基于改进BP神经网络的干旱区芦苇腾发量预测模型

植被蒸腾与地表蒸发研究是土壤-植物-大气连续体系统研究的核心部分,也是干旱区自然植被需水量研究的前提.计算植被蒸腾与地表蒸发的方法众多,但需要大量参数的输入,其中水分特征曲线、非饱和导水率、水分扩散率、比水容重、导热率、比热容等土壤水热特性参数很难获取.针对这些繁琐问题,在传统BP网络中加入有动量的梯度下降法,建立了基...     

准噶尔盆地南缘柽柳属植物种群及群落分布格局的分形特征

应用分形理论中的计盒维数,分别研究了准噶尔盆地南缘天然生长的柽柳属植物种群及群落的分布格局.结果表明,准噶尔盆地南缘不同类型柽柳种群与所有柽柳属植物种群构成的群落的分布格局,均具有明显的分形特征.以该研究区植物群落主要优势种多枝柽柳、刚毛柽柳、长穗柽柳和所有柽柳属植物群落为研究对象,分析了其计盒维数,它们的计盒维数分别为1.196、0.850、0.953和1.821;其值域为0多枝柽柳种群(1.196)>长穗柽柳种群(0.953)>刚毛柽柳种群(0.850).     

生态输水条件下塔里木河下游断面尺度地下水流数值模拟

由于中国西北地区地表水资源有限,地下水则成为重要的备用水资源,而地表水和地下水转化过程及其耦合模拟是水资源开发利用和科学评价的基础,因此,为了准确反映塔里木河下游间歇性生态输水后地下水的动态变化,以塔里木河下游英苏断面为例,基于Boussinesq方程建立了改进的地下水动力学(GH-D2)模型,模拟了塔里木河下游绿色走廊典型断面地下水对全时段(2000-2015年)间歇性生态输水的响应过程。结果表明,尽管Boussinesq方程的GH解能较好地模拟地下水位的瞬态变化,但模拟地下水位多年变化的结果并不理想,而改进的GH-D2模型考虑了间歇性生态输水对地下水位变化的滞后效应,对长时间尺度地下水位变化的模拟具有较好的效果。与GH和GH-D1模型相比,GH-D2模型模拟的地下水位值更接近于观测值,这将对塔里木河下游实施科学合理的生态输水计划以及生态恢复和重建策略提供关键的技术支撑。     

塔里木河下游河岸胡杨(Populus euphratica)林耗水过程模拟

选择塔里木河下游主要植物胡杨(Populus euphratica)林,以大气温度、太阳净辐射、大气相对湿度、冠层顶风速、地下水位和胡杨树茎横截面积为影响胡杨林耗水量的自变量,基于最小二乘法建立了多重线性回归模型、非线性回归模型和完全二次回归模型,并应用模型对塔里木河下游河岸胡杨林的耗水过程进行了日尺度上的模拟研究。结果表明:3个回归模型均表现出较好的模拟效果,其中完全二次回归模型的模拟精度最高,模型中大气温度、地下水位和胡杨树茎横截面积是影响胡杨耗水量的诸多环境因子中最敏感的因子;胡杨林的耗水量观测值与模拟值表现出较好的相关性,3个回归模型的模拟值与观测值的相关系数依次分别为0.6793、0.7299、0.7574,其相对误差分别为28.7%、26.1%、22.9%,其显著性水平均通过95%显著性检验;3个回归模型中完全二次回归模型具有使用简便、影响因子易测定、有一定精度等优点,能够更好刻画植被腾发量的复杂非线性特性,为干旱区自然植被耗水量估算、模拟和生态需水量计算提供了新的思路和方法。     

天山北麓地下水与自然植被的空间变异及其分形特征

对面积约670km^2的具有干旱气候特征的新疆三工河流域地下水埋深和自然植被盖度进行取样检测，应用地质统计学方法对取得数据进行半方差函数分析，计算均值、方差、标准差、变异系数等传统统计特征值，指出用该方法表示地下水埋深和自然植被盖度引起的困惑。在此基础上，将分形理论与地质统计学原理相结合，计算了三工河流域地下水埋深和自然植被盖度的分形维数，分别为1．3154、1．3677；而它们的变异系数分别为0．．537、0．368。该地区地下水埋深和自然植被盖度在空间上存在显著的变异性，而且它们具有相似的变异特征，即随着地下水埋深的递增(或递减)，自然植被盖度有所减少(或增加)，说明干旱区自然植被盖度对地下水埋深有很大的依赖性。这暗示着在干旱地区影响自然植被盖度的众多因素中最具有决定性的因素是地下水埋深。     

