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【摘要】氢氧稳定同位素可用于追踪土壤水分的运移。尽管我们对土壤剖面渗透的水的追踪及其在径流和地下水补给中运移过程的研究已经很完善了,但土壤水的运动也包括蒸发分馏。迄今为止,土壤水的分馏因子主要是基于经验性的。与开放型水分蒸发(温度,湿度,蒸气压梯度定义的分馏)不同的是,土壤水蒸发包括土壤基质效应的分馏。我们对这些效应特征的理解仍然很差。在这里,我们使用ABB LGR的水汽同位素分析仪(IWA-45-EP)提供了一个初步结果,实验使用了4种土壤混合物,粒度从砂粒到粉粒和黏粒。结果表明土壤张力可能控制着土壤水分的同位素分馏。土壤张力与平衡分馏的关系与土壤质地无关,且得到热力学理论的充分支持。虽然结果是初步的,认为未来的工作应该关注作为土壤水和水蒸气分馏可能解释因素的土壤张力的影响。插图(a)显示了4种添加土壤混合体的水分释放曲线。在萎蔫点到吸着水范围内,2个石英砂样品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范围内,粉砂的重量含水量高达0.15 g/g。在毛细管水范围内,黏土的最高重量含水量可达0.2 g/g。土壤张力为106 hpa时,砂土样品I和II的重量含水量分别为0.01和0.005 g/g。在相同的土壤张力下,粉砂的重量含水量为0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘质土在105 hpa以上获得了更多的数据点。(b)图表明平衡分馏因子(aP/Q)与土壤含水量以及土壤类型无关,但与基质势(土壤张力)明显相关。在aP/Q=1的交点处分别为δ18O和δ2H定义了~1260 hPa张力影响分馏效应的阈值。因此,我们观察到张力影响的分馏主要用于不可移动的水。土壤张力增加了平衡分馏,导致同位素值沿双同位素蒸发线(EL)分布。颜色编码表明土壤张力越高,同位素值越偏离原始位置。EL的斜率随着粒径大小的降低而降低。砂质土壤样品蒸发线斜率为3,R2=0.96。黏土...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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【摘要】氢氧稳定同位素可用于追踪土壤水分的运移。尽管我们对土壤剖面渗透的水的追踪及其在径流和地下水补给中运移过程的研究已经很完善了,但土壤水的运动也包括蒸发分馏。迄今为止,土壤水的分馏因子主要是基于经验性的。与开放型水分蒸发(温度,湿度,蒸气压梯度定义的分馏)不同的是,土壤水蒸发包括土壤基质效应的分馏。我们对这些效应特征的理解仍然很差。在这里,我们使用ABB LGR的水汽同位素分析仪(IWA-45-EP)提供了一个初步结果,实验使用了4种土壤混合物,粒度从砂粒到粉粒和黏粒。结果表明土壤张力可能控制着土壤水分的同位素分馏。土壤张力与平衡分馏的关系与土壤质地无关,且得到热力学理论的充分支持。虽然结果是初步的,认为未来的工作应该关注作为土壤水和水蒸气分馏可能解释因素的土壤张力的影响。插图(a)显示了4种添加土壤混合体的水分释放曲线。在萎蔫点到吸着水范围内,2个石英砂样品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范围内,粉砂的重量含水量高达0.15 g/g。在毛细管水范围内,黏土的最高重量含水量可达0.2 g/g。土壤张力为106 hpa时,砂土样品I和II的重量含水量分别为0.01和0.005 g/g。在相同的土壤张力下,粉砂的重量含水量为0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘质土在105 hpa以上获得了更多的数据点。(b)图表明平衡分馏因子(aP/Q)与土壤...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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有害蓝藻(cyanoHABs)通常生长在世界各地的水生环境中,包括北美五大湖的淡水湖。营养物质丰富或过量(例如N和P)的水体可以支持蓝藻的快速生长。除此之外,水温,风,浪和水流都会影响水华的形成和垂直分布。一些蓝藻会产生有毒化合物从而危害动物和人类健康。因此对有害藻华的预先监测显得尤为重要。【摘要】利用美国航空航天局(NASA)格伦研究中心开发的高光谱成像系统于2015年至2017年在伊利湖和俄亥俄河采集高空间分辨率数据。