基于WOFOST模型的内蒙古河套灌区玉米低温冷害评价

利用内蒙古河套灌区玉米生长发育观测资料,结合已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化及适应性检验;利用研究区内12站1961-2010年逐日气象资料,分区作物参数,模拟玉米生长发育过程,确定抽雄期延迟日数、灌浆指数为玉米低温冷害指标,贮存器官干物重波动百分率为减产情况评价指标,对历史低温冷害年及减产情况进行分析。结果表明：本地化的WOFOST模型在内蒙古河套灌区的应用效果较好,可以用于该地区玉米生长的模拟;WOFOST模型能够较好地模拟玉米发育程度对低温冷害的响应,以抽雄期延迟日数和灌浆指数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合实际情况,1961-2010年研究区12个站点共发生不同程度低温冷害260站次,其中重度冷害占37.3%,轻中度占62.7%,在发生严重冷害的年份中,84.7%的年份表现为减产的趋势。本文结论与传统方法相比,玉米低温冷害评价的生物学意义更加明确,本地化的WOFOST模型可以在河套灌区玉米低温冷害监测、评估等业务中应用。     

作物模型应用与遥感信息集成技术研究进展

作物模型和遥感技术以各自独有的优势在作物生产监测、评估及未来预测等方面发挥着关键作用。作物模型与遥感信息集成技术在大尺度、高精准的农业生产监测、评估与预测上具有明显的应用优势和广阔的发展前景。为了促进这些技术在区域尺度上的作物产量预测、农业气象灾害影响评估及农业应对气候变化决策等方面更加广泛地应用,本文采用文献综述的方法,系统归纳了欧洲、美国、澳大利亚及中国作物模型的发展与应用,总结了当前主流的数据集成方法的原理、特点和不足,概述了作物模型与遥感信息集成技术的实际应用,探讨了提升数据集成精度存在的问题,并对未来研究方向进行展望。结果表明,国内外对于作物模型及其与遥感数据集成的研究与应用广泛而深入,利用同化方法能够有效提高作物模型模拟精度,为作物模型实现区域尺度作物生长及产量评估、气候变化对产量影响、农田管理决策等提供技术支撑。作物模型模拟结果及遥感反演数据的不确定性、数据同化策略的多样性以及尺度效应是进一步提高集成系统精度与效率的限制因素。因此,遥感数据多源融合、同化过程多变量协同、作物模型多类型耦合以及数据高性能并行计算是未来作物模型与遥感数据集成研究的发展趋势。     

国家级农情遥感监测系统的开发、运行与关键技术研究

20世纪80年代,遥感在农业上的应用重点是遥感估产,90年代转向农情遥感监测与精准农业管理.本文介绍国家级农情遥感监测系统的研究、开发与应用,以及应进一步研究的关键技术问题,特别是数据处理、抽样方法、作物识别,长势诊断,灾害评估,产量估计的模型研究.     

高光谱技术在农业遥感中的应用研究进展

高光谱技术的研究与应用是农业遥感领域重要前沿课题之一.该文回顾了高光谱技术在国内外农业遥感中的应用研究进展,概括和总结了作物叶片光谱特征、作物分类与识别、作物生态物理参数反演与提取、作物养分诊断与监测、作物长势监测与产量预测、农业遥感信息模型以及农业灾害监测7个主要研究方面.在此基础上,笔者指出了高光谱技术在农业遥感中尚需解决的关键问题,并提出了可能的解决途径.最后对高光谱技术在农业遥感中的应用前景作出了总结和展望.     

中国作物生长模拟监测系统构建及应用

该文系统阐述了中国作物生长模拟监测系统（Crop Growth Simulating and Monitoring System in China, CGMS-China）的构建方法及其在国家级农业气象业务中的应用。CGMS-China是基于WOFOST、Oryza2000、WheatSM、ChinaAgroys 4个作物模型构建的系统,在作物长势监测评估、农业气象灾害影响评估、作物产量预报等农业气象业务中均有应用。该系统可进行作物长势监测、产量预报、农业气象灾害影响评估。利用CGMS-China模拟输出的地上生物量、叶面积指数、穗质量,建立作物长势评估指标,可对小麦、玉米、水稻进行实时长势监测与评估。通过CGMS-China对2014年8月中旬华北黄淮夏玉米的干旱产量损失评估和2016年6月22日早稻高温热害的产量损失预估表明,CGMS-China对农业气象灾害影响评估的效果较好。利用CGMS-China对2014年冬小麦主产省进行产量预报,各省的平均预报相对误差为7%。与此同时,在CGMS-China中利用遥感数据同化方法,对山西洪洞县进行产量预报,预报相对误差小于11%。该系统在国家级农业气象业务中具有良好的应用前景。     

