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黑河中游绿洲区不同土地利用类型表层土壤水分空间变异的尺度效应

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应用生态学报 2013年第5期24卷 1199-1208页

作者：郭德亮樊军米美霞西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院/水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

了解表层土壤水分空间变异及其尺度效应,可获取土壤水分真实变异,并可为客观揭示土壤水分空间变异制定合理采样方案提供参考.用"再采样"方法对黑河中游张掖绿洲区林地和农地表层土壤水分空间变异的尺度性进行研究.结果表明:研究区林地... 详细信息

了解表层土壤水分空间变异及其尺度效应,可获取土壤水分真实变异,并可为客观揭示土壤水分空间变异制定合理采样方案提供参考.用"再采样"方法对黑河中游张掖绿洲区林地和农地表层土壤水分空间变异的尺度性进行研究.结果表明:研究区林地和农地表层土壤水分变异程度随土壤水分含量的增加而增加;变异系数随采样尺度的增大而更接近真实变异值.在干旱和湿润条件下,当采样幅度在一定范围内增大时,林地和农地土壤水分的变异系数、MoranⅠ指数、块金值、基台值及林地变程均不断变大,而农地在干旱条件下的变程无固定变化规律.当采样密度在一定范围内增大时,块金值、变程不断增大,但变异系数、MoranⅠ指数、基台值均不受影响.

关键词：表层土壤水分尺度采样幅度采样密度空间变异

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表层土壤水分预测下层土壤水分的模型研究

表层土壤水分预测下层土壤水分的模型研究

作者：许小燕西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着遥感技术的发展,由遥感资料得出大面积范围土壤水分已经有了很大的发展,但目前由遥感数据反演土壤水分一般以20　cm 左右深度土壤水分与遥感资料相关较好,本文进行了由表层土壤水分预测下层土壤水分的模型研究,并且开发了一个计算... 详细信息

随着遥感技术的发展,由遥感资料得出大面积范围土壤水分已经有了很大的发展,但目前由遥感数据反演土壤水分一般以20　cm 左右深度土壤水分与遥感资料相关较好,本文进行了由表层土壤水分预测下层土壤水分的模型研究,并且开发了一个计算深层土壤水分的VB 小程序。本文采用试验实测数据,用SAS 软件进行模型拟合,得出土壤蓄水量模型和土壤体积含水量模型,然后进行精度分析,得出如下结论:　 (1)土壤蓄水量表征土壤水分的模型精度较高。当上层土壤水分变化较缓,下层土壤水分变化较大,土壤蓄水量呈非线性分布时,对于小麦地和玉米地,土壤水分模型精度分别达到84%和81%以上。当长时间未降雨或灌溉情况下,以及在土壤水分上下层均接近饱和情况下,土壤水分上下层变化较小,土壤蓄水量呈线性分布时,对于小麦地和玉米地,土壤水分模型精度分别达到91%和91.5%以上。当上层土壤水分变化较大,下层土壤水分变化较缓,土壤蓄水量呈非线性分布时,对于小麦地和玉米地,土壤水分模型精度分别达到90%和88%以上。总体看来,土壤蓄水量模型精度最低81%,最高可达95%。　 (2)土壤体积含水量表征土壤水分的模型精度相对要低。当上层土壤水分变化较缓,下层土壤水分变化较大,土壤水分呈非线性分布时,对于小麦地和玉米地,土壤水分模型精度较低,分别仅达到60%和63%以上。当长时间未降雨或灌溉情况下,以及在土壤水分上下层均接近饱和情况下,土壤水分上下层变化较小,土壤水分呈线性分布时,对于小麦地和玉米地,土壤水分模型精度均达到90%以上。当上层土壤水分变化较大,下层土壤水分变化较缓,土壤水分呈非线性分布时,对于小麦地和玉米地,土壤水分模型精度稍低,分别达到76%和83%以上。总体看来,土壤体积含水量模型精度最低60%,最高可达94.9%。 (3)事实上,在西北地区,长时间没有降雨或灌溉,土壤水分上下层变化较小,土壤水分呈线性分布的情况占大多数,这种情况下的土壤水分模型精度相对要高,特别是土壤蓄水量模型。土壤蓄水量模型精度最低91%,最高可达95%;土壤体积含水量模型精度最低90%,最高可达94.9%。 (4)实际应用时,本文推荐使用土壤蓄水量模型,虽然土壤蓄水量模型得出结果后还需要再推算各土层水分,不像土壤体积含水量模型得出的直接是各土层水分,但是前者精度要比后者高得多,更能反映实际土壤水分分布状况。