绿洲-荒漠交错带GSVAC水热传输可视化模拟系统的开发

以天山北麓三工河流域绿洲．荒漠交错带为研究对象,以可视化开发语言Visual Basic 6．0作为主要开发工具,结合Access数据库,在传统SPAC系统原理的基础上开发了绿洲．荒漠交错带水热传输可视化模拟系统。该系统具备系统管理、数据输入、数据处理、信息查询、模型计算、地下水预测、图形绘制、结果输出等功能。充分考虑到实时预测的实际工作要求,在系统开发的过程中,力求将本项目所研制的各种预测方案集成为一个可实时业务化运行的软件系统。通过该模拟系统可预测绿洲-荒漠交错带植被蒸腾量、地表蒸发量和植被的根系吸水速率以及土壤水热动态传输过程,为绿洲-荒漠交错带地下潜水-土壤-植被-大气连续体中数据的管理、地下水的预测和GSVAC水热传输动态的计算机模拟提供了强大的软件环境。     

塔里木河下游胡杨林耗水数值模型

基于SHAW（Simultaneous Heat and Water）模型,以基本观测要素、植被参数和土壤剖面水热观测数据为模型的输入,对河岸胡杨林的耗水过程、土壤剖面水分变化和能通量进行了较小时间尺度上的模拟研究。结果表明,采用SHAW模型模拟的胡杨耗水量与观测值间存在较大偏差。因此,为了进一步提升水热耦合SHAW模型在干旱区的实用性,引入了地下水位因子GSI（Groundwater-Soil water Interaction）,建立了改进的SHAW（GSI-SHAW）模型,解决干旱区荒漠河岸林耗水过程模拟的方法问题。采用SHAW模型和GSI-SHAW模型对胡杨耗水量的模拟进行了对比研究。结果显示,SHAW模型和GSI-SHAW模型模拟的胡杨耗水量与观测值的相关性系数分别为0.8533、0.9075,其平均相对误差分别为21.4%、16.9%,可见,改进的SHAW模型的模拟值更加接近试验观测值。地下水位的考虑一定程度上提升了传统SHAW模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。     

地下水非稳定流中erfc(λ)、ierfc(λ)逼近公式的推求及其应用

对erfc(λ)和ierfc(λ)公式传统的求算手段是通过查表的方法。是在已有的erfc(λ)和ierfc(λ)不可积公式的基础上，作者初步推导了不带不可积积分的erfc(λ)和ierfc(λ)的逼近公式，亦即不需要查表也能够算出其精确结果，并引用它建立了地下水非稳定流混合模型。此外，作者通过使用可视化开发语言Visual Basic和GIS工具软件MapObiects开发了塔里木河水资源决策支持系统。最后用该决策支持系统验证了以上逼近公式的精确性和有效性，结果表明该方法具有一定的实用价值。     

塔里木河下游胡杨林根系吸水模型

以塔里木河下游河岸带生长良好具有代表性的胡杨为供试植被,利用土壤水分特征曲线的分形结合胡杨根系分布函数的方法,对根区土壤水分和根长根系吸水关系进行了研究,确定了土壤水分特征曲线和非饱和土壤导水率。根据干旱区胡杨根系分布特征建立了干旱区胡杨二维根长密度函数。所建根长密度函数在根层近地表处服从抛物面分布,而在根层下部服从指数面分布,并基于二维改进的Feddes模型,建立了胡杨根系吸水的二维数学模型。结果表明,春季、夏季、秋季、冬季实验区胡杨根区土壤水分模拟值与实测值的平均误差依次分别为4.0%、7.2%、5.9%、4.9%,均低于10%,得到了较好的模拟效果。这进一步提升了干旱区植物根系吸水模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。因此,该二维模型在干旱区植物耗水计算中具有广泛的应用价值和现实意义。     

滴头流量对干旱区膜下滴灌棉田土壤盐分变化的影响

通过膜下滴灌大田试验研究了3种不同滴头流量处理(Ⅰ=1.8 L/h、Ⅱ=2.6 L/h、Ⅲ=3.2 L/h)下滴灌对棉田土壤盐分变化的影响。结果表明:滴灌结束后,空间尺度上土壤盐分的水平和垂直运移距离均随着滴头流量的增加呈现先增加后减小的趋势,在时间尺度上,随着时间的推移,土壤盐分呈现从膜下到膜间的迁移趋势。在滴水定额为4 500 m3/hm2条件下,在0~40 cm土层内,3种滴头流量处理下滴灌之后土壤平均含盐量均呈明显的减小趋势,处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的脱盐率分别为13.5%、40.4%、14.6%,其中处理Ⅱ的脱盐效果最好,其次是处理Ⅲ;而在0~120 cm土层内,所有处理下的土壤平均含盐量的下降幅度均不明显。在0~40 cm土层内,3种滴头流量处理下棉花收获后土壤平均含盐量均呈减小的趋势,但在0~120 cm土层中,膜间土壤呈积盐状态,其中处理Ⅱ的积盐率最小,为1.9%,因此采用2.6 L/h的滴头流量为最适宜的滴水强度,这对于浅层(根层)土壤盐分的淋洗作用明显。