甘肃省冬小麦水分盈亏指数的改进及其应用

冬小麦是甘肃省主要粮食作物,水分是限制该省旱作冬小麦生产最主要的因素,降水时空分布不均造成冬小麦干旱常年发生,因此准确监测甘肃省冬小麦干旱及定量评估灾害损失可为决策部门制定农业防灾减灾措施及保障区域粮食安全提供科学依据。利用甘肃省1981—2014年3个农业气象观测站土壤水分和冬小麦生育状况观测资料,38个冬小麦种植县气象资料、产量资料及干旱灾情资料,考虑冬小麦休闲期土壤储水及生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,修订后作物水分盈亏指数与土壤储水、冬小麦产量要素和产量损失相关性较高,能客观、准确、定量地反映干旱对甘肃冬小麦产量的影响;利用水分盈亏指数分别建立冬小麦产量要素和产量损失评估模型。结果表明:产量要素评估模型均通过0.01水平显著性检验,产量损失评估模型大部分通过0.05水平显著性检验。产量要素评估模型回代结果与冬小麦产量要素实测值间均通过0.01水平的F检验;产量损失评估模型验证结果表明,68.4%种植县通过0.05水平F检验,基本能准确评估全省大部分地方干旱对冬小麦产量造成的损失。修订后作物水分盈亏指数能客观反映甘肃省冬小麦干旱,建立的评估模型能准确评估干旱对冬小麦造成的损失,具有一定的应用价值。     

遥感数据和作物模型集成方法与应用前景

为了促进遥感数据和作物模型集成这一新方法在农业领域中更广泛的应用,在分析遥感数据和作物模型农业应用中各自优缺点的基础上,阐明二者结合的必要性,并介绍了遥感数据和作物模型的3种集成方式.回顾了遥感数据和作物模型同化的研究进展,并重点分析了遥感数据和作物模型结合在农作物产量预测、品质遥感预报、精准施肥管理决策、精准灌溉决策等领域的应用潜力,最后指出了当前遥感数据和作物模型结合中存在遥感定量化、参数集和驱动数据的获取、最优化算法选择和改进、作物模型的完善和订正等问题,有望随着遥感数据源的丰富、定量遥感和作物模型的发展、以及同化理论的进一步完善得到解决.     

基于MODIS反演逐日LAI及SIMRIW模型的冷害对水稻单产的影响研究

该文旨在将遥感技术与水稻作物模型SIMRIW相结合,以黑龙江省五常市为例,研究冷害对水稻单产的影响。通过在水稻移栽期至成熟期选取的系列MODIS图像计算NDVI,进而反演水稻全生育期逐日LAI,结合SIMRIW模型计算水稻单产。计算结果表明2006年五常市水稻单产值为5411.74 kg/hm^2,为实际值的83%;而在4种用于LAI反演的统计模型中,抛物线模型精度最好;整体拟合法在逐日LAI计算中要优于分段拟合法。这说明应用MODIS能够准确反演并拟合逐日LAI,它可为冷害影响水稻单产的评价研究提供参考。     

宁夏南部山区小麦干旱监测与灾损评估模型研究

研究计算了宁夏回族自治区南部山区 1961～ 2 0 0 0年参考作物蒸散量 ,并利用FAO提供的山区小麦Kc值和历年小麦生育期资料模拟历年逐旬小麦需水量。通过土壤水分平衡方程各分量的订正 ,求算出历年小麦生长期间实际耗水量和水分满足率 ,运用包络产量和作物水分生产函数建立了小麦单产干旱监测与灾损评估模型 ,应用效果良好 ,可满足监测与灾损评估需要     

作物模型资源构造平台(CMRCP)的构建研究

为有效促进作物系统数字化研究的深入发展,将集成制造的工业化思想引入作物模型领域,提出了作物模型资源(CMR)及作物模型资源构造平台(CMRCP)的概念.在提炼作物生长通用概念模型的基础上,将作物模型资源分解为通用模型结构、模型算法表示和模型资源映射三部分;并通过模型概念与/或树、模型算法与/或图与模型实现形态相结合,提出了综合性模型资源表示方法.另外,借鉴自适应软件开发方法,基于组件框架、组件组装、模型解析等技术,提出了平台构造原理,表明模型构建任务应该由作物元模型、建模学习机制、模型构造引擎和建模支撑工具共同协作完成.结果表明,构建具有学习能力、自适应和组件化特征的作物模型资源构造平台,可促进作物建模知识资源和软件开发资源的相互转化,并可积累易于共享与复用的作物模型资源库,降低作物模型构建与开发难度,提高农业模型软件开发效率和质量,为作物智能建模提供构建平台.     