配合密歇根理工学院实施的替代校正方法,将HSI系统采集的辐亮度数据转换为高质量的反射率数据,并使用现有算法实时监测有害藻华。替代校正方法依赖于成像光谱恒定的目标以归一化大气和仪器校准信号的高光谱数据。对伊利湖西部盆地附近的一个大型沥青停车场进行光谱特征分析,确定为一个合适的校正目标。机载HIS可以提供对水质状况的独特见解。飞机可以在云层下运行,并且可以根据需要选择和更改飞行路线,这比基于空间平台的灵活性更大。HIS能以较高的空间分辨率(~1 m)采集数据,从而可以监测小型水体,检测小块的表面浮渣,以及监测水华与感兴趣目标(例如进水口)的接近程度。借助这种新的快速周转时间,机载数据可以作为现有卫星平台的补充监测工具,针对关键区域并按需响应水华事件。2015年NASA GRC HIS停车场反射率。粗红线表示ASD FieldSpec III的原位反射率。校正前,HIS...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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雪反照率可用于估算雪崩,美国国家航空航天局机载降雪观测台将其与激光雷达联合用于测量雪深。反照率(或“白度”)是单位时间,单位面积上各方向出射的总辐射能量与入射的总辐射能量之比,其测量范围从0(对应于吸收所有入射辐射的黑体)到1(对应于反射所有入射辐射体)。根据Wikipedia的说法“雪反照率变化很大,可以从0.9(刚落下的雪)到0.4(融化的雪)到0.2(脏雪)。南极洲平均雪反照率略高于0.8。如果积雪区域边缘变暖,雪易于融化,会降低反照率,因此积雪吸收了更多的辐射导致了更多的融雪。”在所附的文章中“The Airborne Snow Observatory: Fusion of scanning lidar, imaging spectrometer, and physically-based modeling for mapping snow water equivalent and snow albedo”特别提到了ITRES CASI在测量雪反照率上的重要性。【摘要】在世界许多山区,积雪覆盖和融化主导着区域气候和水资源。山区的融雪时间和量级主要受太阳辐射的吸收和雪水当量(SWE)的分布控制,但是即使在全球仪器设备最完善的山区,对其了解和认识仍不充分。本研究中我们描述并介绍了机载降雪观测台(ASO)的结果,它耦合了成像光谱仪,扫描激光雷达以及积雪分布模型以测定积雪光谱反照率...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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【基本原理】硝酸盐水溶液(NO3−)的氮氧稳定同位素组成(δ15N,δ18O,δ17O)以及亚硝酸盐(NO2−)的δ15N值是土壤、雨水、地表水、地下水以及海水养分来源和动态变化的重要示踪剂。硝酸盐同位素还用于评估水生生态系统循环N的能力以及通过地下细菌反硝化等过程修复被硝酸盐污染的含水层。用叠氮化镉还原法将NO3−或NO2−转为N2O,用N2O激光光谱法进行N和O同位素分析。将激光顶空同位素分析法与同位素比质谱法进行比较。激光法可直接测量17O异常,有助于追踪大气N来源。基于此,在所附的文章中“N and O isotope (δ15Nα,δ15Nβ,δ18O,δ17O) analyses of dissolved NO3− and NO2− by the Cd‐azide reduction method and N2O laser spectrometry”,国际原子能机构(IAEA)同位素水文学实验室主任Leonard I. Wassenaar及其团队利用N2O同位素分析仪(N2OIA‐23e‐EP Model 914‐0060;Los Gatos Research,Mountain View,CA,USA)开展了相关实验。【方法】用叠氮化镉法和顶空N2O激光光谱法将其转化为N2O,在N/O稳定同位素标准物(IAEA,USGS)上测量δ15N,δ18O,δ17O。15N示踪...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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北极苔原位于北半球,是多风无树的平原。