多元自适应回归样条算法模拟川中丘陵区参考作物蒸散量

参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration, ET_0)是作物精准灌溉管理与农业高效用水的核心参数。为提高川中丘陵区气象资料缺省下的ET_0预报精度,利用不同的气象因子组合,建立15种基于多元自适应回归样条算法(multivariate adaptive regression splines, MARS)的ET_0预报模型。选取11个代表性气象站点1961—2016年逐日气象资料进行分析,将其与其他ET_0预报模型进行对比,并利用可移植性分析评价MARS模型在川中丘陵区的适用性。结果表明:基于温度和风速项输入的MARS_5(输入大气顶层辐射、最高气温、最低气温、2m处风速)、MARS_9(输入最高气温、最低气温、2 m处风速)和MARS_(13)(输入最高气温、2 m处风速)模型,以及仅基于风速项输入的MARS_(15)模型都具有良好的模拟精度;大气顶层辐射和风速是决定机器学习模型地域性适应能力的关键;引入大气顶层辐射后,MARS_6(输入大气顶层辐射、最高气温、最低气温、相对湿度)、MARS_7(输入大气顶层辐射、最高气温、最低气温、日照时长)、MARS_8(输入大气顶层辐射、最高气温、最低气温)模型均优于相同气象因子依赖下的Irmak-Allen、Irmak、Hargreaves-M4模型;通过可移植性分析发现,在训练站点和测试站点的随机交叉组合下,MARS_5模型保持了较高的精度(纳什效率系数和决定系数均大于0.985),且输出较为稳定的模拟结果,均方根误差变化范围为0.121～0.193 mm/d,平均相对误差变化范围为2.7%～4.2%。因此,基于多元自适应回归样条算法的ET_0预报模型可作为川中丘陵区ET_0预报的推荐模型。     

基于DSSAT模型陕西杨凌不同降水年型冬小麦灌溉制度研究

基于DSSAT作物模型模拟了不同降水年型水分胁迫条件下的冬小麦生产潜力,对比分析不同生育期灌水对产量、WUE以及土壤蒸发量等的影响,从而确定关键灌水期;并在综合考虑产量、WUE、总灌水量、灌水次数等因素的基础上确定了不同降水年型下的最优灌溉制度。结果表明：(1) 冬小麦越冬水、返青水、拔节水、灌浆水四水中以返青水最为关键,其次为拔节水,最后为越冬水和灌浆水;当不灌返青水时,冬小麦产量和蒸腾量显著降低,土壤蒸发量显著升高;(2) 不同降水年型之间也存在显著差异,产量、WUE、作物蒸腾量等表现为丰水年略大于平水年,二者显著大于枯水年;而灌水边际效益表现为平水年＞枯水年＞丰水年;(3) 枯水年、平水年、丰水年的冬小麦最优灌溉制 度分别为枯水年返青期和拔节期各灌水75 mm和50 mm,平水年返青期灌水75 mm,丰水年返青期和拔节期各灌水25 mm。     

甘肃旱区马铃薯晚疫病始发期的预测研究

本研究利用2012—2013年甘肃省马铃薯主栽区的气象资料,结合甘肃马铃薯晚疫病发生的实情,筛选出显著影响晚疫病发生的相关气象因子,建立了甘肃干旱山区,二阴区和川塬区的马铃薯晚疫病始发期预报方程,但川塬区晚疫病始发期预报模型还需进一步的设计与优化。方程模拟结果:温度是二阴区内晚疫病始发的关键因素;降水量主要影响干旱山区马铃薯的晚疫病发生;在同一地区内,川塬区和二阴区晚疫病始发期早于干旱山区,这与干旱山区空气流动性相对强于川塬区和二阴区有关。通过对甘肃干旱山区,二阴区与川塬区马铃薯晚疫病始发期预报方程进行验证,得知预报方程对干旱山区和二阴区晚疫病始发期的预测准确率较高,预测始发期区间较小,误差小,在甘肃晚疫病预警和防治工作中具有较强的指导作用。     

中国西南五省参考作物蒸散量时空变化分析

为深入了解中国西南5省ET0演变规律,利用1954—2013年广西、重庆、云南、贵州、四川5个省市119个站点逐日地面气象资料,采用FAO-56推荐的Penman-Monteith公式计算各站点逐日ET0,并使用Mann-Kendall检验、Morlet小波分析和GIS反距离加权插值定量分析ET0时空变化特征。结果表明,1954—2013年西南5省ET0多年平均值为855 mm,波动范围为819~901 mm,年均ET0总体呈下降趋势(倾向率为-1.5 mm/10 a),在春、夏、秋、冬季也均呈下降趋势(倾向率分别为-0.4、-0.7、-0.3、-0.1 mm/10a),分别占全年的26.7%、46.7%、20%、6.6%;西南5省ET0多年平均值分别以26 a、12 a、5 a为第1、第2、第3周期进行“增大-减小”交替变化;1954—2013年,西南5省年均ET0空间分布总体表现为南部大于北部,云贵高原西部和广西地区明显大于四川盆地和云贵高原东部,四川盆地相对最小,川西高原南部和云贵高原东部地区相对最大;西南5省ET0在春、夏、秋、冬季空间分布较高值区分别为云贵高原西部、四川盆地和云贵高原东部、广西地区、云贵高原西部,较低值区分别为四川盆地、云贵高原西部、四川盆地和川西高原东北部、四川盆地和广西地区。     

