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Estimating Daily Dew Point Temperature Based on Local and Cross-StationMeteorological Data Using CatBoost Algorithm

Computer Modeling in Engineering & Sciences 2022年第2期130卷 671-700页

作者： fuqi yao Jinwei Sun Jianhua Dong School of Hydraulic Engineering Ludong UniversityYantai264010China State Key Laboratory ofWater Resources and Hydropower Engineering Science Wuhan UniversityWuhan430072China

Accurate estimation of dew point temperature(Tdew)plays a very important role in the fields of water resource management,agricultural engineering,climatology and energy ***,there are few studies on the applicability of local Tdew algorithms at regional *** study evaluated the performance of a new machine learning algorithm,i.e.,gradient boosting on decision trees with categorical features support(Cat Boost)to estimate daily Tdew using limited local and cross-station meteorological *** random forests(RF)algorithm was also assessed for *** meteorological data from 2016 to 2019,including maximum,minimum and average temperature(Tmax,Tmin and Tmean),maximum,minimum and average relative humidity(RHmax,RHmin and RHmean),maximum,minimum and average global solar radiation(Rsmax,Rsmin and Rsmean)from three weather stations in Hunan of China were used to evaluate the CatBoost and RF *** results showed that both algorithms achieved satisfactory estimation accuracy at the target stations(on average RMSE=1.020℃,R^(2)=0.969,MAE=0.718℃and NRMSE=0.087)in the absence of complete meteorological parameters(with only temperature data as input).The Cat Boost algorithm(on average RMSE=1.900℃and R^(2)=0.835)was better than the RF algorithm(on average RMSE=2.214℃andR^(2)=0.828).The accuracy and stability of the CatBoost and RF algorithms were positively correlated with the number of input parameters,and the three-parameter algorithms achieved higher estimation accuracy than the two-parameter *** developed methodology is helpful to predict Tdew at regional scale.

关键词： Dew point temperature categorical boosting random forests cross-station accuracy

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Effect of nitrogen levels on photosynthetic parameters,morphological and chemical characters of saplings and trees in a temperate forest

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Journal of Forestry Research 2018年第6期29卷 1481-1488页

作者： Jinwei Sun fuqi yao Jiabing Wu Pingcang Zhang Wensheng Xu Changjiang River Scientific Research Institute Wuhan 430010People’s Republic of China State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology Institute of Applied EcologyChinese Academy of SciencesShenyang 110016People’s Republic of China

Exploring the response differences of leaf physiology parameters to enhanced nitrogen deposition between saplings and trees is vital for predicting the variations of terrestrial ecosystem structure and function under future global climate change. In this study, the ecophysiological parameters of saplings and trees of Fraxinus mandshurica Rupr. were measured at different levels of nitrogen addition in a temperate forest. The results show that ecophysiological parameters maximum net photosynthetic rate(Pmax), apparent quantum efficiency(a), dark respiration(Rd), light saturation point(Lsp), photosynthetic nitrogen use efficiency(PNUE),specific leaf area(SLA)and stomatal conductance under saturated light intensity(Gsmax) were higher in saplings than in trees. These physiological parameters and not Nleaf(leaf nitrogen content)led to relatively lower Pmaxand Rdin trees. For both saplings and trees, low and median nitrogen addition(23 and 46 kg ha-1a-1) resulted in significant increases in Pmax, Rd, Lsp, Chl, PNUE, SLA and Gsmax. These parameters tended to decline under high additions of nitrogen(69 kg ha-1a-1),whereas Nleaf was always enhanced with increasing nitrogen. Variations in Pmax and Rd with increasing nitrogen were attributed to variations in the strongly related parameters of, Lsp, Chl, PNUE, SLA and Gsmax. Overall, the response sensitivity of physiological parameters to enhanced nitrogen levels was lower in trees compared with saplings.