因其温度低,生长季短,在冬季土壤下层(向下25-90 cm)被永久冻结(“多年冻土层”),阻碍了树木的生长。在夏季,多年冻土层融化仅足够用于植物的生长和繁殖,由于下层土壤冻结,水分无法下沉并形成湖泊和沼泽。苔原冻土地区占世界土壤结合碳的很大一部分(是当今大气中碳的1.5倍),湖泊和湿地中植被腐烂会产生CH4。过去几十年,人们认为北极苔原是碳汇,因为它可以通过光合作用捕获大气中大量的CO2,而如今受气候变化的影响,它已经成为重要的碳源,将温室气体释放到大气中。因此,对环境科学家而言,理解该生态系统中季节,植被,气候因子对CH4排放的影响至关重要。大量研究表明,由于多年冻土层的季节性融化,在北极地区夏季CH4从大量不稳定有机质中排放。然而,很少有研究去理解秋季,冬季和春季(代表了北极地区一年中的70-80%)的CH4排放现象。以往的几个研究表明秋季甲烷通量高,而春冬季节无甲烷通量。在所附的文章中“ Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget”,一组国际跨学科的科学家们报道了全年CH4排放,包括从沿着阿拉斯加北坡300公里纬度样带上的5个阿拉斯加北极苔原涡度协方差(EC)站点测得的通量数据,旨在理解CH4通量的季节性变化。此项目中,EC塔上安装了开路分析仪和闭路LGR...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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近端成像遥感技术可根据特定的外部反射特征对生物体进行表征和特征描述。这些成像技术引起了人们的关注,并广泛应用于植物和动物的生态、系统、进化以及生理研究中。然而,重要的因子可能会影响质量和体反射率特征的一致性,从而影响这些技术作为非侵入式表型和特征的部分能力。我们从3种昆虫中获得了高光谱体反射率,并研究了制备程序和保存时间如何影响反射率对性别,来源和年龄响应的能力。辐射光谱的不同部分对制备程序和保存时间的敏感性差异很大。基于3个昆虫物种的研究,我们成功确定了特定的辐射区域,基于以下两个方面,表型形状变得更加明显:(1)用蒸馏水轻轻清洗博物馆标本,或(2)用70%的乙醇杀死并保存昆虫标本。杀死和保存程序的标准化将极大地提高近端成像遥感技术在表征和研究无脊椎动物生态和进化上的能力。【材料】83个叶蝉标本(41个雌性和42个雄性)(半翅目:叶蝉科),来源于西北农林科技大学昆虫博物馆。获取所有标本清洁前后的高光谱图像。新捕获的实验室饲养的西花蓟马标本,最初是2007从中国农业科学院蔬菜花卉研究所温室中甜瓜上采集的。新捕获的褐飞虱标本(半翅目:飞虱科)来自浙江省农业科学院稻田的实验室饲养群体。【光谱成像】在标本上方20厘米安装推扫式高光谱相机(PIKA XC,Resonon),并在人工照明下以50 px/mm2的空间分辨率采集光谱图像。蒸馏水清洗前后叶蝉雄性和雌性代表图像(a)。在波长435-...
发布时间: 2020 - 07 - 29
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近端遥感作为昆虫病媒中植物病原检测的诊断工具,有两个基本假设。首先,通过昆虫媒介获得植物病原体会引起昆虫媒介的生理变化;也就是说,病原体可能只存在于非常特殊的组织或器官(如唾液腺),但它可能引起昆虫媒介对病原体的系统生理变化/反应。其次,根据体表反射特征,即使在杀死昆虫标本,并将其储存在70%的乙醇中以后,也能检测到病原体对昆虫生理学的影响。最近对后一种假设进行了调查,并证明建议将样本储存在70%乙醇(与50%或90%相比)中。这项研究表明,在70%乙醇中储存长达数周的时间对昆虫样品反射特性的影响微乎其微。这些技术细节非常重要,因为它们强调了昆虫标本可以在现场收集、储存在70%乙醇中,并可以在进行诊断成像测试之前装运,但是在开始广泛试验之前,应评估每种昆虫的这种效果是否可行。越来越多的学者开始研究利用近端遥感技术来检测和诊断植物和昆虫病媒中的病原体,这说明这种基于反射的技术可用于改进检疫和检验工作以及区域作物疾病监测。也就是说,与商业诊断实验室目前提供的基于PCR和酶联免疫吸附试验的服务类似,反射的技术似乎也拥有提供此类服务的潜力,以便农业利益相关者能够将昆虫样本运送到这些实验室,并获得关于感染率的快速、可靠和经济有效的数据。遥感数据是在与先前研究类似的环境条件下从单个成年甜菜叶蝉样本中获取的。成体样本的年龄、性别和交配状态未知,目的是模拟成体甜菜叶蝉在田间采样时遇到的变异。使用安...
