基于遥感信息的水分胁迫条件下华北冬小麦生长模拟研究

论文题目: 基于遥感信息的水分胁迫条件下华北冬小麦生长模拟研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 气象学

作者: 张黎

导师: 王石立

关键词: 遥感,作物生长模拟模型,水分胁迫

文献来源: 中国气象科学研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 准确、动态、及时的农作物长势监测和产量预测对于指导和调控我国农业生产,保障粮食安全具有十分重要的意义。利用遥感技术与作物生长模拟模型相结合的方法进行区域估产既动态反映作物生长发育的内在机理过程,又融合卫星遥感宏观实时动态的监测信息,受到国内外研究人员的广泛关注。尤其在开展水分胁迫条件下作物模型的区域应用时,随着遥感技术的不断发展和成熟,遥感监测地表或作物冠层表面瞬时物理状况精度的日益提高,使得利用遥感信息来解决由于区域上某些土壤参数和变量的难以获得而导致大范围作物生长过程模拟不准确的问题成为可能。但是目前利用遥感反演的地表蒸散优化作物模型的研究还不多见,仅在田间尺度进行过探讨,尚未应用于区域上。针对上述研究现状,为更好地开展水分胁迫条件下大范围作物生长过程的模拟和产量预测,本研究主要探讨了利用MODIS数据反演的地表蒸散通过优化手段校准土壤水分平衡过程中的参数或变量初始值以提高作物模型区域模拟效果的方法和可行性。 国家自然科学基金项目“冬小麦遥感-动力估产模型研究”已实现了潜在生产水平下作物生长模拟模型与遥感信息的结合。本文在此基础上,对水分胁迫条件下WOFOST模型进行了适当改进和适应性调整;以调整后的WOFOST模型为主要研究工具,在田间尺度利用遥感信息,通过优化手段校准作物模型土壤水分平衡过程中的参数或变量初始值,以提高土壤水分平衡和作物生长过程的模拟效果;在气象要素空间插值及作物参数、土壤参数区域划分的基础上,采用上述方法探讨了结合遥感信息以实现区域尺度水分胁迫条件下冬小麦生长过程模拟的可行性和效果。主要研究结论有: (1) 依据前人研究成果和实际观测资料,从蒸散量的计算以及水分胁迫对作物生长的影响出发,在参考作物蒸散计算、作物系数、水分胁迫影响的滞后性以及水分胁迫对比叶面积的影响等方面进行了改进和尝试,并对模型的作物遗传参数和土壤参数进行了适应性调整。经验证表明,调整后的模型改进了土壤含水量、LAI及生物量的模拟效果,基本可用于我国华北代表站点水分胁迫条件下冬小麦

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 遥感信息与作物模型结合的研究概况

1.2.2 遥感信息应用于区域尺度水分胁迫条件下作物生长模拟的研究进展

1.2.2.1 利用遥感数据直接估算作物水分胁迫系数

1.2.2.2 利用遥感反演的作物或土壤水分信息校正作物模型

1.2.3 遥感反演地表蒸散的研究进展

1.3 研究目标与内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

第二章 数据、方法与模型

2.1 研究区域概况

2.2 研究数据及其处理

2.2.1 气象数据

2.2.2 作物数据

2.2.3 土壤数据

2.2.4 MODIS遥感数据

2.3 研究方法

2.4 研究模型简介

2.4.1 WOFOST模型

2.4.1.1 发育过程

2.4.1.2 光合作用

2.4.1.3 呼吸作用

2.4.1.4 干物质积累及分配

2.4.1.5 叶的生长及衰老

2.4.1.6 土壤水分平衡

2.4.1.7 水分胁迫对作物生长的影响

2.4.2 FSEOPT优化程序简介

2.4.2.1 拟合优度

2.4.2.2 优化步骤

2.4.3 SEBS模型简介

第三章 水分胁迫条件下WOFOST模型的适应性调整

3.1 WOFOST部分模拟过程的适当改进

3.2 参数的适应性调整

3.2.1 作物遗传参数

3.2.2 土壤参数

3.3 模拟结果检验

3.3.1 发育期模拟检验

3.3.2 土壤水分模拟检验

3.3.3 生长模拟检验

3.4 小结

第四章 田间尺度水分胁迫条件下遥感信息与作物模型的结合研究

4.1 待调整参数／变量初始值的选择

4.2 优化方法的可行性探讨

4.3 水分胁迫条件下遥感信息与作物模型的结合研究

4.3.1 利用遥感数据反演地表蒸散

4.3.2 遥感信息对初始土壤有效含水量和小麦抽穗期灌溉量的优化

4.4 小结

第五章 遥感信息应用于区域尺度水分胁迫条件下冬小麦生长模拟研究

5.1 驱动变量、参数及初始值的区域化

5.1.1 气象数据空间插值

5.1.2 作物遗传参数区域化

5.1.3 土壤参数区域化

5.1.4 作物模型初始值的区域化

5.2 遥感数据与作物模型数据的空间匹配

5.3 区域尺度遥感信息对水分胁迫条件下作物模型的优化研究

5.3.1 遥感信息对初始土壤有效含水量的优化

5.3.2 遥感信息对返青期生物量的优化

5.3.3 遥感信息对抽穗期灌溉量及土壤水分模拟的优化

5.3.4 引入遥感信息后冬小麦产量的模拟情况

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.1.1 水分胁迫下WOFOST模型的适当改进和参数的适应性调整取得较好结果

6.1.2 遥感信息与水分胁迫下作物模型结合的方法初步建立及验证

6.1.3 遥感信息应用于区域尺度水分胁迫下冬小麦生长过程模拟初步实现

6.2 存在问题和展望

致谢

参考文献

个人简介

发布时间: 2005-07-27

参考文献

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