基于WOFOST作物模型與葉面積指數(shù)同化的冬小麥遙感估產(chǎn)研究.pdf

1、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障國(guó)家糧食安全具有非常重要的意義。衛(wèi)星遙感觀測(cè)和作物生長(zhǎng)模型是近年來(lái)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)應(yīng)用較為廣泛的重要技術(shù)。但是，遙感信息尚不能真正揭示作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況、產(chǎn)量形成的內(nèi)在機(jī)理及其環(huán)境氣象條件對(duì)其的影響；作物生長(zhǎng)模型從單點(diǎn)研究發(fā)展到區(qū)域應(yīng)用時(shí)宏觀資料的獲取和參數(shù)的區(qū)域化方面存在較多困難，二者各自的優(yōu)勢(shì)和不足引發(fā)了研究人員對(duì)遙感信息與作物生長(zhǎng)模型耦合技術(shù)的高度關(guān)注。篩選和優(yōu)化模型

2、參數(shù)是基于遙感與作物模型同化的區(qū)域作物估產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本文選取河北省藁城市冬小麥作為研究對(duì)象，采集多個(gè)關(guān)鍵生育期的生理生化數(shù)據(jù)、農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等，并獲取準(zhǔn)同步的環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星HJ-CCD影像數(shù)據(jù)，采用植被指數(shù)反演冬小麥葉面積指數(shù)（LAI），基于擴(kuò)展傅里葉振幅靈敏度檢驗(yàn)法(EFAST)對(duì)作物生長(zhǎng)模型（WOFOST）的參數(shù)進(jìn)行全局敏感性分析，篩選敏感性參數(shù)，調(diào)整WOFOST模型的核心參數(shù)，利用查找表優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)遙感信息與

3、WOFOST模型的同化，并定量預(yù)測(cè)區(qū)域冬小麥單產(chǎn)水平。論文的研究工作及主要結(jié)論如下：
　　(1)本文選取7種表征冬小麥群體特性能力較強(qiáng)的植被指數(shù)，分別與實(shí)測(cè)LAI值建立線性回歸反演模型，結(jié)果表明：增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）所建立的模型精度最高(開(kāi)花期R2=0.964，灌漿期R2=0.920),預(yù)測(cè)能力最強(qiáng)(開(kāi)花期R2=0.901，灌漿期R2=0.991)。因此，選取EVI作為遙感反演LAI的優(yōu)選植被指數(shù)。
　　(2)本文采用E

4、FAST方法對(duì)WOFOST作物生長(zhǎng)模型中的26個(gè)初始參數(shù)進(jìn)行全局敏感性分析，構(gòu)建敏感性指數(shù)評(píng)價(jià)各個(gè)參數(shù)對(duì)冬小麥產(chǎn)量形成的影響程度，將敏感性指數(shù)大于0.10的參數(shù)確定為敏感因子，最終篩選出6個(gè)待優(yōu)化參數(shù)，即出苗到開(kāi)花期的有效積溫（TSUM1）、DVS=0.5時(shí)的比葉面積（SLATB1）、DVS=1.0時(shí)的比葉面積（SLATB2）、葉片衰老指數(shù)（SPAN）、20℃條件下的單葉光能初始利用效率（EFFTB3）和30℃條件下對(duì)最大2CO同化率的

5、影響系數(shù)（TMPF4）。對(duì)其他敏感性小的參數(shù)，由實(shí)測(cè)計(jì)算、查閱文獻(xiàn)獲得或者直接利用WOFOST模型默認(rèn)值，完成對(duì)WOFOST模型參數(shù)的調(diào)整。
　　(3)本文以遙感反演的LAI作為冬小麥長(zhǎng)勢(shì)表征參量，利用查找表優(yōu)化算法，構(gòu)建基于WOFOST模型和遙感LAI數(shù)據(jù)同化的區(qū)域尺度冬小麥單產(chǎn)預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)精度達(dá)0.941，RMSE=194.58kg/hm2。達(dá)到了同化的目的，找到了待優(yōu)化參數(shù)的最佳取值，最終完成了單產(chǎn)模擬。研究結(jié)果表明利用查