對地表入滲和蒸發(fā)通量的分配，以及準(zhǔn)確量化不同空間尺度下土壤與大氣之間的質(zhì)量和能量交換過程，都需要了解土壤的水文性質(zhì)（如土壤水分特征曲線和導(dǎo)水率特征曲線）。土壤水分特征曲線（SWRC）描述了在基質(zhì)勢下土壤水分含量的平衡情況，是重要的水文特性，與土壤孔隙的大小分布和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，受土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機(jī)物和粘土礦物等因素的影響。傳統(tǒng)測量SWRC的實(shí)驗(yàn)室方法繁瑣，數(shù)據(jù)往往不完整，且只覆蓋有限的水分含量范圍。近年來，近程和遙感技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，特別是在光學(xué)域內(nèi)的土壤反射光譜已被用于獲取土壤礦物學(xué)和化學(xué)成分、有機(jī)物含量、粒度分布及水分含量等信息。這些研究為衛(wèi)星遙感提供了大尺度測繪的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)方法主要依賴光譜轉(zhuǎn)移函數(shù)，盡管能有效推斷土壤水力特性，但需大量數(shù)據(jù)進(jìn)行模型校準(zhǔn)。本文提出了一種新的實(shí)驗(yàn)室方法，通過水分含量依賴的短波紅外（SWIR）土壤反射光譜直接估計(jì)SWRC，利用最近開發(fā)的前向輻射傳輸模型，僅依賴水分含量-反射率數(shù)據(jù)對，計(jì)算更高效，無需反演流動(dòng)方程，簡化了測量過程。為了測試提議的新實(shí)驗(yàn)室方法，作者使用了21種亞利桑那州土壤，這些土壤的質(zhì)地（表 1）和礦物成分（即高嶺石、云母/伊利石、蒙脫石、蛭石、綠泥石和黑云母含量）有很大差異。下面提供了實(shí)驗(yàn)確定的 SWRC 和干燥土壤的反射光譜的描述。表 1. 亞利桑那州土壤的質(zhì)地特性使用ASD LabSpec®2500 ...
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水資源在糧食生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)中的關(guān)鍵作用，特別是在頻繁出現(xiàn)的高溫、干旱等極端天氣條件下，威脅糧食生產(chǎn)，加速土地退化。研究指出，中國作為人均水資源低于世界平均水平的國家，農(nóng)業(yè)用水已占全國總用水量的60%以上，但整體用水效率較低且區(qū)域差異顯著。尤其在山區(qū)和丘陵地區(qū)，土壤侵蝕和厚度減少嚴(yán)重影響了蓄水能力，加劇了干旱頻發(fā)和作物減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文強(qiáng)調(diào)了通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐，提高用水效率，以緩解干旱脅迫，維持作物產(chǎn)量的重要性。本次田間試驗(yàn)在中國科學(xué)院鹽亭紫色土農(nóng)業(yè)生態(tài)站進(jìn)行，該站位于中國四川盆地中北部，海拔400-600m（東經(jīng)105° 27’，北緯 31°16’）（圖 1）。該地區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫 17.3℃。年平均降水量為826mm，蒸發(fā)量為680 mm。降雨分布不均，約70%的年降水發(fā)生在夏秋季，季節(jié)性干旱頻繁，主要發(fā)生在春季和初夏。 圖1. 研究區(qū)域位置（a）、實(shí)驗(yàn)地塊圖片（b）、地塊設(shè)計(jì)圖（c）、實(shí)驗(yàn)地塊剖面圖（d）。本試驗(yàn)土壤為鈣質(zhì)紫色土，來源于蓬萊鎮(zhèn)組，屬于中溫土壤質(zhì)地，被稱為新土，占四川盆地紫色土總量的四分之一以上（圖1）。鈣質(zhì)紫色土剖面主要發(fā)育在頁巖和泥巖中，常與不透水的砂巖互層。淺層紫色土的下伏基巖限制了根系生長，入滲的大部分水分往往會(huì)因地下徑流繞過根區(qū)而流失。試驗(yàn)土壤性質(zhì)相似，平均值為：pH 值為8.37，土壤有機(jī)碳...
