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建三江主要作物需水量变化趋势与关键影响因子识别

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农业机械学报 2022年第7期53卷 308-315,346页

作者：邢贞相喻熠李凤昱王丽娟付强王红利东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

基于建三江垦区1995—2018年逐日气象数据,采用PenmanMonteith公式结合单作物系数法计算其主要作物水稻、玉米、大豆生育期的需水量,利用去趋势预置白(TFPW)的MannKendall(TFPWMK)研究3种作物需水量变化特征,并通过重标极差(R/S)分析法... 详细信息

基于建三江垦区1995—2018年逐日气象数据,采用PenmanMonteith公式结合单作物系数法计算其主要作物水稻、玉米、大豆生育期的需水量,利用去趋势预置白(TFPW)的MannKendall(TFPWMK)研究3种作物需水量变化特征,并通过重标极差(R/S)分析法预测作物未来需水量变化趋势;借助通径分析法研究6个气象因子与作物需水量的相关性,识别了作物需水量变化的关键影响因子,并分析了关键影响因子变化与作物需水量变化趋势间的关系。结果表明:建三江垦区主要作物水稻、玉米、大豆全生育期需水量存在显著差异,3种作物多年平均需水量分别为484.84、425.91、319.11 mm;影响水稻、玉米和大豆需水量的关键影响因子为平均气温、净辐射和日照时长,对作物需水量有明显增进作用;风速、相对湿度通过与其他因子协同作用对作物需水量有一定限制作用;在1995—2018年时间序列中,水稻和大豆的全生育期作物需水量呈上升趋势,玉米的全生育期需水量呈下降趋势;未来,水稻和大豆全生育期需水量呈上升趋势,玉米全生育期需水量呈降低趋势。研究可为该垦区作物灌溉水量分配和灌溉制度的制定提供决策依据。

关键词：作物需水量建三江垦区 TFPWMK法通径分析法 R/S分析法

三江平原ET时空特征及其未来情景下预测研究

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农业机械学报 2023年

作者：邢贞相王红利王欣蕾喻熠段维义付强东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室黑龙江省河湖长制保障中心东北农业大学水利与土木工程学院

参考作物蒸发量(Reference evapotranspiration，ET0)的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大的意义，可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961-2010年逐日气象资料，采用Penman-Monteith(P... 详细信息

参考作物蒸发量(Reference evapotranspiration，ET0)的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大的意义，可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961-2010年逐日气象资料，采用Penman-Monteith(P-M)公式计算ET0，对历史期(1961-2010年)ET0及相关气象要素的时空特征进行分析；依据美国国家环境预报中心再分析数据以及大气环流模型(GCM)中加拿大CanESM2模式的预报因子日序列的输出数据，采用统计降尺度模型(SDSM)对未来RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的ET0进行预测。结果表明：历史期ET0呈上升趋势，多年年平均气温与ET0趋势相同，而年平均风速、相对湿度和净辐射整体呈下降趋势，空间分布上多年年平均ET0总体表现为中部高于周边、西部高于东部的趋势；模拟精度检验方面，基于CanESM2模式下historical情景模拟的ET0模拟值与P-M公式ET0的计算值进行检验，两者对应率定期+验证期(1961-2005年)的纳什效率系数(NSE)为0.46～0.61，决定系数(R2)为0.53～0.61，说明SDSM模拟效果较好。未来2011-2100年年内ET0变化中，两种情景下2011-2040年、2041-2070年、2071-2100年3个未来时段月平均日值的变化趋势与历史期基本一致，均似开口向下的抛物线状，且表现为不同程度的上升趋势；未来2011-2100年年际ET0变化中，未来ET0较历史期为上升趋势，RCP4.5情景下3个未来时段较历史期分别增加11.11%，18.70%，20.24%，其中2011-2040年时段多年ET0为较明显上升趋势，2041-2070年、2071-2100年时段总体为较缓下降趋势；RCP8.5情景下3个时段较历史期分别增加13.01%，24.05%，34.46%，3个时段内多年ET0均为上升趋势。研究区未来ET0的升高可能导致水资源短缺问题进一步加剧，研究结果可为研究区水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。

关键词：参考作物蒸发量三江平原 Penman-Monteith公式统计降尺度模型(SDSM) 趋势分析

寒区农业流域综合干旱指数构建及其适用性分析

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水资源保护 2023年第4期39卷 42-51,78页

作者：邢贞相李根付强王嘉麒段维义王红利刘昊奇东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室黑龙江哈尔滨150030

