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Stochastic seismic response of multi-layered soil with random layer heights 被引量:1
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作者 M.Badaoui M.K.Berrah A.Mébarki 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 SCIE EI CSCD 2010年第2期213-221,共9页
This paper deals with the effect of layer height randomness on the seismic response of a layered soil. These parameters are assumed to be lognormal random variables. The analysis is carried out via Monte Carlo simulat... This paper deals with the effect of layer height randomness on the seismic response of a layered soil. These parameters are assumed to be lognormal random variables. The analysis is carried out via Monte Carlo simulations coupled with the stiffness matrix method. A parametric study is conducted to derive the stochastic behavior of the peak ground acceleration and its response spectrum,the transfer function and the amplification factors. The input soil characteristics correspond to a site in Mexico City and the input seismic accelerations correspond to the Loma Prieta earthquake. It is found that the layer height heterogeneity causes a widening of the frequency content and a slight increase in the fundamental frequency of the soil profile,indicating that the resonance phenomenon is a concern for a large number of structures. Variation of the layer height randomness acts as a variation of the incident angle,i.e.,a decrease of the amplitude and a shift of the resonant frequencies. 展开更多
关键词 random layer heights layered soil seismic acceleration lognormal distribution amplification factors Mexico City
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Application of Random Process in Soil Profile Modeling
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作者 Yan Shuwang , Jia Xiaoli and Deng Weidong Professor, Dept. of Hydraulic Eng., Tianjin University, Tianjin 300072Graduate student, Dept. of Hydraulic Eng., Tianjin University, Tianjin 300072Senior Engineer, Chongqing Institute of Highway Science 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 1994年第4期457-470,共14页
When using the random process in soil profile modeling, the stationary and ergodicity of the soil properties in the profile must be tested. This paper describes a procedure for stationary and ergodicity testing. Numer... When using the random process in soil profile modeling, the stationary and ergodicity of the soil properties in the profile must be tested. This paper describes a procedure for stationary and ergodicity testing. Numerical examples were given for demonstration. A log-cosine function is suggested to simulate the correlation function, which has been proved to be good for soil profile modeling. 展开更多
