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多源遥感蒸散产品在小流域径流模拟中的适用性评价

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节水灌溉 2024年

作者：毛舒月虎若青王雨欣朱泓宇白嘉怡董啸冯克鹏宁夏大学土木与水利工程学院河南省气象台宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心宁夏回族自治区黄河水联网数字治水重点实验室

在小流域径流模拟中，从多源蒸散发产品中选择合适的产品有利于提高水文模型径流模拟精度。从遥感蒸散发原理出发，选取了基于机器学习模型的GLASS产品、基于陆面模式的PET＿PU＿3H025＿002产品、基于遥感模型的MOD16、GLEAM、SSEBop产... 详细信息

在小流域径流模拟中，从多源蒸散发产品中选择合适的产品有利于提高水文模型径流模拟精度。从遥感蒸散发原理出发，选取了基于机器学习模型的GLASS产品、基于陆面模式的PET＿PU＿3H025＿002产品、基于遥感模型的MOD16、GLEAM、SSEBop产品作为研究对象。以Littlewashita流域为研究区，通过求取蒸散发产品的区域多年均值分析其时空变化特征，并探究多源蒸散发产品在CREST水文模型中的适用性。根据NSCE、Bias、CC三项指标，结合单指标评价法和多指标综合评价法，比较了率定期和验证期模拟结果。结果表明：①5种遥感蒸散发产品多年均值的时空分布格局差异较大。PET＿PU、SSEBop产品在区域内的估算值相对偏高，MOD16产品相对偏低。GLASS和GLEAM产品区域内多年均值的变化范围相似，均维持在2.2～2.4 mm/d。②模型对洪峰时间的模拟较准确，但在洪峰流量的模拟方面存在差异。对比Bias指标，在率定期内GLEAM产品的偏差最小，MOD16的偏差最大。对比NSCE、Bias、CC三项指标，验证期径流模拟效果较率定期明显降低。③不同遥感蒸散发产品在小流域径流模拟中的差异性较小。综合多指标评价法，GLEAM和GLASS产品表现更出色。

关键词：蒸散发多源遥感 CREST水文模型多指标综合评价法

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蒸散分离的玉米水分利用效率变化及影响因素

干旱区研究 2023年第7期40卷 1117-1130页

作者：庄淏然冯克鹏许德浩宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心宁夏银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心宁夏银川750021

水分利用效率(WUE)是农田生态系统碳水循环的重要指标,对指导农业灌溉和提高水分生产力有重要意义。宁夏灌区是我国地处干旱气候带的大型灌区,其中,玉米种植面积最大。在涡度通量观测农田生态系统实际蒸散发(ET)的基础上,利用氢氧稳定... 详细信息

水分利用效率(WUE)是农田生态系统碳水循环的重要指标,对指导农业灌溉和提高水分生产力有重要意义。宁夏灌区是我国地处干旱气候带的大型灌区,其中,玉米种植面积最大。在涡度通量观测农田生态系统实际蒸散发(ET)的基础上,利用氢氧稳定同位素法将蒸散发分割为土壤蒸发(evaporation,E)、植物蒸腾(transpiration,T),并通过光能利用模型估算宁夏引黄灌区典型玉米农田生态系统的总初级生产力(GPP),计算群体水分利用效率WUET=GPP/T、生态系统水分利用效率WUEET=GPP/ET以及固有水分利用效率(Intrinsic Water Use Efficiency)IWUEVPD=(GPP·VPD)/ET三种水分利用效率,进而从函数响应关系、相关性以及敏感性三个方面分析不同水分利用效率与气温、饱和水汽压差(VPD)、CO_(2)浓度、光合有效辐射以及土壤含水量等环境因子之间的关系。结果表明:宁夏引黄灌区玉米农田生态系统生长季的实际蒸散发变化呈单驼峰型,作物蒸腾与实际蒸散发的变化趋势相一致。WUET在生育期内呈“W型”变化,WUEET与IWUEVPD在生育期内呈“单峰型”变化,三种WUE的峰值出现在抽雄期,分别达到5.90 kg C·m^(-3)·H2O、5.02 kg C·m^(-3)·H2O和32.90 kg C·hPa·m^(-3)·H2O,灌浆后期三种水分利用效率开始降低,玉米成熟晚期由于蒸腾微弱所以WUET略有增加。WUET、WUEET和IWUEVPD与土壤含水量显著正相关,相关度和敏感性最强;VPD与三种WUE显著负相关,相关度和敏感性最强次之;气温、光合有效辐射以及CO_(2)浓度与三种WUE的负相关性但不是敏感因素。因此,在宁夏引黄灌区土壤水分和VPD是影响玉米农田生态系统WUE的关键因素。

