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为研究观测资料稀少情况下土壤质地及有机质对土壤水分同化的影响,发展了集合卡尔曼平滑(Ensemble Kalman Smooth, EnKS)的土壤水分同化方案。利用黑河上游阿柔冻融观测站2008年6月1日至10月29日的观测数据,使用EnKS算法将表层土壤水分观测数据同化到简单生物圈模型(Simple Biosphere Model 2, SiB2)中,分析不同方案对土壤水分估计的影响,并与集合卡尔曼滤波算法(EnKF)的结果进行比较。研究结果表明,土壤质地和有机质对表层土壤水分模拟结果影响最大而对深层的影响相对较小;利用EnKF和EnKS算法同化表层土壤水分观测数据,均能够显著提高表层和根区土壤水分估计的精度,EnKS算法的精度略高于EnKF且所受土壤质地和有机质的影响小于EnKF;当观测数据稀少时,EnKS算法仍然可以得到较高精度的土壤水分估计。 相似文献
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详细分析不同评价指标下的van Genuchten方程参数敏感性,对于深入认识参数物理意义、合理确定参数值、提高降水入渗数值模拟准确性具有重要意义.用HYDRUS软件建立一维变饱和水分运移模型,以实际补给量、补给过程曲线和极限蒸发深度作为评价指标,采用单因素扰动分析法对van Genuchten方程各参数敏感性进行理论分析,进而选取多组参数实例,分析同一岩性类别下,不同土样土壤水力参数差异及其对入渗补给模拟结果的影响.结果表明:形状系数 (n)、土壤进气值的倒数 (α) 与极限蒸发深度呈负相关关系,是影响极限蒸发深度的显著因素;饱和含水率 (θs)、n、饱和渗透系数 (Ks) 对于入渗补给影响的敏感性较高,三者在实际土样粒径分布、干密度和孔隙性的共同影响下发生同向变动.合理的参数敏感性分析及数值模拟调参过程需结合土壤参数的物理意义来开展. 相似文献
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针对传统基于单一目标的水文模型参数优化率定方法不能充分挖掘水文系统不同动态行为特征的缺陷,提出一种多目标文化混合复形差分进化算法(Multi-objective Culture Shuffled Complex Differential Evolution,MOCSCDE)用于求解水文模型参数多目标优化问题。MOCSCDE算法将混合复形进化算法(Shuffled Complex Evolution,SCE-UA)置于文化算法(Cultural Algorithms,CA)进化的框架中,利用种群进化过程中提取的各种知识指导算法的运行,提高算法的运行效率,同时考虑到SCE-UA中单纯形算子不能充分利用种群个体信息的不足,采用全局搜索能力强的差分进化算法(Differential Evolution,DE)替代单纯形算子,可以更加充分利用种群个体信息进行演化计算,进一步提高算法的计算效率。将MOCSCDE算法应用于概念性水文模型——新安江模型的参数多目标优化率定,并与NSGA-Ⅱ和SPEA2算法进行对比分析,结果表明MOCSCDE算法的收敛性和分布性均优于NSGA-Ⅱ和SPEA2,可为水文预报提供更为全面可靠的参数组合决策依据。 相似文献
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不同滤波算法在土壤湿度同化中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究不同滤波算法在土壤湿度同化中的有效性,以及土壤湿度模拟结果对模型参数的敏感性,结合简单生物圈模型SiB2,设置敏感性实验,探求土壤饱和水力传导度对土壤湿度模拟结果的影响;并在此基础上,采用集合卡尔曼滤波（EnKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）和无迹粒子滤波（UPF）开展土壤湿度实时同化实验。结果表明：土壤饱和水力传导度能显著影响土壤湿度模拟精度;利用EnKF、UKF、UPF同化站点观测数据,均能改善土壤湿度模拟结果;3种同化方法在不同土壤层的同化效果不同,在土壤表层,EnKF的有效性优于UKF和UPF,在根域层和土壤深层,3种滤波方法有效性在降雨前后相差较大。因此,针对性地选择同化方法,是提高土壤湿度模拟精度的有效手段。 相似文献
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为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数(空气温度、相对湿度和流量)和土壤参数(土壤温度、基质吸力和体积含水量)的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大;实际蒸发速率呈现3个阶段。 相似文献
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流域水文模型参数识别的现代优化方法研究进展 总被引：1，自引：1，他引：0
水文参数优化是水文模型发展中的一个重要部分,针对水循环过程模拟中的流域水文模型参数识别的复杂优化问题,回顾了水文模型优化算法的发展历程,对国内外水文模型参数识别算法的最新进展进行了阐述.介绍了模拟退火算法、遗传算法、SCE-UA、粒子群算法等常用算法的参数设定及一般流程,并对编码遗传算法、单纯形混合加速遗传算法和运用融合技术的几种遗传算法以及其它几种常用算法在新安江模型中的优化结果进行了比较,认为混合加速遗传算法是一种较好的方法.在系统研究现代优化算法与传统优化算法的基础上,建立各种优化算法的融合技术和法则可能是进一步提高参数优化算法性能的方向. 相似文献
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研究土壤的水力性质是进行生态水文模拟、农业水分管理和环境监测的关键,然而强烈的空间变异造成土壤的物性特征异常复杂,特别是水力性质测定困难,试验结果随机性强,耗费大量人力物力,却难以准确描述。本文在综合分析了国内外30余种量化土壤水力性质的研究方法的优劣后,系统总结了分形理论在土壤物性特征研究中的应用,剖析了分形理论与土壤水力性质之间的关系,旨在探讨土壤分形结构在水力性质领域的发展前景,以及在测定水力特性参数时所具备的优势。结果表明：(1)采用分形方法定量研究土壤结构具备可行性;(2)分形结构方法能够指示水力性质,并能为快速准确刻画不同尺度下的土壤水分分布特征提供科学依据;(3)利用已知土壤水力性质建立分形模型可以有效反演土壤结构。 相似文献
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青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅱ):土壤温度 总被引：6，自引：4，他引：2