关键词 random process soil prof He MODELING STATIONARY ERGODICITY correlation function scale of fluctuation
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Neumann stochastic finite element method for calculating temperature field of frozen soil based on random field theory 被引量:3
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作者 Tao Wang GuoQing Zhou 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2013年第4期488-497,共10页
To study the effect of uncertain factors on the temperature field of frozen soil, we propose a method to calculate the spatial average variance from just the point variance based on the local average theory of random ... To study the effect of uncertain factors on the temperature field of frozen soil, we propose a method to calculate the spatial average variance from just the point variance based on the local average theory of random fields. We model the heat transfer coefficient and specific heat capacity as spatially random fields instead of traditional random variables. An analysis for calculating the random temperature field of seasonal frozen soil is suggested by the Neumann stochastic finite element method, and here we provide the computational formulae of mathematical expectation, variance and variable coefficient. As shown in the calculation flow chart, the stochastic finite element calculation program for solving the random temperature field, as compiled by Matrix Laboratory (MATLAB) sottware, can directly output the statistical results of the temperature field of frozen soil. An example is presented to demonstrate the random effects from random field parameters, and the feasibility of the proposed approach is proven by compar- ing these results with the results derived when the random parameters are only modeled as random variables. The results show that the Neumann stochastic finite element method can efficiently solve the problem of random temperature fields of frozen soil based on random field theory, and it can reduce the variability of calculation results when the random parameters are modeled as spatial- ly random fields. 展开更多
关键词 fi'ozen soil Neumann expansion stochastic finite element method random temperature field
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Multiscalar Geomorphometric Generalization for Soil-Landscape Modeling by Random Forest: A Case Study in the Eastern Amazon
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作者 Cauan Ferreira Araújo Raimundo Cosme de Oliveira Junior Troy Patrick Beldini 《Journal of Geographic Information System》 2021年第4期434-451,共18页