关键词：遥感表层土壤水分下层土壤水分土壤蓄水量土壤体积含水量

天然杨桦次生林表层土壤水分与枯落物的空间异质性

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水土保持学报 2012年第3期26卷 199-204页

作者：邵方丽余新晓杨志坚王贺年北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100083

枯落物作为水分调节的作用层,对森林生态系统的水分循环起着重要作用。采用地统计理论和方法对天然杨桦次生林的表层土壤水分和不同分解程度的枯落物空间异质性进行分析。结果表明,表层土壤水分、枯落物未分解层、半分解层和已分解层的... 详细信息

枯落物作为水分调节的作用层,对森林生态系统的水分循环起着重要作用。采用地统计理论和方法对天然杨桦次生林的表层土壤水分和不同分解程度的枯落物空间异质性进行分析。结果表明,表层土壤水分、枯落物未分解层、半分解层和已分解层的空间变异均以指数理论模型的拟合效果较好,其结构比分别为88.3%,66.6%,89.2%和57.79%,未分解层和已分解层具有中等强度的空间相关性,表层土壤水分与半分解层具有强烈的空间相关性。分形维数显示表层土壤水分和枯落物层的空间分布格局无显著的各向异质性结构特征。从全方位的分形维数来看,表层土壤水分的分形维数为1.918;枯落物半分解层的分形维数最大,为1.967,明显与其他枯落物层不同;未分解和已分解层分形维数相对较小,分别为1.925和1.928。从空间分布格局来看,半分解层呈明显的斑块状分布,东-西和南-北方向均无明显差异;表层土壤水分、未分解层和已分解层空间分布较为连续,且具有相似性,空间分布在东-西方向上差异明显,南-北方向上差异较小。

关键词：表层土壤水分枯落物空间异质性地统计学

基于SMOS的黄土高原区域尺度表层土壤水分时空变化

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中国沙漠 2014年第1期34卷 133-139页

作者：李小英段争虎中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

用SMOS土壤水分数据、MODIS植被指数数据和TRMM月降水数据,通过对黄土高原区域尺度表层土壤水分含量时空变化的研究,对表层土壤水分的时空变化特征及其对降水的响应进行了分析。结果表明:黄土高原表层土壤水分空间分布主要表现为西部和... 详细信息

用SMOS土壤水分数据、MODIS植被指数数据和TRMM月降水数据,通过对黄土高原区域尺度表层土壤水分含量时空变化的研究,对表层土壤水分的时空变化特征及其对降水的响应进行了分析。结果表明:黄土高原表层土壤水分空间分布主要表现为西部和东北部低、东南部较高。青海石质高山区及山西西南部等区域土壤水分含量与整个区域存在差异。黄土高原西部与河套平原部分区域表层土壤水分含量季节性变化较大。在不同降水条件下,土壤水分含量与降水量相关性呈显著差异。

关键词：区域尺度表层土壤水分黄土高原

SMOS与SMAP过境时段表层土壤水分的稳定性研究

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遥感技术与应用 2020年第1期35卷 58-64页

作者：陈勇强杨娜胡新佟明远河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454000 东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012

SMOS和SMAP都是为获取全球土壤水分信息而设计的专题卫星,均搭载了L波段辐射计。进行二者的横向对比是构建具有一致性的全球土壤水分数据集的关键基础。虽然SMAP、SMOS名义上的过境时刻是固定的,但二者的实际过境时刻随时间和空间发生变... 详细信息