基于3S技术的干旱灾害评估研究进展

干旱灾害是制约我国社会经济发展及生态环境保护的重要因素之一,对旱灾造成的损失进行评估和计量可以为科学减灾、防灾及救灾工作提供必要的支持。本文概述了干旱灾害损失的复杂性以及利用 3S技术进行监测、建立损失评估模型和进行情景分析等方面的相关研究,并提出今后干旱灾害损失模型的建立应向着定量化、程序化、实用化的方向发展,以期为防灾、减灾规划及政策的制定提供科学依据。     

黄河故道砀山酥梨花期低温冷害风险的评估方法初探

低温冷害为砀山酥梨花期的主要气象灾害之一,其风险评估具有重要意义。运用数理统计方法研究分析1983-2006年砀山酥梨物候资料和同期气象资料,从酥梨始花期和整个花期的日最低气温的概率分布入手,建立了酥梨花期低温冷害风险评估模型。结果表明：（1）砀山酥梨花期内遭受某一级别的低温冷害的风险,可由始花期出现的概率与花期内逐日出现某一级别低温冷害的概率之和的乘积来表示,一般是酥梨始花期越早、花期历时越长,遇到某一级别低温冷害的风险越大。所得风险评估方程,可用于风险评估。（2）砀山酥梨开花始期具有正态分布特征,即始花期早和迟的出现频率较小,处于历年始花期均值附近的频率较大。（3）砀山酥梨花期遭受低温冷害的指标可分为花期内出现日最低气温≤7℃、≤5℃、≤3℃三个级别。（4）酥梨始花后到某一日遭受某一级别低温冷害的累积概率,除始花日出现≤3℃低温冷害的概率与始花期早晚呈线性关系外,其他日期的累计概率均与始花期的早晚呈指数关系。     

南方地区双季晚稻寒露风危害研究综述

寒露风是双季晚稻抽穗扬花期间，因低温造成抽穗扬花受阻、空壳率增加的一种灾害性天气。为了解寒露风研究现状、继承和完善寒露风研究成果并加以突破提供借鉴和参考，本文通过对有关寒露风文献的分析和梳理，总结了寒露风研究的主要成果。大气环流异常是引发大范围寒露风的根本原因，地形、地貌、海拔等因素能引起小范围寒露风。寒露风对晚稻的危害主要在抽穗开花期，其次是孕穗期。寒露风指标研究大多基于田间试验、气象要素模拟试验、生产实践以及历史数据、文献的分析，应用比较广泛的指标是“寒露风等级”和“水稻冷害评估技术规范”。寒露风预报以天气学方法较为常见、数理统计法不可或缺、神经网络等新方法的运用是一种趋势。在南方双季稻区，寒露风主要出现在9月中下旬或以后，在全球气候变暖背景下，寒露风初日呈推迟趋势、天数呈减少趋势，但存在连续多年提前和天数增加的案例。单点（站）观测、3S技术是寒露风监测常用的技术。合理安排晚稻播种期、选择耐低温品种、以水调温等多技术并举，对防御寒露风有较好效果。本文还针对寒露风研究存在的指标因子不全面、指标标准不统一、预测预报和监测评估精度达不到精细化服务的需求等主要问题，展望了未来研究的主要方向：深化寒露风多因子致灾机理及多气象要素指标研究，构建指标体系；利用大数据、人工智能等新技术，强化农业气象智能化精准预报技术研究；加强气象观测、卫星遥感及作物模型等相融合的精密监测评估技术研究；重视气候变化背景下的寒露风新规律研究；开展与气候变化及农业科技进步相适应的防灾减灾技术研究。     

多时相归一化植被指数NDVI的时空特征提取与作物长势模型设计

目前国内外对作物长势遥感监测研究主要集中在发展具体指标及其定量化,忽略了作物长势的时空特征。作物长势是一个时空变化的过程,同一时相的作物长势在空间地域上和同一空间地域的作物在不同时相上存在差异。因此,时空特征的提取是进行大尺度作物长势监测的基础。该文讨论多时相归一化植被指数NDVI时空特征提取并反映为相关的特征参数,并讨论了作物长势监测模型的建立     