Multiscalar topography influence on soil distribution has a complex pattern that is related to overlay of pedological processes which occurred at different times, and these driving forces are correlated with many geom... Multiscalar topography influence on soil distribution has a complex pattern that is related to overlay of pedological processes which occurred at different times, and these driving forces are correlated with many geomorphologic scales. In this sense, the present study tested the hypothesis whether multiscale geomorphometric generalized covariables can improve pedometric modeling. To achieve this goal, this case study applied the Random Forest algorithm to a multiscale geomorphometric database to predict soil surface attributes. The study area is in phanerozoic sedimentary basins, in the Alter do Ch<span style="white-space:nowrap;">&#227;</span>o geological formation, Eastern Amazon, Brazil. The multiscale geomorphometric generalization was applied at general and specific geomorphometric covariables, producing groups for each scale combination. The modeling was run using Random Forest for A-horizon thickness, pH, silt and sand content. For model evaluation, visual analysis of digital maps, metrics of forest structures and effect of variables on prediction were used. For evaluation of soil textural classifications, the confusion matrix with a Kappa index, and the user’s and producer’s accuracies were employed. The geomorphometry generalization tends to smooth curvatures and produces identifiable geomorphic representations at sub-watershed and watershed levels. The forest structures and effect of variables on prediction are in agreement with pedological knowledge. The multiscale geomorphometric generalized covariables improved accuracy metrics of soil surface texture classification, with the Kappa Index going from 43% to 62%. Therefore, it can be argued that topography influences soil distribution at combined coarser spatial scales and is able to predict soil particle size contents in the studied watershed. Future development of the multiscale geomorphometric generalization framework could include generalization methods concerning preservation of features, landform classification adaptable at multiple scales. 展开更多
关键词 Digital soil Mapping Upscaling Machine Learning random Forest Algorithm Multiscale Geomorphometric Generalization
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不同干扰强度高原鼠兔对高寒草甸土壤温室气体通量变化的影响
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作者 李婧 王苏芹 +1 位作者 谈昭贤 曲家鹏 《草业科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期207-217,共11页
高原鼠兔通过取食植物、排泄粪尿及掘土等行为对土壤理化性质及土壤微生物产生广泛干扰,进而可能会影响高寒草甸土壤温室气体排放。本研究选择高密度组(H)、低密度组(L)、对照组(CK)3种鼠兔干扰强度的高寒草甸为研究对象,揭示温室气体... 高原鼠兔通过取食植物、排泄粪尿及掘土等行为对土壤理化性质及土壤微生物产生广泛干扰,进而可能会影响高寒草甸土壤温室气体排放。本研究选择高密度组(H)、低密度组(L)、对照组(CK)3种鼠兔干扰强度的高寒草甸为研究对象,揭示温室气体排放速率对不同高原鼠兔干扰强度的响应规律及主要调控因素。结果表明,H组高寒草甸土壤CO_(2)排放速率为596.66 mg·(m^(2)·h)^(-1),显著低于CK组的695.45 mg·(m^(2)·h)^(-1)(P<0.05)。高原鼠兔干扰强度、地上生物量、土壤pH和土壤含水量是影响CO_(2)排放速率的主要调控因素。H组高寒草甸CH_(4)吸收速率为-43.46mg·(m^(2)·h)^(-1),显著低于L组的4.92mg·(m^(2)·h)^(-1)(P<0.05),H和L组高寒草甸N_(2)O排放速率分别为8.03、-2.39μg·(m^(2)·h)^(-1),均显著高于CK组的-16.69μg·(m^(2)·h)^(-1)(P<0.05)。土壤硝态氮和铵态氮含量、pH和含水量是影响CH_(4)吸收和N_(2)O排放的重要因素。因此,高原鼠兔干扰强度是影响温室气体排放速率的因素之一,进一步研究高原鼠兔对高寒草甸土壤温室气体排放速率的影响具有重要意义。 展开更多