关键词： Physiology parameters Added nitrogen Saplings Trees Deciduous broadleaved species

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基于两层协调模型的多级扬水灌区供水调配优化

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农业机械学报 2019年第5期50卷 310-319页

作者：姜瑶熊吕阳姚付启北京师范大学水科学研究院北京100875 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 长江科学院农业水利研究所武汉430015

针对宁夏回族自治区扬水灌区水资源紧缺、供水扬程高、不同灌溉方式并存、供水调配困难、运行成本高等问题,开展了多级扬水灌区的供水调配优化研究。考虑研究区供水具有多层次、相互联系、组成复杂、影响因素众多等特点,建立了具有二层... 详细信息

针对宁夏回族自治区扬水灌区水资源紧缺、供水扬程高、不同灌溉方式并存、供水调配困难、运行成本高等问题,开展了多级扬水灌区的供水调配优化研究。考虑研究区供水具有多层次、相互联系、组成复杂、影响因素众多等特点,建立了具有二层递阶结构的供水调配多目标优化模型。模型以各层缺水量平方和最小和运行功耗最小为目标,考虑不同灌溉时段影响,第1层建立单个泵站供水调度优化模型,以进行单个泵站控制区内各时段输蓄水量分配优化;第2层建立多级泵站供水调配优化模型,以优化系统内各级泵站系统各时段供水量和提水量。两层之间以供水量作为协调变量,依据大系统分解-协调原理进行求解,充分考虑了不同层次之间水量调配和主体利益的协调。灌区应用表明,所构建模型能有效进行多级扬水灌区水量调配优化,给出了核定水量下各级泵站系统水量分配优化方案,优化方案较好地缓解了各级泵站间的供水调配时空矛盾,显著减小了系统缺水量。研究结果可为灌区管理者进行实际水量调配和管理提供决策支持和技术支撑。

关键词：水量调配多级泵站优化配置多目标分解协调

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限量灌溉对冬小麦光合与叶绿素荧光的影响

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农业机械学报 2011年第11期42卷 49-54页

作者：燕辉胡笑涛姚付启西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

对限量灌溉条件下冬小麦光合与叶绿素荧光变化规律进行了分析,并探讨了冬小麦光合的气孔与非气孔限制情况。结果表明:轻度限量灌溉对冬小麦光合与叶绿素荧光没有显著影响;在开花期、灌浆初期,中度、重度限量灌溉造成的气孔限制是降低光... 详细信息

对限量灌溉条件下冬小麦光合与叶绿素荧光变化规律进行了分析,并探讨了冬小麦光合的气孔与非气孔限制情况。结果表明:轻度限量灌溉对冬小麦光合与叶绿素荧光没有显著影响;在开花期、灌浆初期,中度、重度限量灌溉造成的气孔限制是降低光合速率的主要原因;灌浆末期,中度、重度限量灌溉导致PSⅡ最大光化学效率显著降低,非气孔限制成为降低光合速率的主要因素。

关键词：冬小麦限量灌溉光合荧光

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冬小麦冠层高光谱特征与覆盖度相关性研究

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农业机械学报 2012年第7期43卷 156-162页

作者：姚付启蔡焕杰王海江张倩王健西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

在2010年度与2011年度冬小麦生长季大田试验小区,实测了3个播种密度、3个灌水水平下冬小麦冠层的高光谱反射率与覆盖度。分析了冬小麦冠层光谱特征以及不同生育期冬小麦冠层光谱特征参数与覆盖度的相关性,建立了基于光谱特征参数的不同... 详细信息

在2010年度与2011年度冬小麦生长季大田试验小区,实测了3个播种密度、3个灌水水平下冬小麦冠层的高光谱反射率与覆盖度。分析了冬小麦冠层光谱特征以及不同生育期冬小麦冠层光谱特征参数与覆盖度的相关性,建立了基于光谱特征参数的不同生育期冬小麦覆盖度估算模型。结果表明:从返青到成熟,冬小麦冠层可见光区光谱反射率先减小后增大,近红外区先增大后减小。不同种植密度下,适宜供水冬小麦在可见光波段的反射率依次小于轻度亏水、重度亏水条件下的冬小麦;在近红外波段,规律正好相反。在相关性分析中,传统光谱特征参数和新光谱特征参数与覆盖度在不同生育期均具有较好的相关性。相比以传统光谱特征参数为自变量的冬小麦覆盖度估算模型,基于绿峰峰度的估算模型可以提高冬小麦覆盖度的估算精度。

关键词：冬小麦冠层光谱特征覆盖度相关性

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基于平稳小波变换的冬小麦覆盖度高光谱监测"

