基于频域反射的环式农田土壤水分传感器的开发与试验验证

针对农田灌溉土壤含水量的监测需求,设计开发一种基于频域反射(frequency domain reflectometry,FDR)法的环式土壤水分传感器,并选取砂土、砂壤土、粉壤土和黏土4种类型的土壤对FDR传感器进行实验室标定。标定过程中将土壤体积含水量θ_v与FDR传感器电路的振荡频率S_F采用指数函数■进行拟合来确定a、b参数,从而建立S_F与θ_v对应关系。实验室标定结果表明：当FDR传感器安装深度为15 cm时,振荡频率S_F与土壤体积含水量θ_v的拟合效果较好;在5 cm深度处,FDR传感器离土表距离较小,电磁波受到表层空气的干扰,导致数据测量不稳定,两者数据拟合效果稍差。在此基础上,将在实验室标定后FDR传感器安装于玉米田进行野外精度检定,与取土烘干法对比分析发现FDR传感器可以较好地反映土壤水分的动态变化,且精度符合行业标准的要求。     

基于遗传优化神经网络的多源遥感数据反演土壤水分

为快速反演较高精度土壤水分,提出用遗传算法优化后的神经网络辅以多源遥感数据的方法进行地表土壤水分反演。首先建立4层神经网络并用遗传算法优化此网络,之后以雷达数据不同极化(VV、VH、VH/VV)的后向散射系数、雷达入射角、光学数据的归一化植被指数(NDVI)、以及高程数据作为网络的输入,土壤水分数据为输出,对网络进行训练与仿真,再运用地表实际测量数据与反演数据做对比验证。结果表明:反演结果与实际测量数据相关性良好,R2可达0. 79。采用遗传算法对神经网络优化的土壤水分反演方法可行,且添加光学数据等辅助数据后土壤水分反演效果更优,为多源遥感土壤水分的协同反演研究提供新思路。     

浅谈土壤水分测定技术及土壤水分动态的研究

土壤水分是土壤的重要组成部分,对作物的生长、节水灌溉等有着非常重要的作用。土壤水分研究涉及的行业范围很广,主要方向包括土壤水分测定技术、地形因子对土壤水分的影响、不同尺度土壤水分分布规律、土壤水分模型拟合、土壤水运动机理,以及土壤水分动态等许多方向。     

基于分层特征提取和多尺度特征融合的高分辨率遥感影像水体提取深度学习算法

高精度的水体提取有助于水资源监测和管理。目前基于遥感影像的水体提取方法缺乏对于边界质量的重视,造成边界划分不准确,细节保留度低的问题。为了提升遥感影像水体提取的边界与细节的精度,提出了一种基于多尺度特征融合的高分辨率遥感影像水体提取深度学习算法,包括分层特征提取模块与融合多尺度特征的堆叠连接解码器模块。分层特征提取模块中,引入了通道注意力结构,用于整合高分辨率遥感影像中水体的形状、纹理和色调信息,以便更好地理解水体的形状和边界。在融合多尺度特征的堆叠连接解码器模块中,进行了多层次语义信息的堆叠连接,并加强了特征提取,同时捕捉了广泛的背景信息和细微的细节信息,以实现更好的水体提取效果。在自行标注的数据集与公开数据集上的试验结果表明,模型的准确率达到了98.37%和91.23%,与现有的语义分割模型相比,提取的水体边缘更加完整,同时保留细节的能力更强。提出的模型提升了水体提取的精度和泛化能力,为高分辨率遥感影像水体提取提供了参考。     

分根交替灌溉对土壤水分分布和桃树根茎液流动态的影响

采用管式-时域反射仪(Tube-Time Domain Reflectometry, Tube-TDR)和热脉冲技术，研究了分根交替灌溉对土壤水分分布和桃树根茎液流动态的影响。研究结果表明，根区两侧同时灌溉(Both Partial Irrigation，BPI)时土壤水分向深层运动而远离根系层，不能被根系有效地吸收利用，而半边固定灌溉(Fixed Partial Irrigation，FPI)和两边交替灌溉(Alternate Partial Irrigation,API)时减少了水分向深层运动，有利于根系有效地吸收。干湿交替和部分根干燥能促进根系补偿效应的发挥，使根系具有更强的吸水能力，但是又由于FPI干燥部分的根系长期处于干旱之中，使根系老化而造成复水后不能恢复其吸水能力。树干液流与ET0呈线性相关，并且其回归方程的系数在BPI、API和FPI处理中依次呈递减的趋势，这说明了在同样的大气潜在蒸发能力条件下，采用不同的根区湿润方式时，桃树蒸腾液流对大气潜在蒸发能力的响应程度存在着明显的差异。根液流与ET0成非线性相关，其相关程度低于树干液流与ET0的相关程度，说明了树干液流比根液流与大气潜在蒸发能力之间的关系更为密切。API和FPI的平均产量与BPI的相比有所降低，但是其灌溉水量相对减少，说明了API和FPI能明显提高灌溉水利用效率。     