关键词 高原鼠兔 有效洞穴密度 温室气体 植物群落 土壤理化性质 随机森林 青藏高原
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福建省漳州市水稻物候特征对稻田土壤有机碳制图的影响 被引量:1
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作者 吴启航 姚园 +5 位作者 李一凡 曹文琦 蔡欣瑶 毋亭 张黎明 邢世和 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期385-397,共13页
高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少... 高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少见。基于遥感影像提取的物候参数是农业管理活动的直接反映,在研究农业管理活动对农田土壤有机碳的影响方面有较大应用潜力。基于此,本研究以福建省漳州市水稻田为研究对象,利用随机森林算法,基于5组不同的变量组合(A组:仅自然环境变量;B组:自然环境变量+早稻物候参数:C组:自然环境变量+晚稻物候参数;D组:自然环境变量+早稻物候参数+晚稻物候参数;E组:仅早稻物候参数+晚稻物候参数),分别构建土壤有机碳含量预测模型。通过对比5组模型的预测精度、预测值的空间分布特征和相关影响因子的重要性,分析物候参数对于土壤有机碳制图精度的影响作用,挖掘漳州市水田土壤有机碳制图的主要影响因子,解析对漳州市水田土壤有机碳有重要影响作用的农业管理活动。研究结果表明:物候参数的加入能够降低预测模型的误差和提升模型解释方差的能力;对漳州市水田土壤有机碳影响作用最大的物候参数依次为早稻季的NDVI增长速率(h1)、早稻生长季节开始的时间(a1)与早稻季NDVI下降速率(i1);三个最重要的物候参数与土壤有机碳含量分别呈正相关、负相关和负相关,因此,采取能够促使早稻苗早生快发、加快早稻分蘖速率和减缓早稻衰老速率的水肥管理措施可增加耕地土壤有机碳含量。基于物候参数构建预测模型能有效提高农田土壤有机碳制图精度,基于物候参数的农田土壤有机碳制图研究可为农田管理提供决策支持,此次研究结果可为相关研究提供理论依据。 展开更多
关键词 农田土壤有机碳含量 随机森林 物候参数 农田管理措施 数字土壤制图
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基于递归特征消除−随机森林模型的江浙沪农田土壤肥力属性制图 被引量:1
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作者 李安琪 杨琳 +4 位作者 蔡言颜 张磊 黄海莉 吴琪 王雯琪 《地理科学》 CSCD 北大核心 2024年第1期168-178,共11页
以江苏省、浙江省、上海市农田为研究区,选用气候、地形、植被、土壤属性等自然环境协变量,及农业机械总动力、每公顷农用化肥施用量、农业总产值、农村用电量等农业活动变量,利用递归特征消除方法(RFE)对环境协变量进行筛选,基于筛选... 以江苏省、浙江省、上海市农田为研究区,选用气候、地形、植被、土壤属性等自然环境协变量,及农业机械总动力、每公顷农用化肥施用量、农业总产值、农村用电量等农业活动变量,利用递归特征消除方法(RFE)对环境协变量进行筛选,基于筛选后的最优变量组合建立随机森林(RF)模型,进行表层土壤pH、有机碳、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁11种主要土壤肥力属性的空间分布预测,并采用100次重复的十折交叉验证法进行验证。结果表明:①11个模型筛选出的环境协变量类型主要集中在气候、地形与植被变量,表征人类农业活动的变量在有机碳、全磷、全钾、铵态氮和有效磷预测中体现重要作用。②11个模型的决定系数(R^(2))在0.27~0.53,pH、速效钾、交换性镁和交换性钙的预测模型决定系数(R^(2))均在0.45以上。本研究表明人类活动变量对于土壤肥力预测具有重要意义,而递归特征消除−随机森林模型(RFE-RF)可以用于农田主要土壤肥力属性制图,为农业生产提供准确的土壤肥力属性空间分布信息。 展开更多
关键词 递归特征消除 随机森林 土壤肥力属性 农田土壤 数字土壤制图 江浙沪
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考虑土性参数空间变异性的珠三角软土地区土钉支护结构可靠度分析
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作者 王景梅 唐昌意 何忠意 《广东建材》 2024年第7期73-77,共5页
如何定量定性描述软土土性参数空间变异性对准确确定软土土性参数和合理评价软土地区土钉支护结构稳定性至关重要。采用既有统计分析方法定量描述空间变异性通常需要大量数据,难以满足。本文基于随机场理论模拟软土土性参数空间变异性,... 如何定量定性描述软土土性参数空间变异性对准确确定软土土性参数和合理评价软土地区土钉支护结构稳定性至关重要。采用既有统计分析方法定量描述空间变异性通常需要大量数据,难以满足。本文基于随机场理论模拟软土土性参数空间变异性,建立了一套考虑土性空间变异性的软土地区土钉支护结构可靠度设计方法,最后以MATLAB软件包为平台进行计算程序的开发与工程实例研究。分析结果表明,本文采用随机场方法模拟软土土体固有空间变异性及其在土钉支护结构可靠度分析中的应用具有合理性与普适性。 展开更多
关键词 土钉支护结构 随机场 空间变异性 可靠度设计 蒙特卡洛模拟
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基于随机森林模型的旺业甸实验林场土壤全氮数字制图