SMOS和SMAP都是为获取全球土壤水分信息而设计的专题卫星,均搭载了L波段辐射计。进行二者的横向对比是构建具有一致性的全球土壤水分数据集的关键基础。虽然SMAP、SMOS名义上的过境时刻是固定的,但二者的实际过境时刻随时间和空间发生变化,它们与地面实测数据三者之间难以匹配形成时序上严格统一的样本对,从而给土壤水分反演结果的精度评定带来困难。针对这一问题,以美国大陆地区为研究区,首先对2016~2017年SMOS、SMAP土壤水分数据的时间戳进行统计,判定二者过境的交叠时段;进而利用高观测频率、大空间尺度的实测数据,研究表层土壤水分在此时段内的自然变化特征。结果显示,按照全部、无降水、有降水3种条件,在样本量分别为98.14%、99.51%和88.49%的绝大多数情况下,表层土壤水分的变化量为0.007 m^3/m^3、0.007 m^3/m^3和0.012 m^3/m^3,远小于SMOS、SMAP的目标精度(0.04 m^3/m^3)。初步证实:①SMOS与SMAP的土壤水分反演结果(L2数据)可进行直接比对;②过境时刻差异对验证误差的影响可不计。

关键词： SMOS SMAP 微波遥感表层土壤水分土壤水分稳定性

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烟台果园表层土壤水分的时空分布及分形特征

土壤通报 2006年第6期37卷 1076-1080页

作者：刘继龙张振华谢恒星李清翠冯雪鲁东大学地理与资源管理学院山东烟台264025

在果树生长旺期,利用Trim e水分速测系统对果园表层土壤水分采样后,对土壤水分的数据统计特征、变异函数、分形特征、合理取样数目及其等值线分布进行了分析。结果表明:降雨后变程和基台值最大,变异系数和分维数最小,其值分别为38.09m、... 详细信息

在果树生长旺期,利用Trim e水分速测系统对果园表层土壤水分采样后,对土壤水分的数据统计特征、变异函数、分形特征、合理取样数目及其等值线分布进行了分析。结果表明:降雨后变程和基台值最大,变异系数和分维数最小,其值分别为38.09m、1.163、0.0888和1.846。在90%或95%的置信水平(Pl)和相同精度(Δ)下,降雨后土壤水分合理取样数目最少,此时土壤水分的空间等值线分布的变化程度相对也较小。这说明降雨有促使土壤水分分布趋于均匀及空间相关性增强的效应,但也可能导致在个别区域内出现明显的高低值;而随后的土壤蒸发则使土壤水分的结构性减弱,空间异质性增强。

关键词：表层土壤水分时空分布分形特征

玉龙雪山南段主要森林群落表层土壤水分的时空变化研究

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西部林业科学 2013年第4期42卷 87-90页

作者：高富和荣华刘德团刘维暐陈智发吴之坤黄华陈小灵许琨中国科学院昆明植物研究所丽江森林生态系统研究站云南丽江674100 云南省玉龙雪山自然保护区管理局云南丽江674100

2012年8～12月以玉龙雪山南段东向坡主要森林群落云南松群落及杜鹃林群落表层(0～20 cm)土壤水分时空变化为研究对象,用时域反射仪(TDR)法获取表层土壤水分数据,用MS-EXCEL软件对数据进行分析。结果表明,玉龙雪山南段主要森林群落表层... 详细信息

2012年8～12月以玉龙雪山南段东向坡主要森林群落云南松群落及杜鹃林群落表层(0～20 cm)土壤水分时空变化为研究对象,用时域反射仪(TDR)法获取表层土壤水分数据,用MS-EXCEL软件对数据进行分析。结果表明,玉龙雪山南段主要森林群落表层土壤水分含量值在空间变化上表现为坡顶位置最高,坡底位置次之,坡中段水分含量较低;在时间变化上,坡面表层土壤水分含量表现为下降趋势,其中8～10月变化较为平缓,11～12月持续干旱,土壤含水量显著下降。研究结果对区域水分平衡研究及生物多样性保护具有参考价值。

关键词：玉龙雪山森林群落表层土壤水分

黑河中游绿洲不同景观单元表层土壤水分空间变异性

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中国水土保持科学 2013年第2期11卷 25-32页

作者：郭德亮胡伟樊军王力西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

了解黑河中游绿洲生态系统表层土壤水分空间分布规律可为绿洲生态系统水资源合理分配与利用提供参考。使用地统计学方法分析黑河中游绿洲8—10月戈壁、林地、农地3种典型景观单元表层土壤水分空间变异特征。结果表明:1)3种景观单元土壤... 详细信息

