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地表臭氧浓度升高对麦田水热通量的影响

农业工程学报 2024年第8期40卷 116-124页

作者：徐诗韵徐彦森张宇杰冯兆忠南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3... 详细信息

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3)浓度升高平台(O_(3)-FACE),通过连续观测农田小气候特征,结合能量平衡法分析O_(3)浓度升高对麦田水热通量、小麦籽粒产量和田间水分利用效率的影响。结果表明:O_(3)浓度升高显著降低了开花后第32天小麦旗叶的叶绿素含量,降低了乳熟–成熟期的麦田潜热通量平均值和正午峰值,但影响幅度较小。O_(3)浓度升高对麦田平均水热通量及其分配无显著影响,也未影响籽粒产量、产量组成和田间水分利用效率。不同于10年前江淮地区主推的扬辐麦2号、烟农19和嘉兴002等品种,当前推广的农麦88表现出极强的O_(3)抗性。在O_(3)浓度不断升高背景下,种植农麦88有助于减缓O_(3)浓度升高对田间蒸散和水分利用效率的影响。

关键词：臭氧水热通量产量蒸散发冠层温度小麦

基于四种算法比较分析Venlo型玻璃温室气温季节预报模型

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中国农业气象 2024年第2期45卷 135-146页

作者：吴慧臻李东升杨再强张丰寅陈旸南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学龙山书院南京210044

利用2021年2月27日-2023年3月4日南京信息工程大学Venlo型玻璃温室内、外气象观测数据,基于多元回归(Multiple regression,MR)、BP人工神经网络(BP artificial neural networks,BPANN)、随机森林(Random forest,RF)和支持向量机(Support vector machine,SVM)构建温室内日平均气温、日最低气温和日最高气温的季节预报模型,并进行验证。结果表明:温室内日平均气温、日最低气温季节预报模型的拟合精度明显高于日最高气温季节预报模型;各模型对春、夏、秋季温室内气温的拟合精度高于冬季。对于日平均气温和日最低气温季节预报模型而言,4种算法构建的春、夏、秋季预报模型的拟合精度均较高,RF模型模拟效果更为稳定,其模拟值与实际观测值决定系数(R^(2))均值均在0.94以上,均方根误差(RMSE)、绝对误差(MAE)均值在1.5℃以内;对于日最高气温季节预报模型,RF模型对春、夏、秋季的拟合精度整体高于其他模型,R^(2)均值均在0.75以上。MR模型对冬季室内气温的拟合精度较好,更适用于预测冬季温室内气温。综合而言,选择RF模型预报春、夏、秋季的玻璃温室内气温,选择MR模型预报冬季玻璃温室内气温较为可行。

关键词： Venlo型玻璃温室温度季节预报模型神经网络随机森林支持向量机

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基于矢量光束偏振特性的薄膜参数表征

光学学报 2024年第14期44卷 112-118页

作者：李金花曹兆楼郑改革南京信息工程大学物理与光电工程学院江苏省气象光子学与光电探测国际合作联合实验室江苏南京210044 南京信息工程大学物理与光电工程学院江苏省大气海洋光电探测重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学物理与光电工程学院江苏南京210044

传统椭偏仪表征薄膜参数时存在光斑尺寸较大、空间分辨率较低且基底透明时易受背面反射光干扰等问题。针对这些问题,提出采用高数值孔径显微物镜聚焦线偏振光的方法,以形成矢量光束照明薄膜。紧聚焦光束由不同角度入射光线组成,受到薄... 详细信息

传统椭偏仪表征薄膜参数时存在光斑尺寸较大、空间分辨率较低且基底透明时易受背面反射光干扰等问题。针对这些问题,提出采用高数值孔径显微物镜聚焦线偏振光的方法,以形成矢量光束照明薄膜。紧聚焦光束由不同角度入射光线组成,受到薄膜反射系数的影响,光束反射时形成结构化图案,且图案细节与薄膜参数密切相关,通过对反射光束进行成像即可反演薄膜参数。基于电磁理论数值模拟了薄膜不同参数对反射光场的影响,并进行了实验验证。结果表明,反射光场对薄膜参数的变化较为敏感,硅表面二氧化硅薄膜厚度的反演误差低于2 nm,重复测量误差低于0.3 nm。该方法得到的光斑尺寸接近衍射极限,显著提高了空间分辨率,在纳米结构表征领域的应用前景广阔。

关键词：偏振矢量光束薄膜参数反射逆问题

土壤湿度-地表气温耦合对长江中下游地区2022年8月复合型热浪事件的影响

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1709-1720页

作者：崔彩珍余锦华代刊云星娥南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 国家气象中心北京100081