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作者 甄诚 王海燕 +4 位作者 雷相东 赵晗 董齐琪 崔雪 仇皓雷 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期249-257,共9页
为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度(0~10、10~30、30~50cm)土壤全氮含量与环境协变量(海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均... 为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度(0~10、10~30、30~50cm)土壤全氮含量与环境协变量(海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均气温、y坐标和坡向)之间的定量关系模型,对该区土壤全氮含量进行预测并制图,并分析了影响土壤全氮空间变异的控制性因素。研究结果显示:0~10、10~30、30~50cm土层实测全氮含量的均值分别为3.20、2.02、1.47g/kg,土壤全氮的平均含量随土层深度的增加而降低;3个土层深度土壤全氮预测随机森林模型的决定系数R2分别为0.59、0.42和0.39,均优于决定系数R2分别为0.56、0.38和0.34的Cubist模型,2种模型预测精度都随土层深度的增加而降低,各环境因素对土壤全氮空间分布的影响作用随土层深度的增加而减小;从随机森林模型土壤全氮预测图来看,不同土层深度土壤全氮含量均呈现西部、北部和中部低,西南、东南和东部高的空间格局,不确定性图显示随机森林模型预测土壤全氮含量分布具有较低的标准差;海拔对土壤全氮含量的影响最大,其他依次为:归一化植被指数>年平均降水量>年平均气温>y坐标>坡向。结果表明,随机森林模型可以作为有效预测该林场不同土层深度土壤全氮含量的方法。 展开更多
关键词 土壤全氮 随机森林模型 空间分布 土层深度 数字土壤制图
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基于机器学习方法的花生镉富集系数预测
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作者 毕卫冬 丁昌峰 +1 位作者 周志高 王兴祥 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1230-1238,共9页
通过采集我国14个省份花生主产区的100组土壤-花生样品,分析土壤-花生系统镉(Cd)污染特征及土壤理化性质,基于机器学习方法建立花生Cd富集系数预测模型并识别花生富集Cd的重要影响因素。结果表明,采集的全国范围土壤样品总体以酸性为主,... 通过采集我国14个省份花生主产区的100组土壤-花生样品,分析土壤-花生系统镉(Cd)污染特征及土壤理化性质,基于机器学习方法建立花生Cd富集系数预测模型并识别花生富集Cd的重要影响因素。结果表明,采集的全国范围土壤样品总体以酸性为主,有60%的土壤pH<6.50,花生籽粒Cd含量均值为0.27 mg·kg^(-1),富集系数均值达到2.42。利用全国以及南北方产区分组数据构建的随机森林模型(R^(2)=0.930~0.966)对花生Cd富集系数的预测性能均明显优于相应的多元线性回归模型(R^(2)=0.471~0.657)。随机森林模型分析结果表明不同区域相对重要性较高的特征变量有所差异,影响北方产区花生Cd富集系数预测最重要的特征变量为土壤游离锰氧化物、游离铁氧化物含量和pH,而影响南方产区花生Cd富集系数预测最重要的特征变量为土壤游离锰氧化物、黏粒、游离铁氧化物和有机质含量。研究表明,相较于传统多元线性回归模型,随机森林模型对花生Cd富集系数的预测性能更为优越,为田间大尺度下土壤-花生系统中Cd的迁移预测提供了新的视角和解决方案。 展开更多
关键词 土壤 花生 随机森林 预测模型
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黑土区水蚀坡耕地土壤穿透阻力时空变异特征及传递函数
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作者 熊乾 高磊 +4 位作者 彭新华 钱芮 钟雪梅 李林源 李庆林 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期162-169,180,共9页
[目的]为探明侵蚀坡耕地黑土硬度的时空特征及关键驱动因素。[方法]基于典型水蚀坡耕地110个样点土壤穿透阻力动态监测及其相关因素的测定,在阐明土壤穿透阻力时空特征的基础上,利用多元线性回归(MLR)和随机森林(RFR)模型分析土壤穿透... [目的]为探明侵蚀坡耕地黑土硬度的时空特征及关键驱动因素。[方法]基于典型水蚀坡耕地110个样点土壤穿透阻力动态监测及其相关因素的测定,在阐明土壤穿透阻力时空特征的基础上,利用多元线性回归(MLR)和随机森林(RFR)模型分析土壤穿透阻力的影响因素,并进一步构建其传递函数。[结果]土壤穿透阻力时空变异性受土层深度、水分条件及农事活动等因素的综合影响,耕作层土壤穿透阻力空间上的异质性显著低于亚表层,变异系数分别为17.4%和26.3%。随土壤由湿变干和距离翻耕的时间增加,空间异质性呈增强趋势。土壤侵蚀影响土壤穿透阻力,强烈侵蚀区土壤穿透阻力高于沉积区,特别是在湿润条件下,差异更为显著(p<0.05)。与自然林地相比,所研究坡耕地73%样点的土壤穿透阻力增加,尤其在强侵蚀区。土壤含水量、容重和有机碳(SOC)是土壤穿透阻力的主要影响因素,Pearson系数分别为-0.69,0.58,-0.54,三者共同解释土壤穿透阻力88%的变异。RFR模型在土壤穿透阻力预测中表现优于MLR模型,在生长季均值的预测中,R^(2)可达0.91,RMSE仅为91.2 kPa。[结论]研究结果加深对侵蚀背景下黑土硬度空间分异特征的理解,为黑土压实管控提供理论依据。 展开更多
关键词 黑土 土壤压实 土壤侵蚀 土壤传递函数 随机森林模型
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基于无人机多光谱与热红外数据的冬小麦土壤水分反演