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考古學(xué)雖然常與發(fā)掘相關(guān)，但許多遺址仍需通過地表上的文物和其他特征來進(jìn)行識別。對這些地表考古記錄的分析不僅可以揭示不同定居時(shí)期的信息，還能展示土地的農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)或儀式用途，以及景觀中人、物、思想的流動(dòng)模式。本文介紹了一種利用機(jī)載高光譜短波紅外 (SWIR) 圖像的新方法，用于記錄和分析地表考古材料。SWIR 光可以區(qū)分不同類型的巖石、礦物和土壤，地質(zhì)學(xué)家經(jīng)常利用這一原理繪制地質(zhì)圖。Resonon Pika IR+高光譜成像儀能夠以優(yōu)于10厘米的空間分辨率收集SWIR圖像，從而識別并表征地表文物。本文探討了在NASA Space Archaeology 資助下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，展示了這項(xiàng)技術(shù)的潛力和挑戰(zhàn)，特別是在成功定位和表征單個(gè)文物方面，同時(shí)指出了未來發(fā)展的關(guān)鍵方向。作者團(tuán)隊(duì)將 Resonon Pika IR+高光譜成像儀安裝在 DJI M600上（圖 1）。還在機(jī)身頂部安裝了額外的 GPS 天線桿，并安裝了一個(gè) GPS 定位器，用于將位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)?Pika 的 IMU。 圖 1. 搭載在 DJI M600 無人機(jī)上的 Resonon Pika IR+ 高光譜傳感器（左）；無人機(jī)在科羅拉多州梅薩維德附近的調(diào)查中飛行（右）。 為了測試超高分辨率 SWIR 成像在考古學(xué)中的可行性，作者團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)調(diào)查，以便確定 Resonon Pi...
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高緯度苔原和針葉林、中緯度闊葉林和草原、高山和 高原地區(qū)普遍存在季節(jié)性、晝夜性甚至持續(xù)數(shù)小時(shí)的凍融循環(huán)。北半球近55%的陸地面積經(jīng)歷季節(jié)性凍融，土壤凍融循環(huán)持續(xù)時(shí)間從幾天到150天不等。頻繁的凍融循環(huán)改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝，加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解，并以溫室氣體（如CO2、CH4和N2O）或溶解有機(jī)碳（DOC）的形式排放。這些過程已成為生態(tài)學(xué)、凍土學(xué)和生物地球化學(xué)研究的重點(diǎn)。凍融循環(huán)對地表土壤CO2和CH4通量的影響備受關(guān)注。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，積雪對冬季土壤呼吸的影響是短暫的，厚度變化對CO2通量影響小。了解活動(dòng)層過程對多年凍土區(qū)土壤CO2和CH4動(dòng)態(tài)的響應(yīng)和反饋至關(guān)重要。凍融循環(huán)頻率和持續(xù)時(shí)間對高寒地區(qū)土壤碳通量具有重要調(diào)控作用。不同生態(tài)系統(tǒng)在融化期具有較高的CO2和CH4通量，研究表明，在近地表土壤凍結(jié)期間CO2通量達(dá)到峰值，隨后顯著下降。春季融化期（20-30天）的甲烷通量占全年總量的11%。本研究在內(nèi)蒙古自治區(qū)大興安嶺生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測研究站（NFORS-DXAE）進(jìn)行。該地區(qū)具有典型的大陸性季風(fēng)半干旱氣候，多年平均氣溫為-4.4°C，年蒸發(fā)潛力800-1200毫米，年降水量450-550毫米，其中60%集中在7月和8月，降雪期為9月至次年5月，平均降雪厚度約30厘米。實(shí)驗(yàn)地塊位于海拔820米的北坡落葉松林，主要喬木為興安落葉松和白樺，平均胸高10 c...