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义... 详细信息

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义了复合型热浪事件强度指数及其相应的土壤湿度-地表气温耦合指数,采用分段线性拟合等方法,探讨此次复合型热浪特征及土壤湿度-地表气温耦合的影响.结果表明:(1)2022年8月长江中下游地区的复合型热浪事件强度为1979年以来最强,伴随最强的土壤湿度-地表气温耦合.空间分布显示,强的热浪发生在四川东部、重庆西部、湖南等地,这些区域的土壤湿度严重偏干,蒸发受限,获得的净辐射主要用于地表向上的感热通量,使土壤湿度-地表气温出现强的正反馈过程,对热浪的维持起重要作用.(2)复合型热浪中土壤湿度-地表气温耦合影响日间和夜间热浪的物理强迫及过程不同:日间,地表净太阳短波向下辐射增强的强迫作用,促使发生强的土壤湿度-地表气温耦合,引起日间热浪.夜间,白天积累在土壤的热量,通过减小大气热量通量辐散,使夜间地表气温下降减慢,形成夜间热浪,这与以往研究单独夜间热浪的过程不同,后者认为夜间热浪主要与大气柱水汽增加引起的大气逆辐射增强有关.

关键词：复合型热浪事件土壤湿度-地表气温耦合长江中下游地区

黄淮海平原植被日光诱导叶绿素荧光对骤旱的响应

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农业机械学报 2024年

作者：陈治仲陈上缐子仪周聪肖薇南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响，基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集，分析了黄淮海地区2001–2020年气候要素时空变化特征，识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子，对比星载日光... 详细信息

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响，基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集，分析了黄淮海地区2001–2020年气候要素时空变化特征，识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子，对比星载日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced chlorophyll fluorescence，SIF）、标准化差异植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）以及增强植被指数（Enhanced vegetation index，EVI）对骤旱的响应，探究了不同类型植被光合作用对骤旱的敏感性。结果表明：黄淮海地区2001–2020年整体呈暖湿化趋势，北部地区增温明显。黄淮海北部和东南部地区骤旱频发，大部分地区发生超过20次骤旱，累计受旱时长超过90候，且骤旱多发生于秋季。黄淮海地区年骤旱次数和累计骤旱时长整体呈上升趋势，增加速率分别为0.6次/(10a)和2.2候/(10a)，且呈上升趋势的格点主要位于骤旱频发区。研究区骤旱次数与气温（显著正相关）、风速（负相关）以及降水量（负相关）的相关性较高。相较于NDVI和EVI，SIF随土壤水分的变化更加同步，适用于骤旱监测。黄淮海地区灌木植被SIF对骤旱最敏感，但存在较大的不确定性，农田、森林和草地等植被类型光合作用对骤旱的响应逐渐降低，但不同植被SIF与骤旱次数的最大相关系数均较为接近。

关键词：日光诱导叶绿素荧光骤旱时空变化光合作用黄淮海平原

MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的维持作用

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大气科学 2024年第3期48卷 1157-1172页

作者：赵起帆周洋南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文利用美国NOAA的CMORPH降水和NCEP的CFSv2再分析资料、欧洲中心ERA-5再分析数据、Wheeler和Hendon的MJO指数等资料和敏感性数值试验分析了MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的影响机制。通过相关、回归、波源分析等方法发现:(1)与... 详细信息

本文利用美国NOAA的CMORPH降水和NCEP的CFSv2再分析资料、欧洲中心ERA-5再分析数据、Wheeler和Hendon的MJO指数等资料和敏感性数值试验分析了MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的影响机制。通过相关、回归、波源分析等方法发现:(1)与往年相比,2020年夏季风雨带在我国华南和长江中下游地区长时间维持,使得该地区季风降水具有明显的极端性特征;(2)同时,我国东部大气中高层位势高度出现负异常,伴随着水汽辐合和低层大气不稳定,均有利于2020年夏季强降水的维持;(3)2020年夏季MJO活跃于1、2位相,其振幅在10~30天具有显著的周期。MJO在非洲和印度洋产生显著的Rossby波源,该波源激发的波列沿急流传播,造成了我国东部位势高度负异常的维持,同时也有利于我国东部夏季降水的维持;(4)通过敏感性试验进一步验证,MJO的在10~30天的信号有利于在我国东部500 hPa上空形成负的位势高度异常,有利于该区域降水增加。

关键词： Madden-Julian振荡(MJO) Rossby波源季风降水中国东部

生物炭配施硅肥对夜间增温稻田碳排放强度的影响

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农业环境科学学报 2024年第6期43卷 1421-1434页

作者：郭峻泓娄运生邢钰媛王坤刘健南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044 江苏省镇江市丹徒区气象局江苏镇江212000

为了研究生物炭配施硅肥对夜间增温稻田水稻产量及温室气体排放(CH_(4)和N_(2)O)的影响,2019—2020年连续两年进行田间模拟增温试验。采用3因素3水平正交试验设计:夜间增温设3水平,用铝箔反光膜夜间(19:00—6:00)覆盖水稻冠层模拟夜间增... 详细信息