纳米接触问题的多尺度模拟(英文)

使用准连续介质法模拟了镍楔形光滑压头与光滑/多粗糙峰铜基体之间的多尺度纳米接触过程,研究了两模型接触过程中位移—载荷、位移—接触面积关系和基体的变形机制.结果显示粗糙峰能有效地减小粘着力,粗糙峰对接触的初始阶段影响大,该阶段的变形主要为粗糙峰的变形.随着压头位移的增加,粗糙峰对载荷和纳米接触问题的影响也随之逐渐减小.     

裂隙岩体渗流的光滑多尺度随机配点法

针对非均质裂隙岩体的随机渗流问题,提出光滑多尺度随机配点法。其基本思想是基于稀疏网格随机配点法将随机问题简化为相应配点处的非耦合确定性问题,利用有限全局信息构造多尺度基函数,捕捉材料的非均质性和流体流动的耦合关系,引入梯度光滑技术组装粗网格单元相关矩阵,将小尺度非均质信息体现到大尺度上,由此在粗网格上对问题进行求解。同传统多尺度随机配点法相比,光滑多尺度随机配点法在组装粗网格单元相关矩阵时将研究区域的内积分转化为边界积分,无需求解基函数的连续形式及导数,简化了程序,并且使有限元系统得到一定程度的"软化"。数值算例结果表明:光滑多尺度随机配点法比传统多尺度随机配点法具有更高的精度和效率。     

GPM近实时降水产品在青藏高原的多尺度精度评价

为了定量评价GPM近实时降水产品在青藏高原的精度,以中国气象局提供的地面降水资料作为参考,采用多种统计指标分析GPM卫星时代GSMaP和IMERG的近实时卫星降水产品(GSMaP-NRT、GSMaP-MVK;IMERG-Early、IMERG-Late)在青藏高原的适用性.结果表明:①IMERG在青藏高原表现出的降水时...     

基于多尺度的岩体地下结构开挖研究

依据度分析的思想,基于考虑岩体材料尺度节理裂隙特性的各向异性强度模型,建立了岩体地下结构尺度的等效分析模型,分析了施工过程中节理裂隙岩体的应力释放特征对地下结构的影响。对比分析各向异性本构模型和摩尔库伦本构模型的结果表明,采用考虑节理裂隙分布特性的各向异性等效多尺度分析模型能较好的反映节理特征,准确地反映岩体在地下结构施工过程中的塑性应变主要发生在节理面方向的现象。同时,各向异性本构模型可以较好的改善网格的特性,提高计算的效率和收敛性,为复杂地质条件下的地下结构的模拟奠定基础。     

Comparison of soil moisture at different depths for drought monitoring based on improved soil moisture anomaly percentage index

To better understand the characteristics and mechanisms of droughts at different drought stages, this study selected the Xiangjiang River Basin in China as the study area, and evaluated soil moisture (SM) at different depths for drought monitoring, through SM data simulated with the variable infiltration capacity (VIC) model. To solve the problem of unreasonable drought/wetness classifications based on the soil moisture anomaly percentage index (SMAPI), an improved soil moisture anomaly percentage index (ISMAPI) was developed by introducing the Box–Cox transformation. The drought/wetness frequency generated by ISMAPI demonstrated preferable spatial comparability in comparison with those from SMAPI. The lag time of ISMAPI relative to the standardized precipitation evapotranspiration index was closely related to soil depth, and was characterized by a fast response in shallow soil layers and a relatively slow response in deep soil layers. SM in shallow soil layers provided a measure for monitoring short-term droughts, whereas SM in deep soil layers provided a better measure for long-term persistent drought events. Furthermore, the occurrence and mitigation time of drought events identified by SM in deep soil layers usually lagged behind that identified by SM in shallow soil layers. Compared with deep SM, SM in shallow soil layers responded faster to meteorological anomalies, thereby resulting in shorter periods of SM persistence in shallow soil layers than in deep soil layers. This can explain the differences of SM at different depths in drought monitoring.     

被动微波遥感土壤水分反演研究进展

准确获取区域土壤水分时空分布和变化对于水文过程模拟、洪旱灾害监测等方面具有重要意义.近几十年,快速发展的遥感技术为大区域地表土壤水分连续观测提供了机遇.尤其,被动微波遥感具有诸多优势,被认为是进行大区域表层土壤水分连续监测的最有潜力的手段.国内外学者对被动微波遥感土壤水分反演开展了大量的研究.为了更好了解国内外研究前沿...     