关键词：氢氧稳定同位素蒸散分离光能利用模型总初级生产力作物蒸腾

自寻优最近邻算法估算有限气象数据区潜在蒸散量

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农业工程学报 2019年第20期35卷 76-83页

作者：冯克鹏田军仓洪阳宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 School of Civil Engineering and Environmental Science University of OklahomaNormanOK 73072USA 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100084 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心银川750021

FAO-56 Penman-Monteith估算ET0方法被广泛使用,但计算时需要输入多个气象数据。开发一种替代方法,在使用尽可能少的气象数据情况下,仍可以提供准确的或至少接近FAO-56 Penman-Monteith的ET0估算值是该领域研究热点之一。该文结合典型... 详细信息

FAO-56 Penman-Monteith估算ET0方法被广泛使用,但计算时需要输入多个气象数据。开发一种替代方法,在使用尽可能少的气象数据情况下,仍可以提供准确的或至少接近FAO-56 Penman-Monteith的ET0估算值是该领域研究热点之一。该文结合典型相关分析(canonical correlation analysis,CCA)和k最近邻算法(k-nearest neighbor,k-NN),提出自寻优最近邻算法的潜在蒸散量计算方法(CCA-k-NN),利用较少气象数据实现潜在蒸散量的估算。核心思想是用CCA算法寻找与潜在蒸散量最相关的气象数据,实现后续估算ET0时的气象数据降维,然后利用k-NN算法估算ET0。选择西北地区为例,将该区域气象数据分别从时间和空间尺度,分为训练数据集,验证数据集和测试数据集,分别在3类数据集上用该文方法估算ET0,并以FAO-56 Penman-Monteith作为参照,评估了该文CCA-k-NN方法的估算精度和适用性。结果表明,CCA-k-NN方法与FAO-56 Penman-Monteith保持了较高的相关性(相关系数大于0.9),有好的估算精度,均方根误差和平均绝对误差均小于1 mm/d,空间尺度上算法纳什效率系数均大于0.5,时间尺度上纳什效率系数均大于0.8,在时空尺度均适用。同时,相对于其他替代方法该文算法具有低的时间复杂度,在计算大量数据时可有效降低时间成本.

关键词：蒸散量相关分析气象数据 k最近邻算法西北地区

Hargreaves公式计算宁夏地区参考作物腾发量的研究

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干旱区资源与环境 2014年第9期28卷 100-105页

作者：冯克鹏田军仓宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心银川750021

Penman-Monteith公式计算ET0需要大量的气象数据,而这些数据在一些地区尤其是不发达地区缺测情况较多。Hargreaves公式是FAO推荐的在只有气温数据情况下,估算ET0的方法,但在应用时需要对其进行修正。文中利用国家气象数据共享服务网提... 详细信息

Penman-Monteith公式计算ET0需要大量的气象数据,而这些数据在一些地区尤其是不发达地区缺测情况较多。Hargreaves公式是FAO推荐的在只有气温数据情况下,估算ET0的方法,但在应用时需要对其进行修正。文中利用国家气象数据共享服务网提供的宁夏24个气象站长系列逐旬气象资料(1951-1999年),分别用Penman-Monteith公式,Hargreaves公式计算参考作物腾发量,然后通过回归分析确定出宁夏每一个气象站所代表区域应用Hargreaves公式时的经验系数,提出修正后的Hargreaves计算公式;并用2000-2012年的气象数据对修正后的Hargreaves公式进行验证。结果表明:1)未修正的Hargreaves公式,在宁夏地区的适用性较差,与Penman-Monteith公式计算值对比差异显著。2)修正后的Hargreaves公式计算精度显著提高,与Penman-Monteith公式计算结果有很好的拟合,可见,利用修正后的Hargreaves公式替代PM公式计算宁夏地区参考作物腾发量是可行的。