为了研究生物炭配施硅肥对夜间增温稻田水稻产量及温室气体排放(CH_(4)和N_(2)O)的影响,2019—2020年连续两年进行田间模拟增温试验。采用3因素3水平正交试验设计:夜间增温设3水平,用铝箔反光膜夜间(19:00—6:00)覆盖水稻冠层模拟夜间增温,即W0(常温对照,不覆盖)、W1(覆盖5 mm铝箔膜)和W2(覆盖11 mm铝箔膜);生物炭用量设3水平,即B0(对照,0)、B1(7.5 t·hm^(-2))和B2(17.5 t·hm^(-2));硅肥种类设3水平,即Si0(对照,不施硅)、Si1(钢渣)和Si2(矿粉),Si1和Si2的用量(以SiO_(2)计)均为200 kg·hm^(-2)。结果表明:2019年5 cm和10 cm稻田土层夜间均温分别增加0.3~1.0℃和0.2~0.7℃;2020年水稻植株冠层和株高中部夜间均温分别增加0.1~0.2℃和0.2~0.3℃。稻田CH_(4)排放通量呈单峰型变化趋势,排放通量最大值和累积排放量出现于分蘖-拔节期;稻田N_(2)O排放通量呈多峰型变化趋势。夜间增温处理的CH_(4)和N_(2)O累积排放量低于常温对照,生物炭配施硅肥可一定程度抑制CH_(4)排放,但促进N_(2)O排放。CH_(4)对稻田总增温潜势的贡献起主导作用,占比大于84%。夜间增温明显降低水稻产量和温室气体累积排放量,生物炭可有效缓解夜间增温对水稻产量的不利影响,配施钢渣可降低总增温潜势和排放强度。综合考虑水稻产量和稻田减排,江苏沿江同类稻田水稻低碳生产应对气候变暖的技术措施为施用生物炭17.5 t·hm^(-2)并配施钢渣(以SiO_(2)计)200 kg·hm^(-2)。

关键词：夜间增温生物炭硅肥水稻碳排放强度

基于TROPOMI的淮河流域大气NO_(2)干沉降估算

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中国环境科学 2024年第4期44卷 1966-1974页

作者：刘佳瑜王钰丘仲锋赵冬至田野武燕张渊智南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081

基于Sentinel-5P卫星TROPOMI数据,利用随机森林方法反演2018~2020年淮河流域地面NO_(2)浓度,采用推算法获得淮河流域2018~2020年NO_(2)干沉降通量,并通过划分不同集水区(水域、农田、城区和植被覆盖区)估算大气NO_(2)干沉降对淮河流域... 详细信息

基于Sentinel-5P卫星TROPOMI数据,利用随机森林方法反演2018~2020年淮河流域地面NO_(2)浓度,采用推算法获得淮河流域2018~2020年NO_(2)干沉降通量,并通过划分不同集水区(水域、农田、城区和植被覆盖区)估算大气NO_(2)干沉降对淮河流域水体氮素的贡献.结果显示,卫星反演地面NO_(2)浓度与地面站点实测资料一致性较高,相关系数(R)为0.94,平均绝对误差(MAE)为2.7,均方根误差(RSME)为4.1.淮河流域地面NO_(2)浓度和NO_(2)干沉降通量均有明显的季节变化,春夏秋冬4个季节地面NO_(2)平均浓度分别为13.7,12.2,17.6,23.1μg/m^(3);NO_(2)平均干沉降通量分别为1.25,1.13,1.61,2.13kg N/(hm^(2)·a).淮河流域地面NO_(2)浓度和干沉降通量均表现为南北部高,东西部低.农田区域NO_(2)干沉降对流域水体氮素的贡献最大,占比83.47%.2019年淮河流域大气NO_(2)干沉降总量为1.34×10^(5)t,对水体氮素的贡献为1.36×10^(4)t N;2020年大气NO_(2)干沉降总量为1.25×10^(5)t,对水体氮素的贡献为1.18×10^(4)t N.

关键词： NO_(2)干沉降 TROPOMI 随机森林模型淮河流域氮素贡献

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融合多尺度注意力的多视角遥感影像场景分类

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第3期49卷 366-375页

作者：时永欣周维勋邵振峰南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

针对现有场景分类方法特征表征能力差以及单视角遥感影像分类精度难以提升的问题,提出一种融合多尺度注意力的多视角遥感影像场景分类方法。首先,将航空图像和地面图像构造成正负图像对,并划分为训练集、验证集和测试集;其次,构建融合... 详细信息

针对现有场景分类方法特征表征能力差以及单视角遥感影像分类精度难以提升的问题,提出一种融合多尺度注意力的多视角遥感影像场景分类方法。首先,将航空图像和地面图像构造成正负图像对,并划分为训练集、验证集和测试集;其次,构建融合多尺度注意力的卷积神经网络并训练,通过特征融合模块得到融合注意力且表征能力更强的特征,实现多尺度特征学习;然后,利用训练的多尺度注意力网络分别提取航空图像和地面图像特征并进行融合;最后,基于融合后的特征使用支持向量机进行场景分类。实验结果表明,相比现有方法,所提方法在两个公开数据集上均取得了更高的分类精度,改善了单视角场景分类效果,同时也证明了多视角所提供的补充信息能进一步提升遥感场景分类的准确性。

关键词：场景分类多视角遥感图像卷积神经网络特征融合视觉注意力