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)... 详细信息

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。

关键词： SWAT模型最优组合权重综合干旱指数寒区农业流域挠力河流域

基于最优组合权重的寒区典型农业流域综合干旱指数构建及其适用性分析

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水资源保护 2022年

作者：邢贞相李根付强王嘉麒段维义王红利刘昊奇东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室东北农业大学水利与土木工程学院

寒区农业流域因气象条件、土壤湿度、径流条件、农业耕作的季节性显著异于温热地区，干旱特征表现独特，为此，以挠力河流域为寒区农业流域典型区，构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区典型农业流域的干旱特征评估，并分析其适用性... 详细信息

寒区农业流域因气象条件、土壤湿度、径流条件、农业耕作的季节性显著异于温热地区，干旱特征表现独特，为此，以挠力河流域为寒区农业流域典型区，构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区典型农业流域的干旱特征评估，并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素计算单一的标准化降水蒸散发指数（SPEI）、标准化土壤湿度指数（SSI）和标准化径流指数（SRI），运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权，通过最小偏差法计算3种单一干旱指数的最优组合权重，构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数（Optimizedcompositedroughtindex，OCDI）。结果表明：（1）OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高，综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面。（2）3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显，融合多源信息的综合干旱指数（OCDI）能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度地揭示挠力河流域综合干旱特征。（3）OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性，OCDI在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度。（4）随着OCDI所识别挠力河流域综合干旱程度的加重，流域实际受旱面积相应增加，说明OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度。因此，OCDI适用于以挠力河流域为典型的寒区农业流域综合干旱监测。

关键词： SWAT模型最优组合权重综合干旱指数寒区农业流域挠力河流域

投影寻踪模型的改进及其在生态农业建设综合评价中的应用

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农业工程学报 2006年第5期22卷 222-225页

作者：赵小勇付强邢贞相贺延国东北农业大学水利与建筑学院哈尔滨150030 河海大学水资源与环境学院南京210024

为提高生态农业建设综合评价模型的分辨率,提出了一种有效的和通用的模型——投影寻踪模型(PP)。模型中密度窗宽R是求解局部密度的窗口半径,是由样本数据本身特性确定的局部宽度参数,主要通过试算或经验来确定,缺乏理论根据,该文对模型... 详细信息

为提高生态农业建设综合评价模型的分辨率,提出了一种有效的和通用的模型——投影寻踪模型(PP)。模型中密度窗宽R是求解局部密度的窗口半径,是由样本数据本身特性确定的局部宽度参数,主要通过试算或经验来确定,缺乏理论根据,该文对模型中密度窗宽R进行了理论改进,推导得出了计算的经验公式,使模型更具有科学性和稳定性。采用基于实码的加速遗传算法寻找最优的投影方向,同时用投影方向信息研究了各因子对生态农业建设综合评价的影响水平,取得了符合客观实际的分类结果,为生态农业合理建设提供了决策依据。

关键词：生态农业建设综合评价投影寻踪基于实码的加速遗传算法

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灌区降水量影响因子分析与集合降水预测

农业机械学报 2015年第8期46卷 97-103,96页

作者：邢贞相郭皓付强东北农业大学水利与建筑学院哈尔滨150030

针对降水随机性较强、影响因素复杂、单一模型预测精度低的特点,采用集对分析法,研究降水量与气象影响因子的关系。将基于密度参数的径向基函数人工神经网络模型与灰色模型相结合,利用信息熵权重法计算2个单一模型的权重,构建基于信息... 详细信息

针对降水随机性较强、影响因素复杂、单一模型预测精度低的特点,采用集对分析法,研究降水量与气象影响因子的关系。将基于密度参数的径向基函数人工神经网络模型与灰色模型相结合,利用信息熵权重法计算2个单一模型的权重,构建基于信息熵的集合模型(Combing model based on information entropy,IE-CM),用于三江平原友谊农场的降水量预测。研究结果表明,与单一模型相比,IE-CM模型预测结果的决定系数、平均相对误差及均方根误差较单一模型均有所提高,分别为0.99、10.655%和3.03 mm,预测结果的合格率为83.3%,均满足水文预测要求。

关键词：集对分析法集合降水预测径向基神经网络灰色模型

四种网格化降水产品估算中国大陆区域降雨侵蚀力比较

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农业工程学报 2023年第5期39卷 100-109页

作者：邢贞相段维义刘明阳王红利李根王嘉麒付强东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

降雨侵蚀力反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力,准确评估降雨侵蚀力对水土保持规划和水土流失治理具有重要意义。近年来,网格化降水产品在计算中国的降雨侵蚀力方面发挥了积极作用,但不同降水产品存在一定的区域差异性。因此,为评估各类降... 详细信息