未来气候变化对中国马铃薯种植气候适宜性的影响

【目的】马铃薯作为中国第四大主粮作物,其适宜性评价对保障国家粮食安全具有重要意义。本研究基于气候数据,构建集成物种分布模型预测中国未来时期马铃薯气候适宜区,为优化中国马铃薯种植提供重要科学参考。【方法】利用6种全球气候模式（global climate models,GCMs）未来气候数据驱动5种物种分布模型（species distribution models,SDMs）,集成模拟预测未来4种温室气体排放情景（ssp126、ssp245、ssp370、ssp585）下,中国历史上（1970—2000年）和4个未来时期（2021—2040、2041—2060、2061—2080、2081—2100年）的马铃薯气候适宜区时空分布特征。【结果】（1）最湿月份的降水量、最暖月份的最高温度,以及最冷季度的平均温度是影响中国马铃薯气候适宜度的主要气象因子,对模拟结果的贡献率分别为54.7%、21.4%和18.1%。（2）4种温室气体排放情景下对于各适宜等级区域的预测结果变化基本一致,都呈现适宜区、低适宜区面积变大而高适宜区面积变小的趋势,仅在海南、西藏、新疆等地局部存在种植气候不适宜区。马铃薯...     

水分亏缺对滴灌柑橘光合和产量及水分利用效率的影响

为揭示滴灌水分亏缺对柑橘叶片光合特性、产量与水分利用效率的调控效应,以7 a生"不知火"柑橘为试材,在果实膨大期(Ⅲ)、果实成熟期(Ⅳ)各设置4个亏水处理,即轻度亏水(LD)、中度亏水(MD1)、偏重度亏水(MD2)和重度亏水(SD)处理,并设置1个对照处理(CK),分析柑橘叶片光合特性、产量及水分利用效率对滴灌水分亏缺的响应规律。结果表明:与CK相比,Ⅲ-LD处理叶片气孔导度显著降低(P0.05),羧化速率、净光合速率均无显著差异(P0.05),Ⅳ-LD处理蒸腾速率显著降低(P0.05)且叶片瞬时水分利用效率提高36.61%(P0.05);与CK相比,Ⅲ期、Ⅳ期叶片气孔限制值随亏水度加剧增大;与CK相比,Ⅲ期、Ⅳ期各亏水处理的耗水量随亏水度加剧降低。Ⅲ-LD、Ⅳ-LD处理的产量与CK无显著差异(P0.05),但水分利用效率提高13%、9.5%,WUEI提高11%和6.87%(P0.05)。因此,滴灌柑橘Ⅲ期、Ⅳ期轻度亏水处理在保证产量条件下,可节约灌溉用水且提高水分利用效率,是柑橘适宜的滴灌水分亏缺模式。     

考虑射流破碎和液滴形状的喷灌水运动轨迹改进模型构建及验证

喷洒液滴分布特征是模拟喷头水量和能量分布的基础。为解决现有弹道轨迹模型过度简化运动液滴的破碎过程及形状变化导致模型精度不足的问题,该研究改进了弹道轨迹模型的液滴破碎过程、运动液滴形状参数和运动液滴阻力系数,提出了基于能量加权的等效液滴指标,建立了考虑射流破碎和液滴形状的喷洒水运动轨迹改进模型;采用HY50型蜗轮蜗杆式喷枪验证了模型精度,对比了不同模型的差异。结果表明：喷嘴直径20mm和工作压力0.35MPa时,改进模型的平均绝对误差MAE分别比Fukui模型和Li模型的降低了43.3%和75.1%（落地速度）、51.8%和27.1%（落地位置）和61.4%和76.1%（落地角度）;以4个验证工况中落地速度为例,改进模型、Fukui模型和Li模型的均方根误差RMSE平均值分别为0.53、0.93和2.21 m/s;归一化均方根误差NRMSE平均值分别为0.10、0.17和0.40。研究可为应用弹道轨迹模拟喷洒液滴分布特征提供新思路。     