发布时间: 2020 - 07 - 10
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高效的N肥使用产出需要平衡最小的环境污染和最大的产量,N素使用效率是目前精准农业中重要问题之一。于2017年6月,应用无人机高光谱成像系统对八种不同氮处理的冬小麦进行了高光谱图像采集。高光谱成像仪采用美国RESONON公司的Pika-L,波段范围400-1000nm,系统集成了惯导测量系统(IMU)和稳定云台,可以获得较高精度的光谱分辨率和空间分辨率的数据。同时在地面采集并获得冬小麦的叶绿素含量(CHL)、叶面积(LAI),利用偏最小二乘法进行反演估算,(RLAI 2= 0.79, RMSELAI [m2m2] = 0.18, R2CHL = 0.77, RMSECHL [_g cm-2] = 7.02),并采用多元线性回归模型进行了产量估测(R2产量=0.88,RMSEfield[dt ha-1]=4.18)。利用该模型,可以对高光谱图像进行像素水平的预测。结果表明,在一定施氮量以上,进一步施肥不一定会继续导致产量增加,为高光谱精准农业研究提供了一定了理论支持。1 实验设计试验田位于德国西北部的奥斯纳布吕克大学,包括8个处理,6个施氮水平。氮肥水平选择在0到150 kg ha-1,如图所示,不同颜色代表了不同的处理。图1研究区域2 数据处理高光谱传感器采用美国RESONON公司的PikaL,无人机系统采用大疆无...
发布时间: 2020 - 07 - 10
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【背景】:高光谱成像技术可以快速且无损的测量食物品质。该研究调查了高光谱成像在400-1000 nm波段范围预测柑橘果实内部品质属性例如总可溶性固形物(TSS),pH,可滴定酸度(TA)和成熟度指数(TSS/TA);以及外部品质属性,例如颜色成分(L*,a*, b*)和颜色指数(CI)的可行性。【方法】:从亚马逊州(秘鲁)收集柑橘样品(甜橙,瓦伦西亚品种),共80个无不良特征(如物理破坏,病害以及污染成分)的样品。样品随机分为两组,75%为“校正集”,其余为“预测集”,用于模型的外部验证。利用Resonon Pika XC高光谱成像系统(400-1000 nm)扫描柑橘并采集图像。利用偏最小二乘法建立预测品质属性的完整模型。利用回归系数确定最优波段,通过多元线性回归建立简化模型。预测的确定系数(R2p)以及预测的标准误差(SEP)用来衡量模型的性能。【结果】:内部品质属性的完整模型性能较低(R2p ,SEP 50%)。外部品质属性的完整模型性能较高(L*:R2p = 0.898,SEP = 19%;a*:R2p = 0.952,SEP = 13%;b*:R2p = 0.922,SEP = 20%;CI:R2p = 0.972,SEP = 12%)。简化模型与外部品质属性性能相似。柑橘图像和光谱处理的主要步骤:(a)确认感兴趣区域;(b)原始平均反射光谱...
发布时间: 2020 - 07 - 10
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摘要:针对推扫式成像光谱仪获取的狭带影像需要经过几何校正才能拼接形成空间二维影像的问题,提出了基于ENVI二次开发的高光谱推扫图像拼接技术。基于单应映射建立光谱仪倾斜状态下与正射状态下图像上的二维点之间的关系,校正由姿态变化引起的图像畸变,结合GPS数据修正因飞行速度变化引起的狭带重叠将校正后的狭带影像拼接起来。在ENVI二次开发平台上进行技术集成,实现了Resonon推扫高光谱狭带影像的自动校正拼接。对河北保定郊区高光谱影像的校正拼接实验证明,该方法与光谱仪自带拼接软件校正结果接近经纬度坐标差均在1m以内,均方根误差约为0.7389,能够满足一般高光谱遥感应用中的地理精度要求。研究目的:根据单应映射原理,建立光谱仪倾斜和正射状态下像点的映射关系,利用GPS/INS组合导航数据校正狭带影像中的畸变,拼接成一幅完整的影像,并在ENVI二次开发平台上实现推扫狭带影像的自动校正和拼接。推扫成像畸变原因:推扫式成像是利用飞行平台的向前运动,借助于与飞行方向垂直的扫描线记录而构成二维图像。推扫型成像光谱仪通常采用一个垂直于运动方向的面阵CCD来感应地面响应,在飞行平台向前运动中完成二维空间扫描,平行于平台运动方向,通过光栅和棱镜分光完成光谱维扫描,因此,CCD上一个点对应一个谱段,一条线对应一个谱面。CCD探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息。为了获得空间二维图像,再通过机械推扫,完成整个...
发布时间: 2020 - 07 - 09
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