基于双EnKF的土壤水分与土壤属性参数同时估计

为提高土壤水分数据同化结果的精度,将基于双集合卡尔曼滤波(Dual Ensemble Kalman Filter,DEnKF)的状态-参数估计方案与简单生物圈模型(simple biosphere model 2,SiB2)相结合,同时更新土壤水分和优化模型参数(土壤属性参数)。选用2008年6月1日~10月29日黑河上游阿柔冻融观测站为参考站,开展了同化表层土壤水分观测数据的实验。研究结果表明:DEnKF可同时优化土壤属性参数和改进土壤水分估计,该方法对表层土壤水分估计的精度0.04高于EnKF算法的精度0.05。当观测数据稀少时,DEnKF算法仍然可以得到较高精度的土壤水分估计,3层土壤水分的估计精度在0.02~0.05之间。     

黑河综合遥感联合试验涡动相关通量数据处理及产品分析黑河综合遥感联合试验涡动相关通量数据处理及产品分析

涡动相关通量数据的处理及质量控制是保证各涡动观测台站数据质量的重要步骤。“黑河综合遥感联合试验”(Watershed Allied Telemetry Experimental Research,WATER)从2007年底到现在连续观测积累了大量涡动相关通量观测资料。使用经过改进的EdiRe软件对盈科站、阿柔站和关滩站3个站点的原始涡动数据进行预处理和质量控制。通过异常值及野值点剔除、倾斜修正、超声虚温修正、时间滞后校正、频率响应修正和空气密度效应修正（WPL修正）等基本处理生成Level\|1数据产品;再通过大气状态平稳性检验、总体湍流特征检验以及湍流通量统计特征分析等初步质量控制,生成Level\|2数据产品。以盈科绿洲站2009年7月份涡动相关数据为例,着重介绍涡动相关数据处理过程中各校正方法的重要性及不同校正方法对湍流通量计算的贡献。结果表明：超声虚温修正后感热通量比修正前减少约7.7%;时间滞后校正后潜热通量和CO²通量分别增加了3.9%、2.7%;频率响应修正后感热通量、潜热通量及CO2通量分别增加了2.7%、10.5%、11.6%;WPL修正后潜热通量增加了1.7%,CO²通量减少了9.8%。最后将Campbell实时处理结果与Level\|1产品及Level\|2产品进行对比分析,并对黑河流域各涡动站做了总体数据精度评价,阿柔站数据质量最好,盈科站次之,关滩站较差。
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基于Web Service的在线水文模型服务研究

通过分析目前水文模型本地服务模式的不足,针对当前国内外Web Service技术在水文信息系统中的应用现状,设计并实现了一个基于Web Service技术的在线水文模型服务系统,示范了基于Web Service技术的网络数据获取、水文模型运行模拟等过程,说明基于Web Service技术的在线水文模型服务较好地实现了水文模型网络共享,支持异地模型访问。建议在线水文模型服务结构从网络数据库/数据中心获取数据,一定程度上解决了传统模式从本机上传海量数据等问题。这种在线水文模型服务模式节约了模型运行成本、降低了用户要求,在具体水文水资源管理事务中具有较好的应用和拓展前景。     

黄土地区场地条件对地震动放大效应影响研究

汶川Ms8.0特大地震在甘肃黄土灾区局部场地的震害和地震动具有明显的放大效应。通过在该区布设的地形调查流动强震动观测台阵,获取了同一山体不同高程的余震加速度记录,结果呈现出山顶记录到的峰值加速度大于山腰,而山腰记录也略大于山脚的规律。为了进一步分析黄土地区地震峰值加速度的放大机理,运用地脉动观测手段调查了其局部场地条件,得到了山体不同高程的卓越频率。并以典型黄土塬为背景,运用二维等价线性时程响应动分析法对不同覆盖层厚度和不同坡度的黄土塬进行了地震荷载作用下的动力响应分析,分析了不同条件下的山顶和山腰的地震峰值加速度放大特征。结果表明,地震峰值加速度放大效应和黄土覆盖层厚度及黄土边坡坡度有直接的关系。数值计算结果与实际震害观测吻合较好,证实了黄土覆盖层厚度和坡度是峰值加速度放大的重要因素。     

人工神经网络在相对湿度预测中的应用研究

相对湿度环境是农业生产监测与预测的重要内容,关系到植物的生长状况、多种病害的生态防治和灌溉措施的调节。针对相对湿度变化规律相当复杂,影响因素间非线性程度相当高,为了提高相对湿度预测精度,提出一种基于BP人工神经网络的相对湿度预测模型。该模型采用气象要素（日照时数、降水量、最小温度、平均温度和最大温度）实测数据作为神经网络的输入样本,并根据试验观测资料对模型进行了检验。结果表明：利用此模型分别对1987~1998年和1999~2000年陵水地区月平均相对湿度进行模拟和预测,相对湿度拟合值与实测值的相对误差为0.21%,相对湿度预测值与实测值的相对误差为0.28%。改进的BP人工神经网络能准确地捕捉相对湿度的变化趋势。运用BP人工神经网络方法进行相对湿度的研究,方法简洁,结果直观易懂,同时也为其他区域相对湿度研究提供借鉴。     