冰雹对美国玉米带作物产量影响模拟

为了尝试计算机模拟方法能否成为制定作物保险保费的辅助性工具,该研究运用计算机模拟模型预测冰雹对作物产量的影响。通过对现有EPIC(综合气候因素的环境政策)模型增加冰雹天气模块,即冰雹事件发生概率的数学模型,模拟冰雹对作物产量的影响。除此之外,该研究还模拟了干旱和霜冻等天气因素对美国Iowa,Illinoi和Indiana等3个玉米带州作物产量的影响。首先介绍数据来源及处理方法,讨论建立冰雹模拟模型过程以及对模型进行有效性检验;然后运用统计分析方法对模型模拟结果与实际观察结果进行比较,检验模型模拟结果的准确性。结果表明EPIC模型可以达到95%甚至更高的产量预测的准确性;同时,冰雹灾害模拟结果也可以达到一个较为合理的准确性(R2>0.7)。这些结果表明本研究所建立的增加冰雹模块的EPIC模型可以作为一个较为可靠的冰雹引起的作物产量损失的预测方法.该模型可以用来模拟冰雹事件发生的概率以及其对各种作物产量造成的损失。     

基于自然灾害风险理论的东北地区玉米干旱、冷害风险评价

为了分析干旱、冷害灾害对农作物生长的综合影响,全面评价其综合风险,该文利用东北地区35个农业气象站1961-2010年气象资料、1981-2010年玉米发育期资料、1961-2010年产量面积资料、近50 a东北三省的灾情资料以及近10 a东北三省各县的社会经济统计资料,以玉米出苗—抽雄、抽雄—成熟2个生长阶段发生的干旱及冷害为研究对象,基于水分亏缺指数和热量指数分别建立了干旱指标和冷害指标,对东北地区玉米干旱、冷害进行风险分析。建立了包括危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力4个方面的东北地区玉米干旱、冷害风险评价模型,指出危险性和防灾减灾能力是风险评价模型中最重要的两个影响因子。研究结果为,东北地区玉米干旱、冷害高风险值区位于黑龙江西南部和东北部,以及辽宁西部建平县一带,风险指标值在0.8以上;吉林西北部、东南部、辽宁东北部为次高值区,风险指标值在0.6~0.7之间;低值区位于辽宁中南部及辽东半岛,风险值在0.3左右。研究结果可为东北地区防灾减灾工作提供客观依据。     

基于游程理论的农业干旱指数在辽宁省春玉米旱灾损失评估中的应用

为准确识别农业干旱事件,评估干旱对农作物产量的影响,本文以辽宁省为例,基于52个气象站1961—2015年逐日气象数据,计算了春玉米全生育期水分亏缺距平指数,利用游程理论构建了一种新的春玉米全生育期干旱指数,再结合历年产量损失率构建了区、县级尺度的干旱产量损失评估模型,并对不同干旱风险下春玉米产量损失进行了评估,以明确辽宁省春玉米干旱重点防范区域。研究结果表明,辽宁省春玉米干旱指数呈由西向东递减的经向分布特征,辽西地区更易发生严重的干旱事件,且春玉米产量稳定性也最差。春玉米主产区内, 80%以上的区、县春玉米产量损失率与干旱指数呈显著线性正相关,辽中部分区县和辽东大部两者相关性不显著。相同干旱指数下,辽西产量损失率最大,并以朝阳地区为最;辽南和辽北次之;辽东湾和中部部分平原地区总体较小;非水分限制区辽东的凤城市和东港市,降水偏少反而更有利于春玉米产量提高。辽宁省春玉米干旱重点防范区域主要分布在辽西的朝阳地区,以及千山山脉以西和以北的辽北、辽南地区,提高和稳定春玉米产量需增加耐旱品种种植、发展节水灌溉、提高水分利用效率;降水充沛或灌溉条件较好、产量稳定性较高的辽东大部和辽中部分区县,可通过提高种植和管理水平、加强其他气象灾害防御等增加春玉米产量。     

基于3S技术的区域性耕地资源变化影响评价模式研究

针对目前尚未形成国内外公认的耕地资源变化影响评价方法,该文提出基于耕地生产能力评价指标体系、耕地质量评价指标体系以及耕地自然等和利用等指标体系的3种区域性耕地资源评价指标体系,确定3种基于3S技术的耕地资源变化影响评价模式.与基于粮食单产划分耕地等级进行评价的传统方法,共同构成了区域性耕地资源变化影响评价的4种方案.还分析了4种评价方案的思想基础、特点及实用性的差异.并以东北地区为案例,利用耕地自然等和利用等指标体系方法,分析了1993～2003年东北耕地变化对粮食生产能力的影响.此外,提出作物种植结构以及作物品种变化对粮食生产能力影响评价的建议.为区域性耕地资源变化影响评价方法体系提供参考和借鉴.