关键词： Penman-Monteith Hargreaves ET0 经验系数宁夏

WOFOST作物模型对青铜峡灌区夏玉米生长模拟的适用性评估

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西北水电 2023年第4期 15-22页

作者：许德浩冯克鹏庄淏然宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021

为评价WOFOST夏玉米模型在青铜峡灌区的适用性,使用EFAST全局敏感性分析方法,对WOFOST模型作物参数进行敏感性分析,结合2022年气象数据和土壤数据对夏玉米作物参数进行本地化。利用田间观测数据,对叶面积指数、生物量等指标进行模拟和... 详细信息

为评价WOFOST夏玉米模型在青铜峡灌区的适用性,使用EFAST全局敏感性分析方法,对WOFOST模型作物参数进行敏感性分析,结合2022年气象数据和土壤数据对夏玉米作物参数进行本地化。利用田间观测数据,对叶面积指数、生物量等指标进行模拟和验证。结果表明:在敏感性方面,对于夏玉米最大叶面积指数和干物质重量影响较大的参数有SLATB0、SLATB078、KDIFTB0、EFFTB40、CVS、CVO;模型对叶面积指数、各生物量模拟的皮尔逊相关系数P_(CC)均大于0.95,归一化均方根误差NRMSE均小于20%,均方根误差RMSE、残差聚集指数CRM均处于合理区间,模型模拟精度较高。本地化后的WOFOST模型能够较好地模拟青铜峡灌区玉米的生理过程,可为当地农业管理提供帮助。

关键词： WOFOST模型夏玉米敏感性分析参数本地化验证评价

基于多源数据的宁夏贺兰县现代化生态灌区健康评价

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农业工程学报 2021年第24期37卷 307-316,F0003页

作者：杨振峰田军仓冯克鹏龚雪宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心银川750021

现代化生态灌区是灌区发展方向,因此,灌区健康水平评价具有重要意义。该研究根据现代化生态灌区的概念、内涵要求,应用知识图谱可视化工具VOSviewer对国内外灌区综合评价研究的指标体系进行系统梳理,筛选共现频率高的关键指标,在结合实... 详细信息

现代化生态灌区是灌区发展方向,因此,灌区健康水平评价具有重要意义。该研究根据现代化生态灌区的概念、内涵要求,应用知识图谱可视化工具VOSviewer对国内外灌区综合评价研究的指标体系进行系统梳理,筛选共现频率高的关键指标,在结合实际、广泛调研的基础上,构建了包括生态环境、输配水现代化、田间工程现代化、生产及管理现代化、生产效益5类一级指标,共计18个二级指标的宁夏贺兰县现代化生态灌区综合评价指标体系,并以乡镇为尺度划分评价单元,结合遥感数据、调研统计、田间试验数据实现指标定量化,利用层次-模糊综合评价方法,对宁夏贺兰县现代化生态灌区健康水平进行综合评价。结果表明:1)对于权重较大的二级指标信息化管理水平(权重为0.100)、主要排水沟水质(权重为0.091)、灌溉保证能力(权重为0.090),各评价单元健康水平较好且单元之间差异性小;2)各评价单元综合评价结果显示,南梁台子及京星农牧场健康水平等级值最高(0.81),最低为洪广镇(0.69),所有评价单元均处于二至三级健康水平之间;3)贺兰县灌区整体处于一级健康水平的测度值(0.325)最大,表明灌区整体处于一级健康水平,但一至四级健康水平的测度值差别较小,存在健康水平恶化的风险较大,可从发展节水灌溉措施、提高规模化生产程度、完善管理制度、增大水域面积等方面优化灌区结构。该研究可为宁夏乃至西北现代化生态灌区建设提供参考。

