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wofost模型与遥感数据同化的土壤速效养分反演

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遥感学报 2018年第4期22卷 546-558页

作者：蒙继华程志强王一明中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

土壤速效养分是作物生长的必要条件,合理控制土壤速效养分含量对粮食增产、农民增收以及环境保护都有重要意义。随着现代农业技术的发展,可以通过变量施肥将土壤速效养分含量控制在最佳状态,这也对土壤养分的获取精度提出了更高的要求... 详细信息

土壤速效养分是作物生长的必要条件,合理控制土壤速效养分含量对粮食增产、农民增收以及环境保护都有重要意义。随着现代农业技术的发展,可以通过变量施肥将土壤速效养分含量控制在最佳状态,这也对土壤养分的获取精度提出了更高的要求。当前的主要土壤速效养分遥感监测方法在监测精度、稳定性、成本控制和可推广性依然存在一定不足,甚至限制对变量施肥的指导作用。本文针对传统土壤速效养分估算方法的不足,提出了利用作物模型与时间序列遥感数据相结合实现耕层土壤速效养分反演的新思路,该思路以养分缺失引起的作物长势参数的变化为切入点,在数据同化算法设计和养分模块优化改造的基础上,利用作物长势参数遥感监测结果与模型模拟结果的差异设计了土壤速效养分反演算法,实现速效养分含量信息的有效获取。设计地面观测实验并利用地面观测数据对反演精度进行评价,结果表明该方法可以对土壤中的速效养分进行实时、高精度的稳定反演,3种主要的速效养分速效氮、有效磷和速效钾的R2分别达到了0.68、0.74和0.52,平均相对误差分别为7.45%、6.17%和9.97%。

关键词： wofost模型数据同化遥感反演土壤速效养分

wofost模型在内蒙古河套灌区模拟玉米生长全程的适应性

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生态学杂志 2016年第3期35卷 800-807页

作者：孙琳丽侯琼马玉平赵慧颖赵放张福超内蒙古通辽市气象局内蒙古通辽028000 内蒙古自治区气象科学研究所呼和浩特010051 中国气象科学研究院北京100081 黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030

在河套灌区引入成熟的作物模型并进行适应性验证,可为进一步开展玉米生长监测及估产提供依据和基础。本文利用河套灌区巴彦淖尔农业气象试验站2012年玉米观测数据,结合当地气象、土壤资料对荷兰瓦赫宁根大学开发的wofost模型进行参数校... 详细信息

在河套灌区引入成熟的作物模型并进行适应性验证,可为进一步开展玉米生长监测及估产提供依据和基础。本文利用河套灌区巴彦淖尔农业气象试验站2012年玉米观测数据,结合当地气象、土壤资料对荷兰瓦赫宁根大学开发的wofost模型进行参数校准,并利用2013年玉米观测数据和2001—2011年农业气象观测资料对模型的区域适用性进行验证,获得了玉米的基本作物参数,包括各发育阶段比叶面积、最大CO2同化率、单叶光能利用率等。结果表明:通过校准作物参数,wofost模型可以较好地模拟LAI扩展、生物量的动态积累过程,LAI、各器官生物量及最终产量的模拟值与实测值吻合较好;独立样本检验中,模型模拟LAI的绝对偏差平均值为0.75,叶生物量、茎生物量、贮存器官生物量、地上部总生物量、产量的归一化均方根误差分别为33%、26%、17%、18%和13%;模拟2001—2011年玉米产量的归一化均方根误差为7.5%。参数校准后的模型对LAI、各器官生物量、产量的模拟结果较为符合实际,wofost模型能够适用于河套地区玉米生产过程生理、生态因子诊断、评估等。

关键词： wofost模型河套灌区相对误差玉米生长全程参数校准适应性检验

wofost模型对东北春麦区春小麦生长和产量的模拟效果

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麦类作物学报 2015年第1期35卷 120-128页

作者：张铁楠许为政魏湜顾万荣贺丹芦玉双钱诚陈琦李晶东北农业大学农学院黑龙江哈尔滨150030 大庆市农业委员会黑龙江大庆163000 黑龙江省农业技术推广站黑龙江哈尔滨150030 黑龙江省农业科学院绥化分院黑龙江绥化152000