了解黑河中游绿洲生态系统表层土壤水分空间分布规律可为绿洲生态系统水资源合理分配与利用提供参考。使用地统计学方法分析黑河中游绿洲8—10月戈壁、林地、农地3种典型景观单元表层土壤水分空间变异特征。结果表明:1)3种景观单元土壤含水量从8—10月有下降趋势,呈中等变异特征且土壤水分相对变异(变异系数)一般在干燥时较大,绝对变异(标准差)在湿润时较大;2)表层土壤水分具有明显空间结构及季节变化特征,呈明显斑块状分布,最优拟合模型均为指数模型;土壤水分基台值和变程的变化大致与土壤平均含水量的变化呈相同趋势,具有中等和强烈的空间相关性,且10月份的土壤水分空间自相关性明显大于8和9月,相似性质斑块空间尺度有缩小趋势;3)在黑河中游绿洲区景观类型、土壤平均含水量、土壤、地貌、气候条件及人为管理等因素是造成黑河中游荒漠绿洲区表层土壤水分呈现时间和空间上明显差异的主导因素,其中平均含水量起的主导作用是持续存在的。

关键词：绿洲景观单元表层土壤水分空间变异性

基于表层土壤水分观测的根区土壤水分反演研究

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基于表层土壤水分观测的根区土壤水分反演研究

作者：王妍妍河北地质大学

学位级别：硕士

根区土壤水分作为土壤水分的重要组成部分,是一个重要的环境变量,影响许多自然过程,在农业、水文和气象等多个领域发挥着重要作用。另外,作为农业生产力的主要驱动因素以及作物水分胁迫的指标,根区土壤水分的准确估计对于预测农业生产... 详细信息

根区土壤水分作为土壤水分的重要组成部分,是一个重要的环境变量,影响许多自然过程,在农业、水文和气象等多个领域发挥着重要作用。另外,作为农业生产力的主要驱动因素以及作物水分胁迫的指标,根区土壤水分的准确估计对于预测农业生产力以及干旱监测也具有重要的价值。因此,在中国这样一个不仅缺水且水资源分布不均匀的国家,要发展农业、壮大农业,了解土壤水分的变化则显得至关重要,尤其是根区土壤水分的时空分布和动态变化。在本论文中,利用土壤水分解析关系(Soil Moisture Analytical Relationship,SMAR)模型和基于卫星的表层土壤水分估计值协同估算了覆盖中国主要陆地区域的日尺度0.05°空间分辨率的根区土壤水分。首先,基于第五代大气再分析(ERA5-Land)数据,采用蒙特卡洛马尔可夫链(Monte Carlo Markov Chain,MCMC)算法对研究区SMAR模型进行优化,逐像素确定研究区SMAR模型的4个基本参数(S,S,α,β);此外,将优化后的SMAR模型参数与卫星反演的日尺度0.05°表层土壤水分相结合,估算中国日尺度0.05°空间分辨率的根区土壤水分。由于缺乏研究区域0.05°空间分辨率的地面根区土壤水分真实值,本论文将土壤水分主动被动(Soil Moisture Active Passive,SMAP)L4(SPL4SMAU)根区土壤水分产品重采样到0.05°对估算的根区土壤水分进行初步评估。结果表明:(1)在研究区域内逐像素率定的SMAR模型参数中,90%以上像素的均方根误差低于0.04 cm/cm,85%以上像素的相关系数高于0.8,这表明率定的SMAR模型参数精度较高,可以在一定程度上保证根区土壤水分的反演精度;(2)估算的根区土壤水分在农田的精度最高,无偏均方根误差为0.064 cm/cm,其次是林地和草地,无偏均方根误差分别为0.071 cm/cm和0.081 cm/cm。整体来看,估算的根区土壤水分与重采样的SPL4SMAU根区土壤水分产品之间的相关系数和无偏均方根误差分别可达到～0.611和～0.080 cm/cm。

关键词：根区土壤水分表层土壤水分土壤水分解析关系(Soil Moisture AnalyticalRelationship,SMAR) 蒙特卡洛马尔可夫链(Monte Carlo Markov Chain,MCMC)