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在2020年9月，由美國夏威夷的Pan-STARRS1望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆疑似地球的臨時(shí)衛(wèi)星，為地月系統(tǒng)帶來了一顆新的天體。起初，科學(xué)家們認(rèn)為它是一顆普通的阿波羅小行星，即軌道穿過地球的天體，并將其命名為2020SO。然而，模擬結(jié)果顯示，它將在10月變成一個(gè)繞地球公轉(zhuǎn)的小天體，成為一個(gè)迷你月球。隨后的觀察結(jié)果則讓天文學(xué)家更加困惑?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這顆神秘的天體每年圍繞太陽公轉(zhuǎn)一周，其軌道偏心率與地球的公轉(zhuǎn)軌道非常相似。天體在太空中的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，小天體容易受到大天體引力的擾動(dòng)，因此其運(yùn)動(dòng)規(guī)律也十分復(fù)雜。但是因?yàn)樗鼈兣c地球的相似性，反而顯得更加神秘。不僅如此，2020SO的運(yùn)行速度也比普通的小行星慢，這一點(diǎn)與其他小行星有顯著的不同。由于這些原因，科學(xué)家們開始重新思考2020SO的真實(shí)身份。2020 年 11 月至 2021 年 3 月 2020 SO 繞地球和太陽的軌道澳大利亞弗林德斯大學(xué)的太空考古學(xué)家Alice Gorman表示，通過它的運(yùn)行速度可以推斷出其初始速度，從而推斷出它的來源?，F(xiàn)有的速度太慢，這讓科學(xué)家們感到困惑。Gorman和她的同事還推測，2020SO可能是一塊從月球上掉下來的巖石。對于這樣的天體，速度慢一點(diǎn)是正常的。然而，實(shí)際觀測表明，2020SO比這類天體還要慢。在排除了其他可能性后，科學(xué)家們提出了一個(gè)最不可能但又唯一剩下的猜想：2020SO是一顆人造天體！根據(jù)其軌道的...
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沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)是一種位于海洋與陸地交界處的生物多樣性豐富的獨(dú)特生態(tài)環(huán)境。它不僅具有重要的生態(tài)功能，在碳儲(chǔ)存、環(huán)境凈化和防風(fēng)護(hù)堤方面發(fā)揮著重要作用，還對人類社會(huì)活動(dòng)有著極大的支持和調(diào)節(jié)作用。氨氣是大氣環(huán)境中含量豐富的堿性氣體，其在沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)中的作用不可忽視。但是，過量的氨氣輸入也給其帶來了一系列問題。沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)NH3源和匯研究背景介紹氨（NH3）是大氣中含量最多的堿性氣體。在氣溶膠形成中發(fā)揮重要作用，而氣溶膠會(huì)對人類健康產(chǎn)生不利影響，同時(shí)會(huì)降低能見度，改變地球輻射平衡，并通過大氣沉積促進(jìn)活性氮（Nr）的全球再分配。農(nóng)業(yè)集約化是NH3的主要人為來源，導(dǎo)致進(jìn)入生物圈的Nr增加一倍。NH3的其他來源包括工業(yè)過程、車輛排放及土壤和海洋的揮發(fā)。農(nóng)業(yè)和城市源通過大氣沉積過程直接或間接排放NH3，其會(huì)改變鹽沼的結(jié)構(gòu)和功能。此外，大氣沉積過程是NH3進(jìn)入沿海水域的主要途徑， NH3沉積到敏感的生態(tài)系統(tǒng)（如鹽沼）可導(dǎo)致土壤酸化、富營養(yǎng)化和生物多樣性喪失等一系列負(fù)面影響。研究方法研究人員于2018年6月21日至7月20日在圣瓊斯保護(hù)區(qū)利用Picarro SI2103氨氣分析儀進(jìn)行了NH3濃度連續(xù)和高時(shí)間分辨率測量，并計(jì)算NH3通量，結(jié)合其他測量指標(biāo)如：CO2、CH4、H2O、pH值、水位、電導(dǎo)率、鹽度、溶解氧、水中溶解無機(jī)氮等以加強(qiáng)對沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)NH3地氣交換過程的理解。結(jié) 論潮汐水位...