模拟青藏高原土壤水分和热量迁移过程的连续变化对于全球变化研究具有非常重要的意义, 其准确模拟是提高陆面过程模拟精度的重要条件. 利用大尺度水文模型对沱沱河站点以1 h为步长, 共399 d的土壤温度模拟结果与观测结果的对比表明, 土壤中共11个不同深度的观测点的模拟温度总体的变化趋势与观测值一致, 可以进行长时间的模拟. 对于地表温度, 模拟的日变化幅度比实测的变化幅度大, 但均值一致, 原因在于模型的土壤参数中没有考虑有机质含量, 在计算能量平衡时需要增加该土壤参数. 对于土壤底部的土壤温度的连续模拟表明, 采用常数的土壤下界算法和倾斜的(damping)土壤下界算法均与观测值的变化具有一定的差别, 而常数的下界算法与观测值更为接近. 相似文献
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为定量获得土壤结构对其水力性质的指示作用,室内实验选用华北平原子牙河流域原状土样为研究对象,用张力计法和激光粒度分析仪分别测定土壤水分特征曲线和样品粒度分布,基于分形理论计算土壤粒度分布的分形维数,采用实验测定与模型验证相结合的方法对水分特征曲线进行分析.结果表明,土壤颗粒粒度分布在[10 μm,50 μm]区间内的分段分维值是表征土壤粒度累积分布显著上升段特征的关键参数,与0~80 kPa吸力范围内的土壤水分特征曲线幂函数模型拟合参数(a、b)有极显著相关关系.研究区内土壤水分特征曲线以分形形式表达的幂函数模型为:θ=100.78×(3-D)S(D-3)/3,利用土壤结构分形特征能够有效指示其水力性质. 相似文献
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为提高新安江模型的汇流计算精度并减少经验因素对参数率定的影响,将新安江产流模型与改进的BP汇流模型相耦合,建立XBK(XAJ-BP-KNN)模型。该模型以前期模拟流量和新安江产流模型计算的产流量作为BP网络的输入,出口断面流量作为网络输出,拟合汇流的非线性关系,代替新安江模型的分水源、线性水库及河道马斯京根法的汇流计算;采用相似原理和K-最近邻算法,基于历史样本的模拟误差及相应影响要素对网络输出进行误差修正,实现了无前期实测流量的连续模拟;模型使用SCE-UA算法与遗传早停止LM算法相结合的全局优化方法进行参数优选。在呈村流域的验证表明XBK模型的模拟精度高于新安江模型,全局优化方法能找到最优参数,降低了模型的使用难度。 相似文献
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Soil hydraulic parameters are the basis for simulating and calculating the progress of soil water movement and salt transport, and the parameters back-calculation method is simple and effective to determine those parameters. HYDRUS-1D software can simulate the movement of water, salt and heat of soil, as well as realize the inverse calculation of the soil hydraulic parameters through utilizing measured data. Based on the soil moisture content and negative-pressure data monitored in the Erdaoqiao test field of HangjinRear Banner ofInner MongoliaAutonomous Region, soil hydraulic parameters were inversely calculated, and the parameters were verified by utilizing the monitored data of soil with the same lithology under different conditions. The results show that soil moisture content and negative-pressure profile calculated by the soil hydraulic parameters through this method coincide comparably well with the measured results. This indicated that the soil hydraulic parameters obtained through this method were suitable for the moisture movement calculation of soil with the same lithology in field scale 相似文献
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The soil hydrological process in land surface models and its influences on weather and climate simulation have got much attention by scholars both at home and abroad. First, this paper traced the definition and determination of soil moisture, and then reviewed its parameterization in different models, including soil-water characteristic curves for different soil types and numerical methods for solving soil moisture equations. Moreover, methods of soil hydrological parameter determination and uncertainties within land surface models were specified. Also, the importance of methods in parameter sensitivity analysis and optimization was emphasized, and the new datasets of soil hydraulic parameters would play a very important role in the improvement of the land surface model and soil moisture simulation. Finally, the research progress of feedback mechanism between soil moisture and precipitation was summarized. Spatial and temporal distribution of soil moisture and its abnormal would cause a positive feedback, and on the contrary, the meso-scale characteristics of soil moisture distribution had a negative feedback. By summarizing the progresses of the uncertainties and problems in soil moisture simulation, the influences of soil moisture on simulating weather and climate were pointed out. 相似文献
