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光热水因子模型建立及基于ViewGIS的初步应用

杨文姬

   本论文结合教育部科学技术重点项目“接坝山区土地数值化评价方法的研究”(104032),进行了河北丰宁小坝子乡光、热、水因子时空分布规律及因子间相关模型的研究,并基于ViewGIS的太阳辐射模拟计算功能,实现了模型在整个研究区域的应用以及与林地适宜性评价的结合,研究成果可为当地的区域规划和生态环境建设提供基础资料和科学依据。 论文以2004和2005两年生长季的连续定位观测数据为基础,通过应用数形结合、曲线拟合、非线性拟合以及谐波分析理论等方法对研究地区的光、热、水因子动态变化及地形影响规律进行研究。研究发现,太阳直接辐射、天空辐射和地面反射辐射一天中的变化规律符合二次曲线形式,拟合效果显著。对太阳直接辐射和天空辐射而言,云况和空气状况是主要的影响因素,但地形对地面反射辐射的影响作用显著。热量因子气温、地温(5cm、10cm、20cm)一天中的变化具有明显的波峰和波谷,变化规律可用余弦函数关系式表示,拟合效果显著。地形对热量和水分因子的影响非常显著。不同地形条件下气温的差异规律为阳坡>平地>阴坡,空气湿度差异规律为阴坡>阳坡>平地,不同深度地温的差异规律为阳坡>平地>阴坡,土壤水分的差异规律为平地>阴坡>阳坡。空气湿度在不同的地形条件具有较大差异,一天中的变化呈正弦曲线形式,变化规律可用正弦函数表示。不同深度(5cm、10cm、20cm)下土壤水分一天中变化不大,上午10时的土壤含水量最接近一天的土壤含水量均值。当地土壤水分特征曲线呈幂函数的变化规律。 运用相关分析、曲线拟合、主成分分析等数学方法全面分析光、热、水因子之间的相关性,以太阳直接辐射为核心,建立了光热水因子的相关模型,实现因子的数量化,结果表明,太阳直接辐射与相同地形条件下的气温之间呈开口向下的二次曲线变化规律,模型拟合显著性达0.83以上。相同地形条件下的气温与地温(5cm、10cm、20cm)之间显著线性正相关。相同地形条件下的气温与空气湿度之间极显著线性负相关。5cm深度土壤水分与同深度的土壤温度之间呈指数曲线变化规律。10cm和20cm处的土壤温度和土壤水分之间相关程度不高。 以ViewGIS为平台,实现了光热水模型的转化:在整个区域的尺度上研究了光、热、水因子的空间分布规律,结果表明,小坝子乡辐射资源丰富,70%面积上的直接辐射量介于2000-2500J/m~2 d之间,研究发现并命名了小坝子乡直接辐射相对高值集聚区。小坝子乡生长季内气温主要集中在10-15℃的范围内,东南部气温偏高,中西部气温偏低。5cm地温大部分在10℃C以上,10cm地温均在15℃以上,20cm地温在5-10℃的范围内,研究发现并命名了小坝子乡地温相对高值分布区。小坝子乡空气湿度条件好,坡面空气水分条件好于平地,但土壤水分条件差,60%以上的区域内土壤水分低于10%。 光热水因子模型同林地适宜性评价相结合,采用主成分分析法和指数和法对小坝子乡进行林地适宜性评价,结果表明小坝子乡适宜造林的面积共有223.46km~2,占全乡总面积的73.26%,林业发展前景广阔。阴坡宜林条件比阳坡和平地好,坡面的宜林条件普遍好于平地。……   
[关键词]:光、热、水因子;模型;ViewGIS;初步应用
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京林业大学2007年