【摘 要】
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树干液流是土壤-植物-大气连续水循环系统（SPAC）中的重要环节,控制了林木树冠的蒸腾量,常作为研究树木水分消耗特征和树木水分传输机理的重要指标。目前,液流的监测方法和预测模型尚不完善,因此本文首先设计开发了一款单探针式液流监测仪,其次探究了液流的影响因子,并提出了一种CNN和GRU结合的液流预测模型。本文研究工作如下:1)设计了一款单探针式的热脉冲树干液流监测仪,实现液流的监测及相关数据的本地存
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树干液流是土壤-植物-大气连续水循环系统（SPAC）中的重要环节,控制了林木树冠的蒸腾量,常作为研究树木水分消耗特征和树木水分传输机理的重要指标。目前,液流的监测方法和预测模型尚不完善,因此本文首先设计开发了一款单探针式液流监测仪,其次探究了液流的影响因子,并提出了一种CNN和GRU结合的液流预测模型。本文研究工作如下:1)设计了一款单探针式的热脉冲树干液流监测仪,实现液流的监测及相关数据的本地存储和远程传输。通过对单株银杏树和无患子树的监测,与基于热比率方法的仪器相比,监测结果的R~2分别为0.984和0.947,RMSE分别为2.85和6.29。本文所设计的仪器仅需使用单针,相比现有的监测设备,具有操作简单,性能稳定,功耗低,携带方便等优点。2)本文对树干液流的日变化规律进行分析,并通过图像法和Pearson相关系数法对树干液流的影响因子进行分析。液流的日变化呈现一定规律性,并且液流速率的日峰值在晴天明显高于雨天。银杏和无患子的树干液流与气温（air Temperature,Ta）、饱和水汽压差（Vapor Pressure Deficit,VPD）和土壤温度（Soil Temperature,ST）呈强正相关,与空气相对湿度（Relative air Humidity,RH）呈强负相关,与风速（Wind Speed,WS）和土壤含水量（Soil Water Content,SWC）呈弱相关。3)本文提出一种CNN-GRU（CGRU）混合模型。在实验中,经过对树干液流和环境因子的相关性分析,并剔除相关性较弱的环境因子,运用CGRU网络对液流进行预测。模型的性能在公开数据集SAPFLUXNET和自测数据集上得到了验证,分别为16和18个历史环境因子个数（Number of Historical Environmental Factors,NHEF）时,CGRU模型在两个数据集上的MSE、MAPE和R~2分别达到0.00231、22.319%和0.948以及0.00222、59.221%和0.952。
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