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Advances in Moisture Migration in Vadose Zone of Dryland and Recharge Effects on Groundwater Dynamics 总被引：2，自引：0，他引：2
The vadose zone is the zone in between the land surface and above the groundwater table at vertical profile with partial water saturation and under the unsaturation condition, which constitutes the connections among atmospheric water, surface water and groundwater. Soil moisture migration in the vadose zone is a rather complicate process, which controls the rates of groundwater depletion and recharge, and has close hydraulic connections with highly frequent water transfers on the interfaces among the irrigation farmland, sand dunes, wetlands, lakes, and other landscape types. Recent development on soil moisture migration simulations and the application of tracer techniques, geophysical techniques and other geological methods in the vadose zone research, the factors affecting soil moisture migration and groundwater recharge,and soil moisture migration effects on moisture exchange between different landscapes were reviewed in this paper. Several suggestions on the future research were presented here: ① An intense field observation and research database should be initiated and constructed to determine the soil hydraulic parameters, and quantify the influence of moisture migration in vadose zone on the groundwater recharge; ② The proposed observations and researches should learn from the “Critical Zone Observatory”, and focus on the coupling of the soil moisture migration, solute transport and groundwater recharge. 相似文献
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荒漠地区土壤初始状况对水平入渗的影响 总被引：7，自引：0，他引：7
通过对沙坡头荒漠地区人工植被固沙区生物土壤结皮与固沙区外天然沙丘沙以及天然植被红砂、珍珠分布区砂粘土在不同初始含水率（θi）条件下土壤水平入渗过程的对比试验研究,探讨土壤质地以及θ i对水平入渗系数（λf）、剖面平均含水率（θm）状况的影响。生物土壤结皮对降水入渗量的截持作用大于沙丘沙,因而将显著地改变降水入渗过程中土壤水分的再分配格局,减少降水对深层土壤（沙丘沙）的有效补给。通过对土壤剖面平均含水率θm与距离湿润锋前缘0～5 cm、5～10 cm处体积含水率θfA、θfB比较,生物土壤结皮的θm、θfA和θfB分别约为沙丘沙的1．5倍。 相似文献
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联合机载PLMR微波辐射计和MODIS产品反演黑河中游张掖绿洲土壤水分研究 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤水分是气候、水文学研究中的重要变量,微波遥感是获取区域地表土壤水分的重要手段,而L波段更是微波土壤水分反演的最优波段。依托HiWATER黑河中游绿洲试验区的地面观测及机载PLMR微波辐射计亮温数据,利用微波辐射传输模型L-MEB,并将MODIS地表温度产品(MOD11A1)和叶面积指数产品(MYD15A2)作为模型及反演中的先验辅助信息,借助LM优化算法,通过PLMR双极化多角度的亮温观测,针对土壤水分、植被含水量(VWC)和地表粗糙度这3个主要参数,分别进行土壤水分单参数反演、土壤水分与VWC或粗糙度的双参数反演以及这3个参数的同时反演。通过对不同反演方法的比较可以得出结论,多源辅助数据及PLMR双极化、多角度信息的应用可以显著降低反演的不确定性,提高土壤水分反演精度。证明在合理的模型参数和反演策略下,SMOS的L-MEB模型和产品算法可以达到0.04 cm3/cm3的反演精度,另外无线传感器网络可以在遥感产品真实性检验中起到重要作用。 相似文献
