的均方偏差(RMSE)、残差及分布等.结果表明,三维模型每一阶的RMSE和残差绝对值的平均值均要比二维模型的小约45%.由于采用了系数完全展开的建模方式,三维模型的系数数量约为二维模型的2倍,三维模型较低的截断阶数可以反映更多的地磁信息.本研究中的5阶三维Taylor模型基本可达到8阶Taylor模型的精度.两种模型绘制的地磁场及残差分布有较好的一致性.

干旱气候条件下Priestley-Taylor方法应用探讨

根据华北地区6个气象站点的历史气象资料,以Penman法结果作为对照,对较为常用的另一计算参照作物腾发量的方法—Priestley Taylor方法的适用性问题进行了探讨。年值序列比较显示,在华北干旱半干旱的气候条件下,Priestley Taylor结果比Penman结果低11%～27%,两者最大相差346 5mm,最小相差112 2mm,多年平均相差240 5mm。对历年逐月序列分析显示,Priestley Taylor方法在7、8月份的应用效果很好,与Penman结果没有显著差异;但在其它月份应用效果较差,与Penman结果均存在显著差异。年值及月值序列的相关分析均显示,空气动力项与辐射项之比是影响Priestley Taylor方法应用效果的重要因素,且二者呈显著负相关。该比值越小,2种方法的吻合程度越好,Priestley Taylor方法应用效果也越好;反之,应用效果越差。随着Priestley Taylor方法在作物模拟模型中的广泛应用,干旱气候条件下如何对Priestley Taylor公式参数进行适当订正,值得进一步研究。

地面附近架高线缆HEMP响应计算的Agrawal和Taylor模型比较

研究在高空核爆电磁脉冲(HEMP)的作用下,地面附近架高线缆感应瞬态电压、电流的传输线模型计算方法并进行比较。考虑到有耗地面的电气参数,列举了Agrawal和Taylor两种传输线理论模型的异同,应用格林函数求积分和叠加定理,分别采用两种模型,计算并比较了不同入射波和线缆布放状态下的电压、电流响应,以及各场分量(水平电场、垂直电场和水平磁场)单独存在时对电流、电压响应的贡献。结果显示,Agrawal和Taylor模型得到的电压、电流响应是一致的,可以考虑在有界波电磁脉冲模拟器中进行短线缆的效应实验;由于相同的场分量在不同的模型中对电压、电流响应的贡献并不相同,因此在阐述某一场分量对线缆响应贡献大小时,应该首先说明所采用的传输线模型。

西安地区Priestley—Taylor和Hargreaves方法应用比较

以世界粮农组织推荐的Penman-Monteith方法作为计算参考作物蒸发蒸腾量的标准,对Priestley-Taylor和Hargreaves方法在西安地区的适用性问题进行了探讨,分别建立了这两个公式的回归关系式,并且对这两种方法进行修正。结果表明:Hargreaves方法在西安地区有着较好的准确度,相对误差较小。而Priestley—Taylor方法得到的结果虽然与Penman—Monteith方法计算结果呈相同的变化趋势,相关系数R2=0.94,但计算值有较大的差异;经过修正后相对误差明显减小。因此,在气象资料有限的条件下,可以直接用Hargreaves方法来计算参考作物蒸发蒸腾量;而Priestley-Taylor方法必须经过修正后才能使用。

用于区域地磁场模型计算的三维Taylor多项式方法

地磁场具有复杂的时空分布特点.地磁场模型是研究地磁场空间分布与时间变化规律的主要手段,包括全球和局部地区两类模型.局部模型精度满足了反映小尺度磁异常的需要.Taylor多项式模型是用于区域地磁场模型计算的常用方法,但至目前为止所用的都是二维Taylor多项式方法.本文提出了既能表示出地磁场在地球表面的分布,又能表示出地磁场随高度变化的三维Taylor多项式完整展开方法,这个方法能描述地磁场三维结构的特点.文中指出,相对于经典展开(局部三角阵展开),更一般的Taylor多项式展开应该为完整展开(矩阵展开)方法,文中详细分析了两种方法的截断阶数的选取和边界效应问题,并利用1980年的中国地磁观测资料,计算了中国区域的磁场总强度F,磁偏角D,磁倾角I.结果表明:(1)三维Taylor多项式方法计算的中国区域地磁场要素与实际观测资料有较好的一致性,能反映地磁异常的分布细节;(2)三维Taylor多项式方法能较好地克服区域模型中的边界效应问题;(3)三维Taylor多项式方法与计算区域模型的其他三维方法相比,具有计算简单,精度基本一致的特点.在一些对实时性要求很高的应用领域,如高速弹道飞行器导航等,可以得到比较好的应用.