为了解wofost模型在东北春麦区的适用性,利用哈尔滨、绥化、嫩江、呼玛、牙克石等地春小麦生长监测点收集到的数据,对wofost模型进行了本地化参数校正,建立相应的模型运行数据库,并对各个监测点2010-2013年春小麦生长发育情况进行了模... 详细信息

为了解wofost模型在东北春麦区的适用性,利用哈尔滨、绥化、嫩江、呼玛、牙克石等地春小麦生长监测点收集到的数据,对wofost模型进行了本地化参数校正,建立相应的模型运行数据库,并对各个监测点2010-2013年春小麦生长发育情况进行了模拟分析。结果表明,运用校正过的wofost模型对各监测点春小麦各生育时期需要的天数、地上部鲜重、经济产量、干物质积累模拟的效果较好,R2分别为0.968、0.904-0.974、0.911-0.944、0.853-0.931,均在可信区间,说明经过校正的wofost模型在东北春麦区的生产中具有一定的适用性。

关键词： wofost模型东北地区春小麦参数调试模拟验证

wofost模型对江淮地区水稻生长发育模拟的适应性评价

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作物杂志 2024年

作者：伍露张皓杨霏云郭尔静斯林林曹凯程陈中国气象局气象干部培训学院上海市生态气象和卫星遥感中心浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所丽水学院生态学院

本研究通过收集2006-2012年江淮地区水稻生长发育和气象资料，对wofost模型进行调参验证，确定了关键发育阶段内所需积温、比叶面积、分配系数和枯萎速率等作物参数，并评价了模型在江淮地区的适应性。结果表明，wofost模型可以较好地... 详细信息

本研究通过收集2006-2012年江淮地区水稻生长发育和气象资料，对wofost模型进行调参验证，确定了关键发育阶段内所需积温、比叶面积、分配系数和枯萎速率等作物参数，并评价了模型在江淮地区的适应性。结果表明，wofost模型可以较好地模拟江淮地区水稻生长发育动态变化过程，开花期、成熟期、LAI、叶干物质重量、茎干物质重量、穗干物质重量、地上干物质重量和产量实测值与模拟值的RMSE分别为1.73～4.66 d、1.94～4.42 d、0.39～2.51、（0.43～0.86）×103kg/hm2、（0.86～1.52）×103kg/hm2、（0.52～1.21）×103kg/hm2、（1.38～1.96）×103kg/hm2和（0.45～1.33）×103kg/hm2；NRMSE分别为0.75%～1.96%、0.74%～1.49%、8.74%～43.40%、14.94%～30.55%、18.16%～ 28.84%、9.44%～22.81%、11.33%～15.89%和5.49%～13.43%，其中合肥水稻发育期、叶、茎、穗和地上部干物质重量、镇江水稻LAI、荆州水稻产量模拟效果最优。水稻LAI、叶和茎干物质重量随移栽天数增加呈现先上升后下降的变化趋势，而穗和地上部干物质重量随移栽天数增加呈现逐渐上升的趋势。研究结果为利用wofost模型评估气候变暖对江淮地区水稻生产力的影响提供理论基础和数据支撑。

关键词： wofost模型江淮地区水稻生长发育适应性

wofost模型对山东省夏玉米发育期与产量模拟的适用性评价

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作物杂志 2019年第5期 159-165页

作者：董智强王萌萌李鸿怡薛晓萍潘志华侯英雨陈辰李楠李曼华山东省气候中心山东济南250031 德州市气象局山东德州253078 中国农业大学资源与环境学院北京100193 国家气象中心北京100081

夏玉米作为山东省最主要的粮食作物,其生长发育与产量变化,对保障地区乃至全国的粮食安全具有举足轻重的作用。不同生育期内气象要素的不同组合对夏玉米发育进程与产量形成等将产生重要影响。wofost作物模型机理性较强、定量水平高,且... 详细信息