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农业机械学报 2012年第3期43卷 173-180页

在2010与2011年度冬小麦生长季,通过大田小区试验,实测了冬小麦冠层的高光谱反射率与覆盖度。分析了不同覆盖度下的冬小麦冠层光谱特征以及不同生育期冬小麦冠层光谱反射率与覆盖度的相关性,建立了基于归一化植被指数(NDVI)与比值植被指... 详细信息

在2010与2011年度冬小麦生长季,通过大田小区试验,实测了冬小麦冠层的高光谱反射率与覆盖度。分析了不同覆盖度下的冬小麦冠层光谱特征以及不同生育期冬小麦冠层光谱反射率与覆盖度的相关性,建立了基于归一化植被指数(NDVI)与比值植被指数(RVI)、小波能量系数的不同生育期冬小麦覆盖度估算模型。结果表明:覆盖度越大,冬小麦光谱反射率在可见光波段越小,在近红外波段越大。在可见光波段,光谱反射率与覆盖度负相关,在"红边"处,由负相关变成正相关。在返青期、拔节期,NDVI估算效果好(R2为0.835 9、0.805 7);在抽穗期、灌浆期,RVI估算效果好(R2为0.803 1、0.829 4)。在返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期,以高频、低频小波能量系数为自变量的冬小麦覆盖度估算模型的R2分别达到0.911 2、0.895 4、0.880 2、0.927 5。

关键词：冬小麦覆盖度高光谱遥感平稳小波变换估算模型

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基于天气预报的湖北漳河灌区水稻灌溉需水预测

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人民长江 2023年第12期54卷 128-134页

作者：王倩熊玉江王玲姚付启鲁东大学水利工程学院山东烟台264010 长江科学院农业水利研究所湖北武汉430010 十堰市郧阳区鲍峡水利管理站湖北十堰442517

为应对气候变化条件下长江流域农业干旱事件,提高流域灌区防灾减灾韧性,以Blaney-Criddle(BC)公式和水量平衡方程为基础,建立了一种基于公共气象预报的灌区水稻灌溉需水量预报方法,并在湖北省漳河灌区进行应用验证。结果表明:预见期7 d... 详细信息

为应对气候变化条件下长江流域农业干旱事件,提高流域灌区防灾减灾韧性,以Blaney-Criddle(BC)公式和水量平衡方程为基础,建立了一种基于公共气象预报的灌区水稻灌溉需水量预报方法,并在湖北省漳河灌区进行应用验证。结果表明:预见期7 d的公共天气预报最低和最高气温准确率均达到70%以上,R均超过0.95;改进的BC模型7 d预见期内参考作物腾发量(ET_(0))预报的RMSE、MAE、R平均值分别为0.91 mm/d、0.84 mm/d、0.83,预测精度整体水平较高;灌溉需水预报方法能够较好复盘漳河灌区2022年典型干旱事件。提出的灌溉需水预报方法能够胜任灌区短期灌溉需水预报精度要求,可为灌区应对干旱提供决策支持。

关键词：灌溉预报天气预报灌溉需水量参考作物腾发量灌溉制度 BC公式漳河灌区

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植被指数反演冬小麦植被覆盖度的适用性研究

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农业机械学报 2015年第1期46卷 231-239页

作者：虞连玉蔡焕杰姚付启郑珍王健李志军西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100 长江科学院武汉430010

利用冬小麦2个生长季高光谱反射率和覆盖度实测资料,基于回归分析方法建立4种植被指数反演植被覆盖度模型,并对预测模型年际间的稳定性进行了验证。采用噪声等效覆盖度误差对各植被指数反演植被覆盖度模型进行了敏感性分析,结合对模型... 详细信息