降雨侵蚀力反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力,准确评估降雨侵蚀力对水土保持规划和水土流失治理具有重要意义。近年来,网格化降水产品在计算中国的降雨侵蚀力方面发挥了积极作用,但不同降水产品存在一定的区域差异性。因此,为评估各类降水产品在不同区域的适应性以利于降雨侵蚀力的准确估计,该研究选用了4种网格化降水产品:中国逐日网格降水量实时分析系统数据集(China gauge-based daily precipitation analysis,CGDPA)、中国区域地面气象要素数据集(China meteorological forcing dataset,CMFD)、中国地面降水日值0.5°×0.5°格点数据集(v2.0)(Dataset of gridded daily precipitation in China(Version2.0),CN0.5)、热带降水测量计划-多卫星降水分析测量产品(tropical rainfall measurement mission-multisatellite precipitation analysis,TRMM-TMPA)3B42V7,采用日降雨侵蚀力模型计算各产品在2008-2013年中国大陆地区的降雨侵蚀力,并以中国大陆地区的738个气象站点的降水数据估算的降雨侵蚀力为参照,对比分析4种降水产品估算的月、季、年3个时间尺度下降水侵蚀力在中国大陆地区及其9个农业分区的空间分布情况、年际年内变化趋势,最后利用贝叶斯加权平均法分析各产品在不同区域的效用。结果表明:1)在空间分布上,4种降水产品计算的降雨侵蚀力及其变化率与相应地面测站数据计算的结果一致,降水侵蚀力均呈自西北向东南递增的空间分布特征;2)在不同时间尺度下,4种降水产品与实测降水数据的时间变化趋势一致,除CGDPA在青藏高原区高估了降雨侵蚀力,4种降水产品在不同分区均低估了降雨侵蚀力;3)在不同时间尺度下,推荐使用CMFD估算青藏高原区降雨侵蚀力,其他分区推荐使用CGDPA;总体而言,CGDPA、CMFD相对于CN0.5与TRMM整体上都有较好的适用性。研究可为降雨侵蚀力的计算及其他领域选用网格化降水产品提供参考。

关键词：降水模型中国网格化降水产品侵蚀力

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两种实用的洪灾损失频率分析方法

系统工程理论与实践 2006年第2期26卷 127-132页

作者：邢贞相付强芮孝芳河海大学水资源环境学院江苏南京210098 东北农业大学水利与建筑学院黑龙江哈尔滨150030

为了提高洪灾损失频率分析方法的计算精度、速度和可操作性,利用基于信息扩散理论的风险分析方法和基于实数编码的遗传算法确定参数估计的频率分析法(PⅢ曲线)对洪灾损失频率进行分析,前者弥补了观测样本信息不足的缺陷,而后者克服了传... 详细信息

为了提高洪灾损失频率分析方法的计算精度、速度和可操作性,利用基于信息扩散理论的风险分析方法和基于实数编码的遗传算法确定参数估计的频率分析法(PⅢ曲线)对洪灾损失频率进行分析,前者弥补了观测样本信息不足的缺陷,而后者克服了传统配线法精度低的缺点,体现了遗传算法的全局寻优能力.实例证明,这两种方法思路清晰,操作简单、通用性强、速度快、精度高,对防洪减灾均具有较好的指导作用.并可推广到其它灾情的风险分析,如气象、地震等.

关键词：洪灾损失信息扩散加速遗传算法频率分析

灌区非均匀给水系统中分区给水优化的遗传算法

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农业工程学报 2005年第4期21卷 47-51页

作者：邢贞相付强肖建红河海大学水资源与环境学院南京210024 东北农业大学水利与建筑学院哈尔滨150030

当灌区采用分区给水时,可以提高供水能量的利用率,优化的分区给水方案可在相同的投资、成本下获得最大的经济效益。该文在前人的研究基础上进一步分析了供水所需总能量的组成和提高供水能量利用方法。建立了基于改进的实码加速遗传算法... 详细信息

当灌区采用分区给水时,可以提高供水能量的利用率,优化的分区给水方案可在相同的投资、成本下获得最大的经济效益。该文在前人的研究基础上进一步分析了供水所需总能量的组成和提高供水能量利用方法。建立了基于改进的实码加速遗传算法的优化目标函数模型,以此来确定供水系统的最优分区方案。新方法具有计算准确、快速,通用性强等优点,可在灌区非均匀给水分区优化中得到广泛应用。

关键词：非均匀灌区分区给水系统优化能量利用率实码加速遗传算法