基于人工神经网络的ChinaFLUX观测站CO2模拟研究通量     

何洪林于贵瑞  张雷明孙晓敏　苏文 《中国科学D辑》2006,36(Z2):234-243

涡度相关技术的发展,为准确获取区域尺度的CO2通量分布格局提供了数据基础.但由于涡度相关技术自身的局限性,需要利用模型模拟作为获取区域CO2通量的重要手段.可是CO2通量和其他微气象变量之间的非线性关系给模拟CO2通量的时空动态变化带来了一定的困难.人工神经网络模型为模拟CO2通量与其他微气象变量的非线性关系提供了一种新的手段.在ChinaFLUX三个不同类型(农田、森林、草地)生态系统中,基于2003年6～8月的半小时涡度相关观测数据,采用BP人工神经网络模型,以能量通量(净辐射、潜热、显热和土壤热通量)以及温度(空气温度、土壤温度)和表层土壤水分作为输入变量,模拟了CO2通量的动态变化.结果表明,人工神经网络模型具有较好的模拟结果,其R2系数在0.75与0.866之间.RMSE在0.008 μmol/m2与0.012 μmol/m2之间,MAE在1.38 μmol/m2与3.60 μmol/m2之间,其中农田和森林生态系统的模拟精度略高于草地生态系统.其次,通过比较土壤水分要素是否参与模拟的结果表明,在生长季期间,不存在土壤水分胁迫的情况下,土壤水分的参与并不能显著提供模型模拟的精度.最后,应用连接权重方法进行了神经网络模型不同输入变量的重要性分析,指出神经网络模型不完全是一个黑箱模型,也可以有效地揭示出某些机理性现象.该研究证明,神经网络模型不仅可以有效地模拟CO2通量,也可以揭示出一些机理现象,为通过涡度相关观测与遥感反演技术的集成途径,利用已获取的区域尺度能量通量数据,模拟分析区域尺度的CO2通量分布格局提供了一种有效的方法.  相似文献   

几种不同下垫面地表粗糙度动态变化及其对通量机理模型模拟的影响   总被引：4，自引：0，他引：4  

周艳莲孙晓敏  朱治林张仁华　田静刘允芬  关德新袁国富 《中国科学D辑》2006,36(Z2):244-254

在众多地表通量模拟模型和遥感通量反演模型中,空气动力学粗糙度(z0)是一个重要的地表参数.选取代表典型农田的禹城站,代表复杂下垫面的千烟洲站和代表森林下垫面的长白山站3个通量观测站的风速和温度廓线资料,运用最小二乘法拟合迭代,分别计算得到各站点通量塔所在地的零平面位移和空气动力学粗糙度.在此基础上,分别分析不同下垫面的空气动力学粗糙度随作物高度和叶面积指数(LAI)、风向(地形)、风速、摩擦速度等因子的变化.并采用SEBS模型分析地表空气动力学粗糙度动态变化对地表通量计算的影响.结果表明空气动力学粗糙度随植被特征(如作物高度,叶面积指数等)以及风向、风速和摩擦速度等因子而变化.禹城和长白山站通量塔所在风浪区的空气动力学粗糙度明显随作物生长期植被高度及叶面积指数变化,即先随LAI增加而增加,达到峰值后,随LAI增加而减小;千烟洲叶面积指数变化较小,空气动力学粗糙度随叶面积指数的变化不明显;地形较平坦的禹城和长白山站空气动力学粗糙度随风向变化较小,而地形起伏较大的千烟洲站空气动力学粗糙度随风向变化较大.随着风速的变化,禹城站空气动力学粗糙度没有明显变化,而千烟洲和长白山空气动力学粗糙度表现出随风速增加而减小的趋势.各站空气动力学粗糙度的这种动态变化对模型通量反演有较大影响,通过模型分析,5月1日～6月3日禹城空气动力学粗糙度日平均值、千烟洲及长白山通量塔空气动力学粗糙度5d平均值与模型所取z0值相比,由于z0的动态变化造成相同时间尺度显热通量H的计算相对误差的绝对值最大可分别达到2.726%,33.802%和18.105%.  相似文献   