利用冬小麦2个生长季高光谱反射率和覆盖度实测资料,基于回归分析方法建立4种植被指数反演植被覆盖度模型,并对预测模型年际间的稳定性进行了验证。采用噪声等效覆盖度误差对各植被指数反演植被覆盖度模型进行了敏感性分析,结合对模型的残差分析得到了不同种植密度和氮肥施用量条件下各植被指数的适用性。结果表明：归一化植被指数NDVI和改进的土壤调节指数TSAVI与冬小麦覆盖度采用抛物线拟合结果较好;修正的土壤调节植被指数MSAVI和增强型植被指数EVI与覆盖度符合线性关系。验证模型的决定系数略低于建模方程,反演模型在年际间表现出较好的稳定性,能够满足覆盖度预测需要。NDVI和TSAVI较MSAVI和EVI可更好地解释本地区冬小麦植被覆盖度的变化规律。在低到中覆盖度（0-60%）条件下,如果当地土壤信息可获得,利用植被指数TSAVI估算植被覆盖度变化规律表现出较好的敏感性和较高的估算精度。如果缺失土壤线资料,NDVI能保证覆盖度的估算精度。在高覆盖度（60%-100%）条件下,可选用敏感性和精度均良好的植被指数MSAVI进行估算。在水分供应充分的条件下,4种植被指数对作物种植密度和氮肥施用量均不敏感,可采用统一模型进行不同种植密度和不同施氮量处理的冬小麦覆盖度估算研究,为利用植被指数快捷、准确地估算本地区区域植被覆盖度提供了理论和技术支持。

关键词：冬小麦植被指数植被覆盖度敏感性分析种植密度施氮量

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平原湖区外江水位变化对排涝流量的影响

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农业工程学报 2016年第15期32卷 126-132页

作者：罗文兵王修贵史德亮姚付启钱龙王述海柯志刚长江科学院农业水利研究所武汉430010 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点试验室武汉430072 荆州市水利局荆州434020

为准确模拟排区涝水产汇流过程及水量,以湖北省四湖流域螺山排区为例,通过耦合SCS和MIKE11模型来建立排区尺度的涝水产汇流模型,分别采用1980年、1983年和1991年、1996年螺山泵站站前的实测水位数据对模型进行率定和验证,并通过设置不... 详细信息

为准确模拟排区涝水产汇流过程及水量,以湖北省四湖流域螺山排区为例,通过耦合SCS和MIKE11模型来建立排区尺度的涝水产汇流模型,分别采用1980年、1983年和1991年、1996年螺山泵站站前的实测水位数据对模型进行率定和验证,并通过设置不同设计暴雨和外江水位的组合,以评估外江水位变化对排涝流量的影响。结果表明：率定期1980年和1983年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.20%和-0.40%,相关系数分别为0.980和0.952,效率系数分别为0.949和0.849;验证期1991年和1996年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.10%和1.70%,相关系数分别为0.919和0.967,效率系数分别为0.782和0.906,表明耦合模型模拟效果较好,适用于螺山排区产汇流模拟。根据5年一遇、10年一遇3日暴雨与5年一遇、10年一遇汛期最高5日平均水位、泵站设计外江水位组合下排涝流量的模拟可知,在相同的设计暴雨下,外江水位越高,泵站的抽排流量越小,并且对内涝造成的不利影响越大。如按排涝泵站水泵的性能曲线进行模拟,精度将提高19.6%~53.8%。

关键词：排涝模型水位排区外江流量泵站

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基于水位与符号回归的灌区无干扰量水技术研究

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人民长江 2019年第9期50卷 101-104,167页

作者：熊玉江乔伟李亚龙姚付启长江科学院农业水利研究所

为克服传统量水方法水头损失大、技术复杂、经济成本高等问题,提出了一种基于水位和符号回归的灌区无干扰量水方法,并依据高邮灌区典型斗渠2012~2013年实测水位流量数据,对方法应用效果进行了评估。结果表明:符号回归优选出来的5组模型... 详细信息

为克服传统量水方法水头损失大、技术复杂、经济成本高等问题,提出了一种基于水位和符号回归的灌区无干扰量水方法,并依据高邮灌区典型斗渠2012~2013年实测水位流量数据,对方法应用效果进行了评估。结果表明:符号回归优选出来的5组模型均能较好地估算渠道流量,模拟值与实测值均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为71.81~73.43,52.15~56.38m^3/h,调整决定系数超过0.8,说明模型能够较好地反映渠道水位流量关系,模拟精度较高。该方法精度可靠、应用简便、经济可行,在灌区量水方面具有较广的应用前景。

关键词：无干扰量水渠道流量农业用水计量符号回归

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