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综合相关文献研究,通过工程实例介绍土壤中氡气浓度的检测方法,对检测结果进行统计学分析,根据分析结果探讨不同土壤中氡浓度差异及其影响因素。结果显示:土壤孔隙度是影响土壤中氡气浓度的关键因素。不同类型的表层土壤,孔隙度不同,所含氡气浓度也不同。当表层土壤为房渣土、填土时,土质夯实,孔隙率低,氡浓度含量较低;表层土壤为粉土、粉质粘土时,土质较均匀,土层较疏松,孔隙度略大,土壤氡浓度大于前者;表层土壤为粉砂、细砂时,土层更为疏松,土壤中孔隙度再次增大,氡在土壤中有大量的存储空间,所含的氡浓度最大。因此,土壤的孔隙度大小影响氡从地下向地表渗透析出的难易程度,孔隙度越大氡越容易渗透其中,浓度就越高。 相似文献
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Research and Application of Cosmic-ray Fast Neutron Method to Measure Soil Moisture in the Field 总被引：1，自引：0，他引：1
It is very difficult to measure large region soil moisture. In recent years, measurement of surface soil moisture by the cosmic ray fast neutron probe has gradually attracted more attention. By this passive, non-invasive and intermediate scale measurement, soil moisture at a horizontal scale of around 300 m can be observed, which makes this method available to fill the gap between little scale of traditional point measurement and large scale of remote sensing in the measurement of soil moisture. In this paper, Cosmic-ray Soil Moisture Observing System (COSMOS) and Wireless Sensor Network (WSN) were used to observe field soil moisture in Zhangye Oasis. The results of the COSMOS soil moisture well reflected the variation trend of soil moisture at the field scale. There were some regular changes with the cosmic ray soil moisture during the irrigation period. Combined with irrigation data in cosmic-ray probe footprint, a bimodal change was showed in the cosmic-ray soil moisture figure during irrigation period. This was because that the order of irrigation of the three communities was different in cosmic-ray probe footprint. WSN data were used to validate this result and we found that root-mean-square error between cosmic-ray soil moisture and SoilNET average soil moisture was very large during irrigation periods because of the impact of cosmic-ray measurement theory. While root-mean-square error would decrease from 0.037 m3/m3 to 0.028 m3/m3 after we eliminated the data in irrigation period. So COSMOS can be used to measure field soil moisture under high heterogeneity condition and provide truly ground data for the validation of remote sensing 相似文献
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海河流域不同下垫面土壤水分动态模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
针对海河流域不同的下垫面类型,选取密云(果园林地)、大兴(城郊农田)、馆陶(平原农田)3个观测站,建立垂直方向上以含水率θ为因变量、含根系吸水项的非饱和土壤水分运动数值计算模型。该模型以一维Richards方程为基础(以下简称RE模型),采用实测的降水和蒸散数据作为模型的上边界条件,运用全隐式有限差分法,分别对不同生长期内的土壤水分进行数值模拟,得到时间序列的土壤水分廓线,并分别采用成熟软件HYDRUS-1D的模拟结果和各观测站实测土壤水分对RE模型进行交叉验证和直接验证。结果表明RE模型能够很好地模拟海河流域不同下垫面土壤水分动态变化过程,3个站模拟结果与实测土壤水分数据的均方根误差(RMSE)分别为0.03127,0.0359和0.0409 cm3/cm3。与HYDRUS-1D软件模拟结果(其与观测值的RMSE分别为0.03759,0.0647和0.0467 cm3/cm3)相比,RE模型模拟的土壤水分具有更高的精度,也显示出RE模型的可靠性。探讨3个站土壤水分的时空变异规律及其影响因子并以大兴站为例,通过优化RE模型参数,探讨犁底层对土壤水分模拟结果的影响,进一步改善RE模型的模拟精度。 相似文献
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在对毛乌素沙漠风积砂物理特性进行试验研究的基础上,通过室内击试验、压缩试验及三轴剪切试验,对毛乌素沙漠风积砂的力学特性进行了初步研究。结果表明:毛乌素沙漠风积砂击实特性与粉、黏性土有较大的差异,在干燥和最佳含水率状态下易于击实,击实曲线呈双峰形态;压缩试验表明毛乌素沙漠风积砂一般属于低压缩性土,其压缩特性与试样初始密度、含水率、荷载级别及加载条件有关;三轴剪切试验表明毛乌素沙漠风积砂抗剪强度指标受试样密度的影响较大,虽然含水率对抗剪强度指标有一定影响且具有一定规律性,但影响程度并不明显。本文相关成果为解决该区风积砂相关岩土工程问题和工程地质问题提供了可靠的试验依据。 相似文献