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棕色碳（BrC）是一類在近紫外和可見光區(qū)吸收光輻射的有機(jī)碳，不僅對大氣造成輻射強(qiáng)迫，更是對大氣光化學(xué)反應(yīng)速率有著重要作用。BrC不僅影響著大氣的輻射平衡和氣候變化，還直接關(guān)系到區(qū)域空氣質(zhì)量與公眾健康。本論深入探討了棕色碳發(fā)色團(tuán)的光學(xué)性質(zhì)與化學(xué)成分之間的密切關(guān)聯(lián)，為更準(zhǔn)確地評估其在環(huán)境系統(tǒng)中的行為和影響提供了科學(xué)依據(jù)。棕色碳發(fā)色團(tuán)光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)成分之間的聯(lián)系背景介紹棕色碳（BrC）是大氣有機(jī)氣溶膠的重要組分，在紫外到近紅外波段具有較強(qiáng)的吸光能力，對全球氣候變化和大氣化學(xué)過程具有重要影響。BrC結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類眾多、來源廣泛。大量研究表明生物質(zhì)燃燒、煤燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣、生物排放以及二次有機(jī)氣溶膠等是BrC的重要來源。芳香族揮發(fā)性有機(jī)化合物，如苯同系物和衍生物，也可能是BrC發(fā)色團(tuán)的重要前體。但是，不同源排放的BrC進(jìn)入大氣后，受到復(fù)雜的大氣化學(xué)過程，其光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生很大的變化。研究方法2018年冬季高污染期，在機(jī)動(dòng)車影響區(qū)和生物質(zhì)燃燒影響區(qū)來調(diào)查BrC發(fā)色團(tuán)的化學(xué)組分和光吸收性質(zhì)。利用Picarro SI2103氨氣分析儀測量NH3。將環(huán)境相對濕度、溫度、固相無機(jī)物和NH3作為輸入?yún)?shù)，利用ISORROPIA II 熱動(dòng)態(tài)模型計(jì)算氣溶膠液態(tài)水，進(jìn)而計(jì)算其含量。結(jié) 論對苯二甲酸、硝基苯酚和硝基兒茶酚是BrC的主要組成物質(zhì)，占識別的發(fā)色團(tuán)濃度的50%以上。硝基苯酚和硝基兒茶酚對30...
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摘要土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）在全球碳循環(huán)中起著非常重要的作用，而高光譜遙感已被證明是一種快速估算SOM含量的有前景方法。然而，由于忽略了土壤物理性質(zhì)的光譜響應(yīng)，SOM預(yù)測模型的準(zhǔn)確性和時(shí)空可遷移性較差。本研究旨在通過減少土壤物理性質(zhì)對光譜的耦合作用來提高SOM預(yù)測模型的時(shí)空可遷移性。基于衛(wèi)星高光譜圖像和土壤物理變量，包括土壤濕度（SM）、土壤表面粗糙度（均方根高度，RMSH）和土壤容重（SBW），建立了基于信息解混方法的土壤光譜校正模型。選取中國東北的兩個(gè)重要糧食產(chǎn)區(qū)作為研究區(qū)域，以驗(yàn)證光譜校正模型和SOM含量預(yù)測模型的性能和可遷移性。結(jié)果表明，基于四階多項(xiàng)式和XG-Boost算法的土壤光譜校正具有優(yōu)異的準(zhǔn)確性和泛化能力，幾乎所有波段的殘余預(yù)測偏差（RPD）均超過1.4?；赬G-Boost校正光譜的SOM預(yù)測精度最 高，決定系數(shù)（R2）為0.76，均方根誤差（RMSE）為5.74 g/kg，RPD為1.68。遷移后模型的預(yù)測精度、R2值、RMSE和RPD分別為0.72、6.71 g/kg和1.53。與模型直接遷移預(yù)測相比，采用基于四階多項(xiàng)式和XG-Boost的土壤光譜校正模型，SOM預(yù)測結(jié)果的RMSE分別降低了57.90%和60.27%。 這種性能比較凸顯了在區(qū)域尺度 SOM 預(yù)測中考慮土壤物理特性的優(yōu)勢。Figure 1. Framework of the proposed SOM...