夏玉米作为山东省最主要的粮食作物,其生长发育与产量变化,对保障地区乃至全国的粮食安全具有举足轻重的作用。不同生育期内气象要素的不同组合对夏玉米发育进程与产量形成等将产生重要影响。wofost作物模型机理性较强、定量水平高,且更为高效,能够为客观、定量、动态地评估气象要素对夏玉米生产的影响提供技术支撑。为提高作物模型模拟的准确性,将山东省分为鲁西北、鲁中、鲁西南、鲁东南与半岛5个调参区域,并结合山东省10个夏玉米观测站2012-2014年玉米主栽品种的生长发育数据,开展模型的调参验证与适用性评价。研究结果表明,wofost模型对山东省各观测站点所有年份出苗期的模拟误差均不超过4d,决定系数(R^2)在0.43~0.99,归一化均方根误差(nRMSE)为0.3%~1.9%;针对开花期和成熟期,各观测站点绝大多数年份模拟误差均不超过5d,大多数观测站点R^2分别在0.77~0.99与0.51~0.99,各观测站点n RMSE分别在0.4%~2.3%与0.7%~3.2%;绝大多数观测站点产量模拟R2在0.68~0.99,相对误差为0.8%~16.7%,绝大多数观测站点相对误差小于10%;nRMSE在1.2%~19.5%,均小于30%,大部分观测站点n RMSE小于10%。各评价指标均在可接受的范围内,wofost模型能够对山东省夏玉米发育期与产量进行较准确的模拟。

关键词： wofost模型适用性夏玉米发育期产量

基于MCMC方法的wofost模型参数标定与不确定性分析

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农业工程学报 2018年第16期34卷 113-119页

作者：黄健熙黄海马鸿元李颖侯英雨何亮朱德海中国农业大学土地科学与技术学院北京100083 农业部农业灾害遥感重点实验室北京100083 中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室郑州450003 河南省气象科学研究所郑州450003 中国气象局国家气象中心北京100081

为探究作物生长模型参数的自动标定技术及其不确定性分析方法,该研究以郑州农业气象试验站为试验点,利用融入了snooker更新(snooker update)的DE-MC(differential evolution Markov chain,差分进化马尔科夫链)方法实现对wofost(world fo... 详细信息

为探究作物生长模型参数的自动标定技术及其不确定性分析方法,该研究以郑州农业气象试验站为试验点,利用融入了snooker更新(snooker update)的DE-MC(differential evolution Markov chain,差分进化马尔科夫链)方法实现对wofost(world food studies)作物生长模型的参数标定和不确定性定量评价。snooker更新增加了DE-MC算法中候选样本的多样性,从而实现利用更少的并行链对多维参数空间进行有效采样,较适合于wofost模型参数众多的特性。结果表明:相比于模型默认值,采用MCMC(Markov chain Monte Carlo,马尔科夫链-蒙特卡洛)标定后的参数,叶面积指数(leaf area index,LAI)模拟精度可提高51.40%~53.07%,产量模拟精度提高8.25%~8.88%。标定参数中,SPAN、SLATB070、SLATB040、AMAXTB130和SLATB00的后验分布可近似为高斯分布,其中SPAN的不确定性最低。带入后验参数集合进行模型,LAI在三叶期至返青期之间以及拔节期至抽穗期之间模拟的不确定性较大;产量模拟的不确定性随时间不断增大,至乳熟期前后达到稳定。该方法能够实现对多参数复杂作物生长模型的参数标定和不确定性分析,对作物模型参数估计及提高模拟精度具有重要作用。

关键词：气象模型作物 MCMC方法 wofost模型参数标定不确定性分析

基于MODIS与wofost模型同化的区域冬小麦成熟期预测

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农业机械学报 2019年第9期50卷 186-193页

作者：黄健熙高欣然黄海马鸿元苏伟朱德海中国农业大学土地科学与技术学院北京100083 农业农村部农业灾害遥感重点实验室北京100083

针对遥感技术只能获取作物的表征信息、对作物内在机理过程变化描述较为困难的问题,引入作物生长模型与遥感数据同化进行作物成熟期预测研究。以叶面积指数(LAI)作为耦合变量,以MODIS LAI(MCD15A3H产品)作为遥感数据源,结合2017—2018... 详细信息

