气候变暖对陕西中北部冬小麦返青前热量资源的影响

利用1961-2018年陕西中北部50个气象站温度数据和1997-2017年13个农业气象观测站的冬小麦生育期资料,采用线性趋势分析、M-K检验和GIS技术等方法,分析陕西中北部冬小麦关键发育期与界限温度的相关性,分区研究气候变暖背景下该区冬小麦返青前热量资源时空变化特征及其对冬小麦的潜在影响.结果 表明:(1)陕西中...     

基于MOD16产品的陕西关中地区干旱时空分布特征

基于MOD16产品,利用作物缺水指数法,结合气象站点观测资料及MOD17植被指数信息,分析了2000—2013年陕西关中地区干旱的时空分布特征。结果表明:基于MOD16产品的作物缺水指数的计算结果与站点土壤相对湿度的变化规律一致,并且两者的相关系数通过了P0.001的显著性检验,说明MOD16数据可以用于关中地区干旱的时空变化分析;作物缺水指数的空间分布不均匀,在关中地区的东部和北部值较高,较为干旱,特别是在关中东北部和西安市周边干旱特别严重,作物缺水指数多年平均值在0.795~0.832,达到重旱等级,并且区域内干旱程度呈显著上升趋势;作物缺水指数有明显的年内变化波动,在3—6月及10—11月值最高,作物缺水指数达0.7左右,其中3—6月是重旱和特旱集中发生的时期,而10—11月以轻旱和中旱为主;2000—2013年作物缺水指数在2003年出现最低值(0.65左右),后逐年升高,在2013年达最高值(0.8左右);2000—2013年轻旱面积呈减小的趋势,中、特旱呈增加趋势;作物缺水指数与温度、降水及植被的关系密切,高温少雨时,作物缺水指数偏高,干旱容易发生,同时归一化植被指数较低。     

榆林地区近43a玉米气候资源变化特征分析

基于榆林地区8个气象站1970—2012年日平均气温、≥10℃初日和≥14℃终日气象资料,计算80%保证率下≥10℃初日、≥14℃终日、全生育天数及≥10℃积温,采用线性趋势分析、累积距平、t检验和基于Surfer的空间插值等方法对榆林地区近43 a春玉米气候资源时空变化特征进行分析。结果表明:近43 a榆林≥10℃初日以~(-1).9 d·10a~(-1)倾向率呈显著提前趋势,1992年发生突变性提前,≥14℃终日有推后趋势,1981年发生突变性推迟。春玉米生育期天数和≥10℃积温分别以2.1 d·10a~(-1)和83.12℃·10a~(-1)的倾向率呈显著增加趋势,分别于1986年和1995年发生突变性增加。突变前后各要素变化量区域差异明显,≥10℃初日提前幅度和≥14℃终日推后幅度均呈由西北向东南递减分布特征;生育期天数及≥10℃积温增幅呈现西多东少的特点。80%保证率下≥10℃初日呈逐渐提前的年代际变化特征,2001—2012年80%保证率下≥10℃初日较20世纪70年代提前3~9 d,玉米适宜播种期为4月23日至26日。80%保证率下的≥14℃终日20世纪80年代出现最晚,较其它年代推后3~14 d。近43a间80%保证率下春玉米全生育期天数榆林西北部增加6~16 d,东南部增加3~4 d。近12 a来80%保证率下春玉米生育期≥10℃积温较70年代普遍增加200℃~483℃,使玉米熟制和布局发生变化,种植界限西移,范围扩大。     

基于遥感生态指数的陕西省东庄水库流域生态环境变化监测与评价

[目的] 对陕西省东庄水库流域生态环境开展实时准确的监测,为流域开发与保护、城镇经济发展提供数据和理论支撑。[方法] 选取2000,2010,2020年Landsat遥感影像,基于谷歌地球引擎(GEE)平台构建湿度、绿度、干度、热度4个指标,通过主成分分析法计算遥感生态指数,对东庄水库流域20 a间生态环境变化进行监测与评价,基于IDRISI软件的CA-Markov模型对2030年东庄水库流域生态环境情况进行模拟。[结果] ①20 a间东庄水库流域生态环境整体维持在一个水平,RSEI均值由0.499上升到0.500,生态环境状况略微有上升; ②从RSEI各等级变化来看,20 a间东庄水库流域生态环境状况较为复杂,生态环境的改善与恶化长期持续并存,渭北地区1999年以来实施的退耕还林政策对流域生态环境改善起到正向作用,且效用开始凸显。[结论] 东庄水库生态环境恶化的区域主要集中在城镇及其周边区域,改善的区域主要集中在林区和丘陵地区。今后仍需继续关注经济高速发展与生态环境治理二者间的平衡问题。     

基于长时间序列NDVI的陕西省耕地复种指数遥感监测分析

复种指数反映了耕地的利用强度，利用遥感方法提取耕地复种指数可为农业产业结构调整和粮食安全保障提供科学依据。采用SPOT/VGT NDVI时序数据（2001—2007年）和MOD13Q1 NDVI时序数据（2001—2011年）作为遥感数据源，利用HANTS滤波和SG滤波方法分别对两种数据源进行数据重构，进而提取出陕西省10个地(市)的耕地复种指数；根据提取结果，分析各地市复种指数的变化规律，进而对比两种方法在耕地复种指数提取过程中的效果。结果表明：两种方法均能较好地反映复种指数的变化趋势；SG滤波后提取结果普遍高于HANTS滤波后提取结果；2001—2011年，延安市和榆林市复种指数增长较快，西安市复种指数出现负增长；2007年之后，铜川、宝鸡、咸阳、渭南复种指数开始出现负增长。     