用微气象方法估算淮河流域能量平衡（HUBEX／IOPl998／99）的统计分析和比较研究     

朱治林孙晓敏  张仁华 《大气科学进展》2003,20(2):285-292

利用1998和1999年HUBEX强化观测期在安徽寿县用微气象方法(波比-能量平衡法和涡度相关法)观测的资料，分析了该地区的能量平衡特征，同时与其他地区的结果进行了初步比较，结果表明：(1)用涡度相关方法测定的感热和潜热之和(H E)ec与下垫面有效能量(Rn-G)的一致性比较好，但用波比方法估算的潜热通量Ebr比用涡度相关法测定的潜热通量Eec略高(约10％)。(2)大部分净辐射能用于了地表蒸发，1998和1999年，净辐射通旦的平均日总量分别是13．89MJm^-2d-1和11．83MJ m^-2 d^-1；两年的平均波比分别是0．14(杂草)和0．06(稻田)。(3)波比在日出和日落时数值大且不稳定，白天比较小且比较稳定，另外，1999年在稻田上观测到明显的局地平流现象。(4)通过与我国其他地区的观测资料比较，淮河流域稻田的波比最小(0．06)，在内蒙古草原观测的波比值最大(0．57)。波比值的大小主要与土壤水分有关。  相似文献   

以微分热惯量为基础的地表蒸发全遥感信息模型及在甘肃沙坡头地区的验证   总被引：26，自引：0，他引：26  

张仁华  孙晓敏  朱治林  苏红波  唐新斋 《中国科学D辑》2002,32(12):1041-1050

首先综合回顾了目前采用的地表通量遥感方法和途径.分析了现有遥感思路中不能摆脱非遥感参数的现实和困扰. 在实践的基础上, 建立了以微分热惯量为基础的地表蒸发全遥感信息模型. 其思路的关键是以微分热惯量提取土壤水分可供率而独立于土壤质地、类型等局地参数; 以土壤水分可供率推算波文比而摆脱气温、风速等非遥感参数. 并以净辐射通量和表观热惯量对土壤热通量进行参数化. 实现了以全遥感信息反演裸地蒸发(潜热通量)的目标. 应用接近最高和最低地表温度出现时刻的两幅NOAA- AVHRR 5个波段的影像图和地面同步观测数据, 作出了我国西北沙坡头地区的土壤蒸发的区域分布影像图. 同时以同步观测的地表蒸发值对影像图对应点的输出值进行了对比, 验证了本思路和模型的可行性, 并且讨论了本模型扩展到浓密植被区所能造成的误差和进一步改进途径.  相似文献   

比辐射率封闭法测定技术及误差分析     

唐新斋  张仁华  苏红波  孙晓敏 《遥感学报》2000,4(1):1-7

劈窗算法是目前由热红外遥感图像数据获取陆面温度最主要的方法。由于进行地面像元尺度实时陆面温度同步测量的困难,尚无法直接对现有各劈窗算法进行评判。该文借助于辐射传输模型ＬＯＷＴＲＡＮ７及其提供的６ 种标准大气模式,进行模拟计算,分析了６ 种主要劈窗算法对大气廓线误差和比辐射率的敏感度,作为对劈窗算法适用性的一间接判据。  相似文献   

几种典型地表粗糙度计算方法的比较研究   总被引：3，自引：0，他引：3  

周艳莲  孙晓敏  朱治林  温学发  田静  张仁华 《地理研究》2007,26(5):887-896

本文分别利用最小二乘拟合迭代法、牛顿迭代法、TVM法和Martano法计算2003年长白山森林地表粗糙度。结果表明,Martano法计算结果偏小,其他三种方法结果基本一致。不确定性分析表明,Martano法的不确定性与参与计算的数据量有关。拟合迭代法和牛顿迭代法的不确定性在于,通常假设u_*不随观测高度而变化,而实际u_*随观测高度变化。若相邻两个观测高度之间的u_*变化1％,地表粗糙度计算误差8.3%。TVM法由于参数C₁的选取范围为0.9~1.05,引起地表粗糙度不确定性平均值为29.9%。经计算得到长白山森林在各种大气层结条件下的地表粗糙度,拟合迭代法得到的2003年稳定、中性和不稳定条件下的地表粗糙度年平均值分别为2.642、2.103和1.616m。  相似文献   

祁连山海北高寒湿地植物群落结构及生态特征   总被引：10，自引：3，他引：7  

李英年  赵亮  徐世晓  于贵瑞  杜明远  王勤学  孙晓敏  唐艳鸿  赵新全  古松 《冰川冻土》2006,28(1):76-84

海北高寒湿地系沼泽型和湖泊型湿地相并存.海北高寒湿地植物种类组成较少,从湿地中央到边缘植物优势种组成不同,群落结构变化明显.中部以帕米尔苔草为主要植物建群种的沼泽草甸,边缘地带以藏嵩草为主要建群种的沼泽化草甸,从中央到边缘地带主要有25种植物组成,隶属10科20属.高寒湿地植物有较高的地上生物量(349.373 g·m^-2)和地下生物量(仅1~40 cm层次最高可达10769.301 g·m^-2),而且地下部分远高于地上部分,地下生物量从表层到深层基本均匀下降,与矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸区的地下生物量分布截然不同.因湿地帕米尔苔草、藏嵩草、黑褐苔草、华扁穗草等为主的植物粗纤维高,牲畜利用率下降,不论地上还是地下对土壤有机物的补给均较高,多年的积累使其海北高寒湿地有深达2~3 m的泥炭层,使湿地形成一个非常重要的碳库.在气候变暖的条件下,这些未分解或半分解的土壤有机物质(或残体)将加速分解,对大气有更多的CO₂、CH₄等温室气体的排放.  相似文献   