基于DSSAT模型陕西杨凌不同降水年型冬小麦灌溉制度研究

基于DSSAT作物模型模拟了不同降水年型水分胁迫条件下的冬小麦生产潜力,对比分析不同生育期灌水对产量、WUE以及土壤蒸发量等的影响,从而确定关键灌水期;并在综合考虑产量、WUE、总灌水量、灌水次数等因素的基础上确定了不同降水年型下的最优灌溉制度。结果表明：(1) 冬小麦越冬水、返青水、拔节水、灌浆水四水中以返青水最为关键,其次为拔节水,最后为越冬水和灌浆水;当不灌返青水时,冬小麦产量和蒸腾量显著降低,土壤蒸发量显著升高;(2) 不同降水年型之间也存在显著差异,产量、WUE、作物蒸腾量等表现为丰水年略大于平水年,二者显著大于枯水年;而灌水边际效益表现为平水年＞枯水年＞丰水年;(3) 枯水年、平水年、丰水年的冬小麦最优灌溉制 度分别为枯水年返青期和拔节期各灌水75 mm和50 mm,平水年返青期灌水75 mm,丰水年返青期和拔节期各灌水25 mm。     

基于无人机影像和深度学习的渭北旱塬区土地利用精准分类

为明确基于无人机影像的旱塬区土地利用精准分类方法,尤其是算法的选择,该研究通过究获取渭北旱塬区白水县通积村不同航拍高度无人机正射遥感影像,利用多种深度学习算法和机器学习算法对土地利用分类进行研究。首先,采用大疆御2Pro获取研究区80 m和160 m不同高度航拍影像;然后对不同航拍高度目视解译结果和多种深度学习、机器学习模型预测结果进行对比分析;最后,基于表现最佳算法对其进行创新和改进。结果表明：深度学习算法的表现远远优于传统机器学习算法,其中深度学习算法中表现最好的DeepLabv3+像素精度为90.06%,比随机森林（Random Forest,RF）和支持向量机（Support Vector Machine,SVM）分别高出24.65个百分点和21.32个百分点。基于DeepLabv3+改进的DeepLabv3+_BA模型整体分类效果最好,其像素精度为91.37%,比FCN、SegNet、UNet和DeepLabv3+分别高出7.43 个百分点、10.12个百分点、2.27个百分点和1.31个百分点,且其达到最佳精度所需的迭代次数与其他4种深度学习模型相比降低了约50%。各种算法在160 m数据集上各指标精度高于80 m。改进模型DeepLabv3+_BA具有较高的地物分类精度及较强的鲁棒性,该研究可为基于无人机影像和深度学习的土地利用信息普查提供技术参考。     

基于物候模型研究未来气候情景下陕西苹果花期的可能变化

陕西苹果种植面积大、产量高,但产量易受晚霜冻影响。冻害的发生与苹果花期和晚霜冻时间密切相关,因此准确预测苹果花期,研究苹果花期的变化规律对苹果生产防灾减灾具有重要意义。本研究利用物候模型（春暖模型、连续模型、重叠模型和平行模型）研究气候变化背景下陕西苹果花期（包括始花期和末花期）的变化规律。首先,评价4种物候模型在陕西苹果产区模拟苹果花期的效果,筛选出研究区最佳花期预测模型。然后,基于所选最佳花期模型模拟历史（1980−2019年）时期各代表站（洛川、白水、凤翔和长武）的苹果花期。最后,基于33个全球气候模式（Global Climate Models,GCMs）生成的未来气象数据集,利用所选最佳模型分别模拟RCP4.5和RCP8.5两种情景下2021−2100年各代表站的苹果花期并研究花期时空变化规律。结果表明,连续模型是模拟渭北东部和西部苹果花期的最佳模型,而延安和关中西部苹果花期的最佳模型为平行模型。1980−2019年各代表站始花期提前速率为3.4～4.7d·10a−1,末花期提前速率为3.3～4.6d·10a−1,空间分布上,研究区苹果花期从东南到西北逐渐推迟,年平均花期持续时间为10～11d。在RCP4.5情景下,各代表站2021−2100年始花期提前速率为0.7～0.9d·10a−1,末花期提前速率为0.6～0.8d·10a−1;与1980−2019年相比,各代表站2021−2060年平均始花期提前0～4.4d,末花期提前0～5.0d,各代表站2061−2100年平均始花期提前3.4～7.6d,末花期提前2.6～8.2d。在RCP8.5情景下,2021−2100年各代表站始花期提前速率为1.3～1.8d·10a−1,末花期提前速率为1.3～1.6d·10a−1;与1980−2019年相比,各代表站2021−2060年平均始花期提前1.3～5.9d,末花期提前1.0～6.1d,各代表站2061−2100年平均始花期提前6.7～12.4d,末花期提前6.2～12.3d。未来气候条件下,苹果花期空间分布与历史时期基本一致,但花期持续时间略有缩短。本研究首次综合花期预测模型和未来气候数据研究陕西苹果产区苹果花期变化,可为陕西苹果产区应对气候变化产生的花期冻害提供一定的理论依据。