时序NDVI数据集重建综合方法研究

时序NDVI数据集已经成功地应用于全球与区域环境变化、植被动态变化、土地覆盖变化和植物生物物理量参数反演等多方面的研究。时序NDVI数据集受到云和气溶胶等大气条件和传感器自身等因素的影响包含很多噪声,影响了其进一步的应用。基于对近几年来普遍使用的5种重建方法的对比分析结果,发展了基于标准差权重和噪声点性质的两种综合方法。以黑河流域2009年16 d最大值合成的MODIS NDVI数据为例,对比了两种综合方法与5种重建方法的效果;并用2009年5月下旬至8月上旬的地面实测NDVI数据验证了两种综合方法的重建效果。结果表明这两种综合方法的效果都优于对比的5种重建方法,它们既保留了原始数据中大部分的点,又最大限度地修正了噪声点,所生产的时序NDVI数据集,可以更好地用来开展全球与区域土地覆盖和植被动态变化监测等研究。     

基于遥感的西藏S301公路沿线湖泊变化研究

西藏S301公路联结那曲和阿里地区,东接青藏铁路、G109线青藏公路及G317线川藏北线,西接G219线新藏公路,是西藏“三纵、两横、六个通道”骨架公路网中的北横线西段,是通往阿里地区的重要通道之一,其路网地位和作用十分重要。该公路经过地区湖泊纵横,在全球气候变暖、冰川融化退缩和冻土退化的背景下,湖泊水位上涨给公路带来许多隐患。利用1970~2000年来的地形图、航空相片和多时相TM卫星遥感资料对西藏S301公路沿线的湖泊变化进行了遥感综合分析,并对湖泊变化对公路的影响进行了研究。结果表明,在1970~2000年期间,西藏301公路沿线的湖泊以扩张为主,部分湖泊的水位上升对西藏301公路已造成较大影响,此公路的改扩建工程一定要考虑公路沿线湖泊水位上升所带来的影响。     

冰川亏损对哈拉湖流域湖泊水位波动的影响

青藏高原的内陆湖泊水位和冰川变化和其流域内冰川质量亏损对湖泊水位波动的影响及其贡献对水量平衡研究具有重要意义。以哈拉湖流域冰川为例,基于2000-2015年星载雷达测高资料和Landsat卫星多光谱遥感资料分别提取湖泊水位和面积变化;结合附近的托勒台站气象观测资料,进一步分析其水位波动变化原因和冰川亏损对湖泊水量贡献。结果表明:受年降水量和夏季降水量增加影响,哈拉湖水位呈增加趋势,但哈拉湖流域冰川亏损加速趋势不明显;与2000年相比,湖泊面积增加了(21.4±4.8)km~2,湖泊水位增加了(1.68±0.26)m,相应的湖泊水容量增加了(16.1±0.3)×10~8m~3水当量。流域冰川亏损量达对哈拉湖水量的贡献率为39.65%,降水量增加对湖泊水量贡献了22.82%。     

青藏高原多年冻土本底调查信息系统

全面系统了解青藏高原多年冻土本底资源,对青藏高原多年冻土科学研究有重要意义,也为工程建设、资源开发、生态和环境保护提供基础性科学数据。正在执行的科技部国家基础性工作专项“青藏高原多年冻土本底调查”将产出数量大、种类多的冻土本底数据。本系统为该项目设计了一个数据管理和应用的Web系统,同时也考虑了已有数据积累的归档管理。目前包括钻孔、物探、土壤、植被、监测、空间数据等六大类数据,物理实现为23个数据表。系统包括录入、管理、查询、显示、分析与应用5个主要功能模块,提供了列表、图表、地图等一系列数据可视化手段。介绍了系统和功能设计、数据库设计以及关键技术,最后列举了基本的数据应用示例。目前,温泉调查区的数据已经录入该系统,随着项目的开展,将有更多数据进入本系统,数据分析应用也将更为深入。研究结果为今后类似冻土数据库设计和实现提供参考价值。     

考虑应力历史的冻土一维蠕变模型

受力历史是影响冻土力学行为的关键因素。引入融土中考虑应力历史的一维蠕变模型并进行了相应修正,使其能够反应温度对冻土蠕变特性的影响,通过不同温度条件下的K_0加载试验获取相关模型参数,经过回归分析得到了各参数与温度的函数关系。通过对比试验和模型计算结果表明,修正后得到的冻土一维蠕变模型在预测不同温度条件下土体的蠕变发展规律时具有较好的预测精度。同时,随着施加压力的增大,该模型能够准确描述当外压力超过其历史上所受最大压力时所产生的应变急剧增长现象。因此,该模型可以作为寒区工程稳定性分析和设计的可靠依据。