大气水汽同位素组成的短期变异特征   总被引：2，自引：0，他引：2  

张世春  孙晓敏  王建林  于贵瑞  温学发 《地理学报(英文版)》2011,21(3):401-416

Stable isotopes of atmospheric water vapor reveal rich information on water movement and phase changes in the atmosphere. Here we presented two nearly continuous time-series of δD and δ18O of atmospheric water vapor (δv) measured at hourly intervals in surface air in Beijing and above a winter wheat canopy in Shijiazhuang using in-situ meas-urement technique. During the precipitation events, the δv values in both Beijing and Shiji-azhuang were in the state of equilibrium with precipitation water, revealing the influence of precipitation processes. However, the δv departures from the equilibrium state were positively correlated with local relative humidity. Note that the δv tended to enrich in Beijing, but deplete in Shijiazhuang during the precipitation events, which mainly resulted from the influence of transpiration processes that enriched the δv in Shijiazhuang. On seasonal time-scale, the δv values were log-linear functions of water vapor mixing ratios in both Beijing and Shijiazhuang. The water vapor mixing ratio was an excellent predictor of the δv by the Rayleigh distillation mechanisms, indicating that air mass advection could also play an important role in deter-mining the δv. On a diurnal time-scale, the δv reached the minimum in the early afternoon hours in Beijing which was closely related to the atmospheric processes of boundary layer entrainment. During the peak of growing season of winter wheat, however, the δv reached the minimum in the early morning, and increased gradually through the daytime, and reached the maximum in the late afternoon, which was responsible by the interaction between boundary layer entrainment and the local atmospheric processes, such as transpiration and dew for-mation. This study has the implications for the important role of vegetation in determining the surface δv and highlights the need to conduct δv measurement on short-term (e.g. diurnal) time scales.  相似文献   

一种可操作的区域尺度地表通量定量遥感二层模型的物理基础   总被引：10，自引：1，他引：9  

张仁华  孙晓敏  王伟民  许金萍  朱治林  田静 《中国科学D辑》2004,(Z2)

以修正的二层模型耦合机制,提出了PCACA算法以及理论定位算法,结合干点和湿点定标场的参数测定值,推算到4个极端的混合像元真实温度.提高了干线和湿线的定位的可靠性.并且提出了二层分层能量切割算法,算法简捷明了,具有物理基础.摆脱了难以逐个像元获取的通量阻力网参数.对平流的影响提出了新的思考.又以PCACA算法分解了混合像元的反照率.联合二层分层能量切割算法,分解了混合像元的净辐射通量.克服了传统以Beer定律分解净辐射通量的不确定性.通过反演结果的验证分析,方法是可行的也是易于操作的.在论述上述算法可操作性的同时也客观地指出了不确定性.  相似文献   

中国南部夏季季风降水水汽来源的稳定同位素证据   总被引：2，自引：0，他引：2  

柳鉴容  宋献方  袁国富  孙晓敏  刘鑫  王仕琴  王志民 《地理学报(英文版)》2008,18(2):155-165

Summer monsoons （South Asian monsoon, South China Sea monsoon and Subtropical monsoon） are prominent features of summertime climate over southern China. Dif- ferent monsoons carry different inflow moisture into China and control the temporal and spatial distributions of precipitation. Analyses of meteorological data, particularly wind, tempera- ture and pressure anomalies are traditional methods of characterizing moisture sources and transport patterns. Here, we try to utilize the evidence from stable isotopes signatures to trace summer monsoons over southern China. Based on seven CHNIP （Chinese Network of Iso- topes in Precipitation） observatory stations located in southern China, monthly composite precipitation samples have been collected and analyzed for the composition of δ^18O during July, 2005. The results indicated that the spatial distributions of δ^18O in precipitation could properly portray the moisture sources together with their transport pathways. Moreover, the amount effect, altitude effect, temperature effect and the correlation between δ^18O vs. relative humidity were discussed.  相似文献