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作者 张成才 侯佳彤 +2 位作者 王蕊 姜明梁 祝星星 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2024年第5期111-118,共8页
引入植被覆盖度会在一定程度上提高土壤水分反演模型的精度,但大多数研究均基于归一化植被指数NDVI估算植被覆盖度,未深入研究基于其他植被指数估算植被覆盖度对模型的影响。为此,以河南省驻马店市西平县人和乡冬小麦部分种植区域为实验... 引入植被覆盖度会在一定程度上提高土壤水分反演模型的精度,但大多数研究均基于归一化植被指数NDVI估算植被覆盖度,未深入研究基于其他植被指数估算植被覆盖度对模型的影响。为此,以河南省驻马店市西平县人和乡冬小麦部分种植区域为实验区,基于分辨率高、机动性强的无人机平台搭载多光谱与热红外成像仪开展冬小麦覆盖地表的土壤水分反演研究,探究引入不同植被覆盖度参数后模型精度的变化,并弥补基于卫星遥感影像的土壤水分监测分辨率低、时效性差的不足。基于随机森林算法,将温度植被干旱指数TVDI、垂直干旱指数PDI两种干旱指数分别与7种植被指数估算的植被覆盖度参数耦合搭建土壤水分反演模型,并根据最优模型的反演结果对实验区的土壤水分空间分布情况进行分析。同时,建立耦合TVDI与PDI指数、不引入植被覆盖度的土壤水分反演模型TP模型为对照组。结果表明:在0~10 cm和>10~20 cm深度时,TP模型的决定系数R^(2)分别为0.606、0.670,均方根误差RMSE分别为0.045、0.041。7种引入植被覆盖度的模型精度较TP模型精度均有一定程度的提升,其中最优模型TPOSAVI的R^(2)较TP模型分别提高0.143、0.158,RMSE分别降低0.7百分点、0.8百分点。基于干旱指数引入植被覆盖度能够提高模型精度,且不同植被覆盖度参数对模型精度的提升程度有差异。 展开更多
关键词 土壤水分反演 无人机遥感 多光谱 热红外 随机森林 干旱指数 植被覆盖度
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基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究
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作者 周琪清 赵小敏 +1 位作者 郭熙 周洋 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期648-661,共14页
土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有... 土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的(平均)值作为输入变量,而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此,引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征,探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域,采用随机森林模型,选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中,并用普通克里格(Ordinary Kriging,OK)对模型结果进行残差修正,最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明,时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能,并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度,相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合,将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示,SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此,物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景,未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。 展开更多
关键词 土壤有机碳 数字土壤制图 随机森林残差克里格 物候 极端气候
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基于生成对抗网络模型的SMAPL4土壤水分产品降尺度分析
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作者 杨赈 杨明龙 +3 位作者 李国柱 夏永华 严正飞 李万涛 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期245-253,共9页
土壤水分是地表和大气水热过程交换的重要纽带,对于农业生产以及优化种植结构具有重要意义,NASA卫星下的SMAPL4是一种以被动微波遥感技术为手段对土壤湿度监测的产品,具有可穿透云层和全天候监测等能力,但其较低空间分辨率很难满足小尺... 土壤水分是地表和大气水热过程交换的重要纽带,对于农业生产以及优化种植结构具有重要意义,NASA卫星下的SMAPL4是一种以被动微波遥感技术为手段对土壤湿度监测的产品,具有可穿透云层和全天候监测等能力,但其较低空间分辨率很难满足小尺度或小区域范围的实际研究需求。鉴于此,根据云南省姚安县高原灌区特殊的地理位置,引用相关系数推演得出与研究区土壤水分空间分布有关的解释变量,沿用随机森林算法,耦合1 km包含地表温度和归一化植被指数的MODIS地表产品,建立基于RF全局窗口线性回归的1 km级被动微波土壤水分空间降尺度模型;而后堆叠地表温度(LST)、归一化植被指数(NDVI)、降水量(Prec)、地表蒸散量(ET)等4个变量形成条件生成对抗网络框架,并使用均方误差(RMSE)和条件生成对抗性损失函数训练神经网络来建立低分辨率和高分辨率映射关系,随即获得降尺度后土壤水分空间分布结果;最后将实际采样和监测站点提供数据做空间平均聚合后,与SMAPL4原始结果的CGAN、RF降尺度结果进行对比分析。结果表明:LST、NDVI、Prec、ET与土壤水分的相关性均值均大于0.44,具有相关关系,条件生成对抗网络降尺度结果对指标R^(2)和Bias表现效果最好,均值分别为0.7和0.032;RF降尺度结果对RMSE的效果最好,均值为0.006。同比SMAPL4原始数据,RF结果空间分布更为平滑,但极值差异性较大;CGAN结果能有效表征土壤含水空间分布状况,其数据变异性和极值表征能力更为突出。经RMSE与对抗性损失函数训练后,认为0.2~0.28的值域分布为降尺度后的研究区土壤水分数值分布结果。 展开更多