关键词：遥感生态灌区指标体系健康评价宁夏贺兰县

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大数据量遥感影像的分条带镶嵌策略

煤炭技术 2011年第5期30卷 144-146页

作者：冯克鹏宁夏大学新华学院银川750021

在个人计算机条件下,海量遥感图像的镶嵌是一个难题。该文从计算机软件和硬件等多个方面,对问题进行深入分析,提出分条带镶嵌的策略,解决了海量遥感图像镶嵌难题。设计并实现软件系统,该软件在遥感图像处理工作中已得到运用,实践表明本... 详细信息

在个人计算机条件下,海量遥感图像的镶嵌是一个难题。该文从计算机软件和硬件等多个方面,对问题进行深入分析,提出分条带镶嵌的策略,解决了海量遥感图像镶嵌难题。设计并实现软件系统,该软件在遥感图像处理工作中已得到运用,实践表明本文提出的海量遥感影像镶嵌策略能够在PC条件下,较好地完成海量影像快速显示和图像镶嵌。

关键词：海量遥感影像图像镶嵌分条带镶嵌策略

基于K-means聚类分区的西北地区近半个世纪气温变化特征分析

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干旱区地理 2019年第6期42卷 1239-1252页

作者：冯克鹏田军仓沈晖宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心宁夏银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心宁夏银川750021

采用K-means聚类分区,Sen’s斜率估计,Kendall-Tau非参数检验等方法,分析和讨论了近半个世纪(1960-2015年)我国西北地区不同区域的气温变化特征。发现近半个世纪西北地区气温保持了持续的显著上升,年均最低气温上升速率高于年均气温和... 详细信息

采用K-means聚类分区,Sen’s斜率估计,Kendall-Tau非参数检验等方法,分析和讨论了近半个世纪(1960-2015年)我国西北地区不同区域的气温变化特征。发现近半个世纪西北地区气温保持了持续的显著上升,年均最低气温上升速率高于年均气温和年均最高气温。从空间的角度来看,新疆北疆地区的东北部,内蒙古北部、西部中东部,甘肃中部、西部,青海北部、中部,宁夏中部、北部地区以及陕西北部是升温最快的区域。虽然西北地区气温总体是上升趋势,但在时间上并不均匀一致。从1998年开始,西北地区气温升温减缓,部分地区出现了下降趋势。近半个世纪西北地区季节气温与年际气温变化趋势并不一致,变暖减缓在该地区不同季节的响应不同。1998-2015年,冬季是增温幅度最小的季节,多数子区冬季存在升温趋势减缓,甚至转为下降趋势。

关键词：聚类分析轮廓系数变暖减缓西北地区

基于无人机多光谱影像的番茄冠层SPAD预测研究

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农业机械学报 2020年第8期51卷 178-188页

作者：田军仓杨振峰冯克鹏丁新军宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021

番茄冠层不同垂直位置叶绿素含量的精确预测是及时防控番茄病虫害、精准施肥、灌溉等田间管理的重要基础,无人机可灵活高效地获取中小区域农作物冠层光谱信息,为农业生产提供便利。基于无人机搭载多光谱传感器获取的多光谱影像数据,建... 详细信息

番茄冠层不同垂直位置叶绿素含量的精确预测是及时防控番茄病虫害、精准施肥、灌溉等田间管理的重要基础,无人机可灵活高效地获取中小区域农作物冠层光谱信息,为农业生产提供便利。基于无人机搭载多光谱传感器获取的多光谱影像数据,建立感兴趣区域,提取各波段反射率数据,计算9种植被指数参数与实测番茄3个生育期的冠层上、中、下层及冠层整体的SPAD值,进行相关性与敏感度分析,筛选植被指数最优变量,采用偏最小二乘、支持向量机、BP神经网络模型进行冠层不同位置SPAD值的预测建模及验证。结果表明,开花坐果期,番茄冠层上层叶片的SPAD值高于中层和下层叶片,结果初期和结果晚期,番茄中层叶片的SPAD值高于上层和下层叶片;冠层上层叶片SPAD值与植被指数相关性程度及线性敏感程度优于冠层中层和下层叶片;基于番茄冠层上、中、下层及整个冠层SPAD值建立的支持向量机预测模型的R^2高于偏最小二乘和BP神经网络预测模型。因此,支持向量机预测模型可为番茄精准管理提供理论依据。

关键词：番茄冠层无人机多光谱叶绿素