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北京，這座擁有千年歷史的城市，見證了無數(shù)歷史的變遷和現(xiàn)代文明的飛躍。然而，隨之而來的是空氣質(zhì)量問題，尤其是由機(jī)動(dòng)車尾氣排放引發(fā)的大氣污染。據(jù)相關(guān)研究顯示，機(jī)動(dòng)車尾氣中含有大量的有害物質(zhì)，包括一氧化碳、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)化合物以及細(xì)顆粒物等，這些污染物不僅對人體健康構(gòu)成威脅，還會(huì)導(dǎo)致城市霧霾的形成，影響城市的視覺美感和居民的生活質(zhì)量。在眾多污染物中，氨氣作為一種典型的堿性氣體，其來源多樣，包括農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)、生活垃圾處理等。在北京市城區(qū)車輛排放是否是氨氣的主要來源？據(jù)此，來自中國科學(xué)院大氣物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了相關(guān)研究。北京城區(qū)NH3排放源-機(jī)動(dòng)車尾氣背景介紹氨氣是大氣中重要的堿性氣體，在中和酸性氣體，形成二次氣溶膠方面發(fā)揮著重要作用。NH3在大氣中滯留時(shí)間短，因此NH3濃度日變化顯著。一般特征為在早上大約07:00~10:00，NH3濃度到達(dá)峰值。然而以前的研究局限于單一季節(jié)，無法闡明該現(xiàn)象對于所有季節(jié)是否是普遍特征。且尚不清楚車輛排放是否是城市NH3主要源。研究方法來自中國科學(xué)院大氣物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)利用Picarro G2103氨氣分析儀在中科院大氣物理所一棟建筑物屋頂進(jìn)行了NH3濃度年在線觀測并通過離線方式在冬天以小時(shí)尺度測量了NH4+及δ15N。旨在表征NH3日動(dòng)態(tài)變化并識別NH3的城市源。結(jié) 論北京市城區(qū)早晨NH3峰值的發(fā)生是一種普遍特征，平均發(fā)生頻率為73....
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菱透浮萍綠錦池，夏鶯千囀弄薔薇透過浮萍，詩人的眼里看到的是其和水中菱葉相映成趣的景象，是夏日池塘的勃勃生機(jī)。而在科研學(xué)者的眼中，看到的是天南星目浮萍科的水生植物，是潛藏在水稻種植中的雙刃劍。營養(yǎng)物質(zhì)的爭奪?自然光照的遮擋?生存空間的占據(jù)?在一片生機(jī)之下，浮萍和水稻之間塑造著另一番景象..由于氣候變暖/或灌溉水富營養(yǎng)化的影響，稻田中的浮萍（DGP）大幅增加。本研究考慮到生態(tài)因素、光合能力、光譜變化和植物生長等因素，對三個(gè)代表性水稻品種進(jìn)行了田間試驗(yàn)，以確定DGP對水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，DGP顯著降低pH值0.6，日水溫降低0.6℃，水稻抽穗期提前1.6天，并平均增加了葉片的SPAD和光合速率分別為10.8%和14.4%。DGP還顯著提高了RARSc、MTCI、GCI、NDVI705、CI、CIrededge、mND705、SR705、GM等多種植被指數(shù)的數(shù)值，并且水稻冠層反射光譜的一階導(dǎo)數(shù)曲線在DGP處理后呈現(xiàn)出“紅移”現(xiàn)象。上述因素的改變可導(dǎo)致株高平均增加4.7%，干物質(zhì)重量平均增加15.0%，每平方米穗數(shù)平均增加10.6%，千粒重平均增加2.3%，最終籽粒產(chǎn)量增加10.2%。 DGP誘導(dǎo)的籽粒增產(chǎn)可以通過降低稻田水的pH值和溫度來實(shí)現(xiàn)，從而提高SPAD值和葉片的光合作用，刺激水稻植株生長。這些成果可以通過水稻和浮萍之間的生物協(xié)同作用，為未來農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供有價(jià)值的理...
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