关键词 土壤水分 SMAP 随机森林算法 生成对抗网络 降尺度分析
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考虑膜态水渗流的非饱和土渗透系数计算方法研究
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作者 翟钱 沈天伦 +4 位作者 田刚 戴国亮 赵学亮 龚维明 蔡建国 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期291-298,共8页
当前采用土-水特征曲线计算非饱和土渗透系数的方法主要分为经验模型和统计模型两大类。经验模型的计算结果取决于模型中的经验系数,统计模型基于毛细模型采用统计学相关理论推导得出,因此统计模型计算结果相对可靠。研究发现,统计模型... 当前采用土-水特征曲线计算非饱和土渗透系数的方法主要分为经验模型和统计模型两大类。经验模型的计算结果取决于模型中的经验系数,统计模型基于毛细模型采用统计学相关理论推导得出,因此统计模型计算结果相对可靠。研究发现,统计模型主要研究毛细水迁移规律,并未考虑土体中的结合水。因物理化学作用,部分土颗粒表面会吸附水膜,该水膜可作为液态水分的传输媒介。水膜厚度主要取决于土颗粒表面与土中水的相互作用,水膜厚度决定了土颗粒表面膜态水的迁移速率。首先计算单个颗粒表层吸附水膜的厚度、膜态水迁移速率;其次考虑土体中不同粒径颗粒的随机接触,利用级配曲线计算不同粒径颗粒的连接概率;最终依据单颗粒膜态水的迁移速率并结合颗粒间的随机接触概率,提出非饱和土膜态水的渗透系数预测模型。为验证模型的可靠性,选取其他文献中的试验数据对比模型预测结果,对比结果表明本文预测结果与文献试验结果吻合度较好,比传统统计模型表现出一定的优越性。 展开更多
关键词 非饱和土 毛细水渗流 膜态水渗流 随机连接 预测模型
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海河平原典型区表层土壤有机碳库变化及影响因素——以天津市津南区为例
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作者 李硕 刘汉粮 +3 位作者 孙少波 刘永涛 程绪江 张亚娜 《农业资源与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期816-825,共10页
为探究海河平原典型区表层土壤有机碳库的变化及其主要影响因素,本研究基于1980年和2016年两期土壤调查数据,采用地统计学方法分析了天津市津南区土壤有机碳密度(SOCD)及土壤有机碳库的变化,运用线性回归和随机森林模型分析了土壤有机碳... 为探究海河平原典型区表层土壤有机碳库的变化及其主要影响因素,本研究基于1980年和2016年两期土壤调查数据,采用地统计学方法分析了天津市津南区土壤有机碳密度(SOCD)及土壤有机碳库的变化,运用线性回归和随机森林模型分析了土壤有机碳(SOC)主要影响因素。结果显示:津南区表层土壤有机碳库2016年储量为1.14×10^(6)t,比1980年增加了6.61×10^(4)t;SOCD与成土母质关系密切,不同时期SOCD都表现出冲积物>冲积-海积物>湖沼积物这一规律;两期SOCD高值区分布基本一致,主要分布在津南区西北部及中部咸水沽镇附近,1980—2016年SOCD变化有“北减南增”的趋势;有机碳变化(∆SOC)受土壤理化性质及土地利用变更(LUC)共同影响,其中土壤全氮含量变化(∆TN)、碳氮比(C/N)变化、氮磷比(N/P)变化与∆SOC呈极显著正相关(P<0.01),土壤有机碳初始值(ISOC)、CaO含量、pH变化(∆pH)与∆SOC呈显著负相关(P<0.05)。研究表明,土壤有机碳库在农用地向城镇用地转换时表现为“碳源”,而农用地性质不变时表现为“碳汇”,∆TN、C/N变化、N/P变化和LUC在SOC动态变化中起重要作用。 展开更多
关键词 土壤有机碳 时空分布 随机森林 海河平原
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陕西省土壤无机碳的时空分布特征及影响因素
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作者 冯晓琳 张楚天 +3 位作者 许晨阳 耿增超 胡斐南 杜伟 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1517-1532,共16页
[目的]土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用,然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据。[... [目的]土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用,然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据。[方法]收集陕西省1980s和2010s两期的65个和142个土壤样本以及相关的地形因素、气候条件、土地利用类型、植被状况和土壤性质数据,采用方差分析和随机森林(Random Forest,RF)模型分析土壤无机碳含量的时间和空间分布特征,并探讨土壤无机碳含量变化的影响因素。[结果]陕西省1980s各区域的土壤无机碳含量表现为:陕北>关中>陕南;与1980s相比,2010s陕北土壤无机碳含量下降了31.5%,关中地区基本保持不变,陕南小幅度上升。1980s到2010s,0-100 cm剖面上不同土层无机碳含量的降幅范围为20.6%-27.7%,其中以0-20和80-100cm土层降幅最大。随机森林模型分析表明,年平均降水量、容重、pH是影响1980s和2010s土壤无机碳含量变化的重要因素,在年平均降水量450-650 mm时土壤无机碳含量最高;土壤无机碳含量随着pH的增加而增加;低容重土壤无机碳含量高于高容重土壤。[结论]总体来看,陕西省土壤无机碳含量呈现从北向南逐渐降低的趋势。与1980s相比,2010s陕西省表层土壤和陕北地区整个土壤剖面无机碳含量显著下降,1980s和2010s陕西省土壤无机碳含量主要受年平均降水量、pH、容重的调控。 展开更多