辽河中下游土壤含水率的监测及分析

监测土壤含水率主要采用土壤水分传感器法和土壤烘干法,通过台安实验站的实验资料对上述两种监测方法进行对比分析,阐述其优缺点,分析各自出现的误差及误差产生的原因。为更好地监测土壤含水率提供了理论依据。     

科尔沁沙地土壤表层水分遥感反演模型研究

为了对三北防护林体系和科尔沁沙地的沙漠化进行监测,选择内蒙古翁牛特旗作为实验区,利用LandsatTM遥感数据对实验区进行了地表土壤水分反演。文中采用热惯量法、温度植被干旱指数法和BP神经网络法进行地表土壤水分的反演,3种算法均能较好地反映地表水分的空间分布趋势。并对三种反演算法建立的土壤含水量遥感信息模型进行了精度检验。统计结果表明:BP神经网络法建立的遥感信息模型精度最高;温度植被干旱指数法建立的遥感信息模型精度居中;基于热惯量法建立的土壤含水量遥感信息模型精度最低。实验结果为三北防护林和科尔沁沙地沙漠化监测奠定了部分数据基础。     

Using multi-satellite microwave remote sensing observations for retrieval of daily surface soil moisture across China

The objective of this study was to retrieve daily composite soil moisture by jointly using brightness temperature observations from multiple operating satellites for near real-time application with better coverage and higher accuracy.Our approach was to first apply the single-channel brightness radiometric algorithm to estimate soil moisture from the respective brightness temperature observations of the SMAP,SMOS,AMSR2,FY3B,and FY3C satellites on the same day and then produce a daily composite dataset by averaging the individual satellite-retrieved soil moisture.We further evaluated our product,the official soil moisture products of the five satellites,and the ensemble mean(i.e.,arithmetic mean)of the five official satellite soil moisture products against ground observations from two networks in Central Tibet and Anhui Province,China.The results show that our product outperforms the individual released products of the five satellites and their ensemble means in the two validation areas.The root mean square error(RMSE)values of our product were 0.06 and 0.09 m~3/m~3 in Central Tibet and Anhui Province,respectively.Relative to the ensemble mean of the five satellite products,our product improves the accuracy by 9.1%and 57.7%in Central Tibet and Anhui Province,respectively.This demonstrates that jointly using brightness temperature observations from multiple satellites to retrieve soil moisture not only improves the spatial coverage of daily observations but also produces better daily composite products.     

基于分布式水文模拟的流域土壤水分时间稳定性分析

针对大范围地面土壤水监测会耗费大量人力物力等问题,为了获取密度较高同时又准确可靠的流域土壤水数据用于时间稳定性分析,寻找可以反映流域土壤水平均状况的代表性点,利用分布式水文土壤植被模型(DHSVM)模拟淮河黄泥庄水文站以上小流域293个采样网格上、中、下三层土壤含水量数据。结果显示:垂向方向上,黄泥庄流域土壤水分时间稳定性随深度递减;流域上层和中层具备时间稳定性特征的代表性点具有较高的一致性,易发生于流域主要土壤和植被类型覆盖区域,在此区域布设测点观测土壤水,可以更准确快速地捕获代表黄泥庄流域上层和中层平均土壤水分特征;采样点7、17和215可作为上、中层土壤的流域平均土壤水代表性点,利用它们预测流域土壤水平均值,可降低观测成本。研究成果可为流域土壤水监测方案设计提供参考。     

基于遥感的内陆水体水质监测研究进展

从遥感数据、反演方法和水质参数三方面综述了水质遥感监测的研究进展,介绍了国内外常用遥感数据,对比了分析法、经验法、半经验法、机器学习和综合法五种反演方法的优缺点,总结了叶绿素a、悬浮物、有色可溶性有机物等光敏参数和化学需氧量、生化需氧量、总磷和总氮等非光敏参数的研究进展。目前内陆水体水质遥感监测在卫星传感器的针对性、反演算法的时空局限性、水质参数光谱特征的复杂性、大气校正的精确性和特殊类型水体的水质监测等方面还存在问题;指出未来水质遥感监测应围绕新型遥感数据、通用反演模型、不同光谱特征、精确大气校正和特殊水体分类等方面开展。     

2009年中国干旱风险遥感监测结果评价分析

以国家减灾中心汇总的2009年全国各地实际发生的旱灾灾情为依据,以行政区划为基本单元,对云参数法干旱风险遥感监测结果进行评估。简要介绍了云参数法干旱遥感监测模型,用该模型对比分析了全年全国总体旱灾风险监测情况,并针对旱灾事件具有时序性的特点,提出了干旱风险遥感监测平均强度的概念,利用该指标评定了2009年中几次旱灾事件风险遥感监测的精度。结果表明,云参数法干旱风险遥感监测模型有着较好的干旱风险预警能力,在时间、空间尺度上都有较高的适应性。