基于长时间序列NDVI的陕西省耕地复种指数遥感监测分析

复种指数反映了耕地的利用强度,利用遥感方法提取耕地复种指数可为农业产业结构调整和粮食安全保障提供科学依据。采用SPOT/VGT NDVI时序数据（2001—2007年）和MOD13Q1 NDVI时序数据（2001—2011年）作为遥感数据源,利用HANTS滤波和SG滤波方法分别对两种数据源进行数据重构,进而提取出陕西省10个地(市)的耕地复种指数;根据提取结果,分析各地市复种指数的变化规律,进而对比两种方法在耕地复种指数提取过程中的效果。结果表明：两种方法均能较好地反映复种指数的变化趋势;SG滤波后提取结果普遍高于HANTS滤波后提取结果;2001—2011年,延安市和榆林市复种指数增长较快,西安市复种指数出现负增长;2007年之后,铜川、宝鸡、咸阳、渭南复种指数开始出现负增长。     

基于S G滤波的陕西关中地区冬小麦生育期遥感识别和长势监测

采用SPOT VGT S10产品数据,通过S G滤波处理,重构NDVI时间序列,分析陕西关中地区冬小麦返青期和抽穗期在遥感影像上NDVI时序曲线变化特征,对冬小麦的返青期和抽穗期进行遥感识别。通过与站点观测的生育期数据比较,遥感识别的均方根误差大部分在±20d之内,返青期均方根误差（RMSE）为14.29d,抽穗期RMSE为9.16d,表明基于SPOT VGT数据对关中地区冬小麦返青期和抽穗期进行遥感识别是可行的。采用差值模型基于环境减灾小卫星（HJ星）数据进行渭南市2012年冬小麦抽穗期长势监测研究,结果显示大部分地区2012年冬小麦长势稍好于2011年,经与实地调查资料比较,监测结果与实际情况基本一致。采用HJ星数据进行冬小麦长势监测,结果纹理清晰,且以同源数据提取的冬小麦种植面积作为掩膜剔除非麦区域,降低了重采样带来的误差,用其进行长势监测研究具有明显优势。     

基于GIS的咸阳石榴种植气候适宜性精细化区划

研究咸阳石榴种植的气候适宜性,充分利用气候资源,找出咸阳石榴种植的适宜区域。利用咸阳12个国家气候观测站1988—2017年最新气象观测资料,采用GIS技术对咸阳石榴栽培进行气候适宜性精细化区划,以期为咸阳石榴生产及农业结构调整提供科学依据。通过分析影响生长和产量的主要气候因子,筛选出咸阳石榴从现蕾至果实成熟需≥10℃的有效积温、年生长期内需≥10℃的有效积温、年日照时数、9月日照时数、7—9月降水量、日平均气温18~21℃时的日较差、年极端最低气温和旬极端最低气温等8个气候适宜性精细化区划指标。评估发现石榴种植优质区占咸阳市面积的14.9%,主要分布在三原、泾阳大部、渭城区西北部、礼泉东部、乾县北部;适宜区占21.3%,分布在兴平市、秦都区、渭城区、礼泉县南部、乾县南部及武功北部台塬区;劣质区占16.6%;不适区占47.2%。咸阳旱腰带以南除武功外都是石榴种植适宜区,该区域光、热、水气候资源满足石榴优质生产所需的全部气象因子,可以大力发展石榴栽培。     

基于GIS的咸阳富士苹果优质生产气候区划

利用咸阳市12个气象站1981-2010年观测资料及全市68个区域自动站2008-2010年气温、降水数据统计分析了咸阳气候特点,通过与全国苹果气候区划气象因子对比,结合咸阳地区富士苹果实际生产调查结果,确定出富士苹果优质生产气候区划指标;利用GIS空间分析模块制作出咸阳富士苹果优质生产气候区划图,以期为咸阳富士苹果产业规划、发展提供科学依据。     

基于LightGBM的冬小麦产量估测与可解释性研究

机器学习模型在作物长势监测和产量估测过程中,复杂模型的内部机制难以理解,为了在准确估测作物产量的同时给出合理解释,本文选取条件植被温度指数(VTCI)以及冬小麦产量数据,基于轻量级梯度提升机(LightGBM)开展关中平原冬小麦的产量估测研究,并将局部可解释性模型无关方法(LIME)、部分依赖图(PDP)和个体条件期望图(ICE)等全局和局部可解释性方法用于对模型估测结果的进一步解释。结果表明,与其他机器学习方法相比,经过网格搜索优化的LightGBM能够准确地估测冬小麦产量,估测单产与实测单产的决定系数R²达到0.32,均方根误差(RMSE)为809.10 kg/hm²,平均相对误差(MRE)为16.55%,达到极显著水平(P<0.01),表明该模型有较高的预测精度和泛化能力。进一步可解释性实验表明,网格搜索优化的LightGBM能够准确提取数据蕴含的信息,从全局角度来看,冬小麦4个生育期中拔节期VTCI对产量形成最为重要,抽穗-灌浆期和乳熟期次之,返青期则影响最小,这与先验知识相符合;从局部角度来看,局部可解释性方法基于冬小麦产量西...