Priestley-Taylor和Hargreaves公式在高矮两种参考作物上的适应性与率定

以ASCE标准Penman-Montieth公式为基准,在不同气候区分别对Priestley-Taylor和Hargreaves这两种常用的参考作物蒸发蒸腾量EFref计算公式在高矮两种参考作物上进行适应性分析、地区率定以及率定公式验证。结果表明:以矮型参考作物为参考面时,Priestley-Taylor和Hargreaves公式分别在湿润区和干旱区具有较好的适应性,但对于EFref的估算仍具有较大的误差,两公式均不能直接应用于高型参考作物;经地区率定后两公式在干旱、半干旱半湿润、湿润3个气候区高型参考作物上的计算精度显著改善,但仍低于在矮型参考作物上的精度,Priestley-Taylor公式在气候区间的差异性不明显,Hargreaves公式在干旱区有更好的适应性。

Taylor幂法则模型的遗传算法最优拟合研究

Taylor幂法则模型是研究种群空间格局的重要工具之一，其拟合方法通常采用对数线性化－最小二乘法求得a、b值．这种方法显然不是最优的，本文首次用遗传算法最优拟合该模型，并比较了各种方法的拟合结果，证明遗传算法筒单、精确，优于其他拟合方法．

基于三维Taylor模型的福建及邻近地区地磁模型研究

基于福建及邻近地区高密度的256个地磁场矢量(D、I、H分量)实测数据,结合全球陆地1km基准海拔高度工程的网格数据以及最新的第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12),采用三维Taylor多项式模型构建了福建地区的地磁场模型.通过比较均方偏差(RMS)、磁场实际分布以及残差等,结果显示:(1)当三维Taylor模型的截断阶数(N)为2时,可基本反映N为6时的二维Taylor模型的拟合效果;(2)三维Taylor模型计算方便,精度较高,但较易出现龙格现象,因此在确定截断阶数时既要考虑模拟精度,还需要考虑边界效应问题.

非线性动力系统线性模型数值计算的Taylor变换法

将非线性动力系统化为连续变化的线性系统,并导出任意自治或非自治非线性动力系统的瞬时线性化方程,该线性方程的连续变化描述了系统的全部复杂动力行为.进一步采用Taylor变换法求解系统的线性化方程,得到一种非线性动力系统数值计算的新方法,避免了指数矩阵展开的乘积运算.计算实例表明该方法在不增加计算机时的前提下,精度高于传统的Houbolt,Wilson-θ及Newmark-β等方法.计算了Duffing方程和van Pol方程的混沌及周期特性.

利用电磁暂态分析软件实现Taylor模型的方法研究

常用电磁暂态分析软件,如ATP-EMTP,PSpice等,具有多种电力元件模型,部分还具有传输线的分布参数模型,然而,它们都不能直接研究场-线耦合问题,而场-线耦合传输线模型能完成这项工作,但是无法利用现有电磁暂态软件直接实现它们,Taylor模型是其中常用的一种。为了利用内含分布参数传输线模型的电磁暂态分析软件实现Taylor模型,基于电路理论推导了Taylor模型新型等效电路,使之符合ATP-EMTP等电磁暂态分析软件的分布参数传输线建模特点。分别利用ATP-EMTP软件基于所推导的Taylor模型等效电路,以及Matlab软件基于Fourier变换和逆变换方法,对算例给出的传输线耦合外场的电磁暂态响应进行了计算,结果表明2种方法计算结果较符合,证明所推导的Taylor模型等效电路是正确的,可以利用电磁暂态软件ATP-EMTP对其进行建模。该研究结果的应用可降低场-线耦合研究的复杂度。

对预测垂直环空管中Taylor泡上升速度模型的评价

弹状流是管内两相流中常见的流型之一，为了研究弹状流的流动特性，有必要确定Ｔａｙｌｏｒ泡在滞止液体中的上升速度．本文对Ｓａｄａｔｏｍｉ、Ｈａｓａｎ和Ｂａｒｎｅａ预测垂直环空管中Ｔａｙｌｏｒ泡在滞止液体中上升速度的三种计算模型进行了评价分别用这几种模型的预测值与不同研究者在不同时期、不同实验条件下得到的实验值进行了全面的比较；借助于平均误差对三种模型的预测精度进行了定量分析．根据比较及定量分析结果，Ｓａｄａｔｏｍｉ模型的预测值误差较大，而Ｈａｓａｎ与Ｂａｒｎｅａ模型的预测误差相当，精度均较Ｓａｄａｔｏｍｉ模型的高三种模型均没有考虑环空管偏心度的影响，在全偏心配置的环空管中，它们的预测精度均受到一定影响．

地下水水质模型的 Taylor 展开随机模拟方法

地下水水质模型是由水流问题和水动力弥散问题耦合而成。本文从Ｔａｙ－ｌｏｒ展开式入手，结合有限元等方法，直接推导某节点浓度的均值和方差、协方差的表达式，把水流问题和水动力弥散问题统一进行考虑，避免了计算过程中随机变量的增加，提高了计算效率，为地下水水质模型的随机模拟提供了新的计算方法。