针对遥感技术只能获取作物的表征信息、对作物内在机理过程变化描述较为困难的问题,引入作物生长模型与遥感数据同化进行作物成熟期预测研究。以叶面积指数(LAI)作为耦合变量,以MODIS LAI(MCD15A3H产品)作为遥感数据源,结合2017—2018年实时气象数据以及气象预报数据,以2018年5月1日为预报时间节点,构建LAI归一化代价函数,采用复合形混合演化算法(Shuffled complex evolution University of Arizona, SCE UA)最小化代价函数,优化wofost作物模型的输入参数,用优化后的参数重新驱动wofost模型逐像元模拟冬小麦生长过程,得到研究区冬小麦成熟期的预测结果,并使用研究区内农业气象站点的观测数据进行验证。结果表明,冬小麦预测开花期、成熟期的均方根误差(RMSE)分别为2.10、2.48 d,预测精度较高。该方法能够为农作物的大区域成熟期预测提供重要理论基础。

关键词：冬小麦 wofost模型数据同化成熟期预测叶面积指数

wofost模型在冬小麦晚霜冻害评估中的应用

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自然灾害学报 2006年第S1期15卷 337-341页

作者：张雪芬余卫东王春乙白凌霞河南省气象科学研究所河南郑州450003 商丘市气象局河南商丘476000 中国气象科学研究院北京100081 孟津县气象局河南孟津471100

定量评估农作物遭受农业气象灾害后的产量损失,尤其是在作物整个生育期过程中遭受多种气象灾害时,定量评估其中单一气象灾害对农作物的影响。是当前农业气象灾害评估中急需解决的问题。在wofost作物模型基础上。利用商丘市1980-2005年... 详细信息

定量评估农作物遭受农业气象灾害后的产量损失,尤其是在作物整个生育期过程中遭受多种气象灾害时,定量评估其中单一气象灾害对农作物的影响。是当前农业气象灾害评估中急需解决的问题。在wofost作物模型基础上。利用商丘市1980-2005年的气象资料和冬小麦观测资料,对历史上发生的5年晚霜冻灾害进行了模拟分析,选取F_(WSO)和F_(WST)作为评估因子,定义了晚霜冻灾害损失综合指数,实现了灾害损失的定量化评估。与传统方法相比,该评估因子更具有生物学意义,评估结果更加精细。

关键词： wofost模型晚霜冻农业气象灾害损失评估

wofost模型在河南省夏玉米主产区的校准与验证

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河南农业科学 2014年第8期43卷 152-156页

作者：张素青张建涛李继蕊程永政李国强河南职业技术学院信息工程系河南郑州450046 河南省农业科学院农业经济与信息研究所河南郑州450002

为检验wofost模型在河南夏玉米主产区的适用性,通过大田试验数据,对wofost进行参数校准,并利用独立数据,对夏玉米叶面积指数、生物量、产量的模拟结果进行验证。结果表明,校准后的wofost对叶面积指数、生物量和产量的模拟效果较好。在... 详细信息

为检验wofost模型在河南夏玉米主产区的适用性,通过大田试验数据,对wofost进行参数校准,并利用独立数据,对夏玉米叶面积指数、生物量、产量的模拟结果进行验证。结果表明,校准后的wofost对叶面积指数、生物量和产量的模拟效果较好。在整个生育期内,叶面积指数模拟值与观测值的归一化均方根误差(NRMSE)为20.7%,茎、叶、籽粒各器官干物质量及地上部生物量模拟值与观测值的NRMSE分别为10.6%、18.3%、21.3%、17.7%,夏玉米收获产量模拟值与观测值的NRMSE为6.1%。校准后的wofost可较准确地模拟夏玉米生长动态及生物量积累动态,适用于河南夏玉米主产区夏玉米生长模拟和产量预测。

关键词：夏玉米 wofost模型校准验证河南省