关键词 土壤无机碳 时空分布 随机森林模型 陕西省
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基于随机森林模型与SHAP算法的渝东北烟区土壤交换酸含量影响因素分析研究
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作者 李昕容 杨超 +2 位作者 张鑫 周亚男 刘洪斌 《中国烟草学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期52-60,共9页
【背景和目的】土壤交换酸含量在农业生产中对于指导施肥和调节土壤pH具有重要作用,研究环境因子(气候、地形、成土母岩)和种植年限对土壤交换酸(Exchangeable Acidity, EA)含量的影响。【方法】以重庆市东北烟区为研究区,对该区中483... 【背景和目的】土壤交换酸含量在农业生产中对于指导施肥和调节土壤pH具有重要作用,研究环境因子(气候、地形、成土母岩)和种植年限对土壤交换酸(Exchangeable Acidity, EA)含量的影响。【方法】以重庆市东北烟区为研究区,对该区中483个采样点的土壤交换酸数据进行统计分析,构建随机森林(Random Forest, RF)模型并结合Shapley Additive exPlanations(SHAP)算法,探讨影响土壤交换酸含量的主控因素。【结果】(1)研究区土壤交换酸含量在1.56~27.50 cmol/kg之间,与降水、日照时数、坡向、种植年限呈极显著负相关性。二叠系石灰岩发育的土壤交换酸含量显著高于三叠系石灰岩发育的土壤。(2)RF模型可解释土壤交换酸含量空间变异的64%,影响因子对土壤交换酸含量的重要性为气候>成土母岩>种植年限>地形。(3)SHAP算法揭示了土壤交换酸含量在不同气候条件下存在明显的阈值效应。当年均降水量、日照时数和均温分别超过1250 mm、1290 h和12℃时,会导致土壤交换酸含量的减少,反之则会促使其增加。【结论】气候是影响土壤交换酸含量变异最重要的环境因素,其中降水和日照时数是最重要的气候因子,研究结果可为烟田土壤酸化管理调控提供参考。 展开更多
关键词 土壤交换酸 环境因子 随机森林 SHAP算法 阈值
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多源数据融合的土性参数预测方法
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作者 汪明元 陈松庭 +2 位作者 王耿鑫 彭成威 李欣益 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第4期430-436,共7页
场地勘察是岩土工程建设中至关重要的环节,静力触探测试(Cone penetration test,CPT)和多通道表面波试验(Multi-channel analysis of surface waves,MASW)分别是常用的岩土工程勘察和地球物理探测方法,两种方法各有优势和局限性。首先,... 场地勘察是岩土工程建设中至关重要的环节,静力触探测试(Cone penetration test,CPT)和多通道表面波试验(Multi-channel analysis of surface waves,MASW)分别是常用的岩土工程勘察和地球物理探测方法,两种方法各有优势和局限性。首先,通过多源数据融合的土性参数预测方法将MASW试验获得的剪切波速(V S)转换为锥尖阻力(q_(c));然后,基于随机森林算法将转换结果与CPT获得的实测q_(c)相结合,从而实现对目标场地剖面上q_(c)的预测;最后,根据实测CPT参数采用准确性评价指标评价该预测方法的准确性。研究结果表明:V S与q_(c)之间有较强的相关性,采用转换模型将V S转换为q_(c)的预测准确性高于经验公式,所提方法能够有效预测目标场地的土性参数,相较于未融合MASW参数的预测模型,采用多源数据融合方法获得的模型准确性有所提升。 展开更多
关键词 CPT MASW 土性参数 随机森林 数据融合
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随机应力循环加卸载三轴试验土的变形稳定状态初探
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作者 高睿 邵龙潭 田筱剑 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期200-208,共9页
为研究土在随机应力幅值循环加卸载条件下的应力-应变关系,基于土样全表面变形数字图像测量系统,以福建标准砂和硅微粉为研究对象进行一系列三轴试验。据此分析土样在不同随机应力循环加卸载过程的应力-应变行为,判断其是否达到变形稳... 为研究土在随机应力幅值循环加卸载条件下的应力-应变关系,基于土样全表面变形数字图像测量系统,以福建标准砂和硅微粉为研究对象进行一系列三轴试验。据此分析土样在不同随机应力循环加卸载过程的应力-应变行为,判断其是否达到变形稳定状态,同时与等应力幅值循环加卸载和阶梯应力幅值循环加卸载试验进行对比。结果表明:无论是恒定应力幅值、阶梯应力幅值还是随机应力幅值加卸载循环,当循环次数超过一定次数后,土样逐渐趋于变形稳定状态,且变形稳定状态对应的循环次数值不同;土在受到超过历史最大应力幅值时,应力-应变关系会回到初次单调加载的应力-应变曲线;在最大应力值小于破坏应力的条件下,应力加卸载时间过程幅值的随机特征,如幅值大小和分布对土的应力-应变行为,包括变形稳定状态没有影响。 展开更多
关键词 随机应力 细粒土 三轴循环加卸载试验 变形稳定状态 应力-应变关系
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