基于BP神经网络与GIS可视化的作物需水量预测

作物需水量是农田水利工程规划、设计与灌溉用水管理的重要参数。基于BP神经网络与GIS可视化作物需水量预测,以河南省冬小麦的作物需水量为例,利用实测站点的地理坐标以及高程,通过BP神经网络对分析数据进行加密插值,并采用GIS里的协克里金法结合高程作为一个协变量进行作物需水量的空间插值,实现GIS可视化,从而得到准确度较高的作物需水量空间分布图。结果表明,该方法对于河南省冬小麦作物需水量预测具有较好的预测精度,方法有一定的参考价值。     

流域降雨空间插值方法比较

采用反距离权重法和普通克里金方法对流溪河流域范围内32个雨量站2005、2006年逐时降水量进行空间插值试验分析,流域格网分辨率为1 km×1 km,将插值结果与雨量计自记数据进行综合对比分析,研究结果表明:两种插值方法基本能反映流域降水量的空间分布特征,但普通克里金方法更适合流溪河流域降雨空间插值.有效样本点数据的空间分布很大程度上影响插值精度,流域内雨量站的密度对插值结果影响也非常显著.     

滇东北作物耗水特性及影响因素

基于滇东北地区3个气象站点(会泽站、昭通站、沾益站)1955-2013年逐日气象资料,采用FAO-56 Penman-Monteith公式,计算并分析滇东北地区水稻、春玉米和冬小麦全生育期需水量及其变化趋势,同时采用偏相关分析和逐步回归分析探讨各气象因子对主要粮食作物需水量影响的程度.结果表明:昭通站主要粮食作物需水量随时间呈不同程度减少,每10 a水稻需水量减少10.07 mm,春玉米减少1.44 mm,冬小麦减少1.06 mm.而其他站点呈增加趋势,水稻需水量每10 a分别增加8.85,4.48 mm,春玉米分别增加8.38,4.57 mm,冬小麦分别增加7.39,3.10 mm.3个站点同一种作物各生育阶段需水量规律基本一致,水稻各生育期需水量从大到小依次为:分蘖,拔节,抽穗,乳熟,黄熟,返青;玉米的依次为:拔节,灌浆,苗期,孕穗,成熟;小麦的的依次为:乳熟,开花,成熟,苗期.日照和平均风速是影响水稻和玉米需水量最主要的气象因子,且呈显著正相关关系,就各站点而言,影响冬小麦需水量的气象因子存在差异,其中会泽站和沾益站同日照时数和平均气温呈显著正相关,而昭通站与平均湿度呈显著负相关,同日照时数呈显著正相关关系.     

基于GIS空间插值的降水分布模拟方法比较研究

为了获取区域最优插值方案,模拟降水空间分布信息,基于1960-2015年湖南省87个气象站点资料,利用ArcGIS 10.2软件平台,采用克里金法、反距离权重法、样条函数法和趋势面法对研究区近56 a年均降水量进行空间插值,通过比较各插值方法的插值精度获得适合区域的插值方法,并分析了研究区降水空间分布特征.结果表明:湖...     

气候变化对河南省冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响

利用河南省17个站点1961—2012年的气象资料,分析了降雨和潜在蒸散对冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响效应。结果表明,河南省冬小麦多年平均灌溉需水量为59.8~334.3 mm,夏玉米多年平均灌溉需水量为14.5~131.2mm,自南向北逐渐增大;各站点冬小麦和夏玉米灌溉需水量普遍呈下降趋势,其主要原因是生育期潜在蒸散减少和降雨量增加。降雨是影响作物灌溉需水量的首要因素,降雨在雨量和时间分布上均对灌溉需水量产生显著影响;而潜在蒸散的影响小于降雨,但不容忽视。在降雨和潜在蒸散共同影响下,冬小麦和夏玉米灌溉需水量在年际间呈现出更大的波动趋势。     

基于GIS的宝鸡峡降水量的空间插值方法分析

降水量是重要的气候要素,随着降水量空间信息需求的日益增加,降水量的空间插值应用及其广泛。运用软件ArcGIS将宝鸡峡灌区25个基本站点1961-1990年30年平均降水量数据进行空间插值,采用整体多项式法、反离权重法、克里金插值方法研究宝鸡峡地区降水的空间分布,通过对比分析得出:①宝鸡峡地区降水量在空间上变化较大,总体上东南部多于西北部。②几种插值方法各有优缺点,整体看克里金方法误差均值和误差均方差较小,预测效果最佳,可以更好的得到降水量的预测值。③采用简单克里金法虽然可以较好地反映宝鸡峡灌区降水量的空间分布但精度还是不够高的,插值精度还有待进一步提高。     

区域灌溉需水量时空变化特征及其影响因素研究——以鲁西北地区为例

【目的】探寻鲁西北地区灌溉需水量时空分布特征及影响因素。【方法】选取冬小麦为研究对象,利用Penman-Monteith公式对鲁西北地区灌溉需水量进行计算,应用Mann-Kendall突变检验法分析其变化趋势,得出鲁西北地区灌溉需水量的时间分布规律,使用反距离权重插值法得出灌溉需水量空间分布规律,并利用Pearson相关分析法对各气象因素对灌溉需水量的影响程度进行分析比较。【结果】(1)鲁西北地区的年平均灌溉需水量为339 mm,年际变化呈上升趋势;(2)灌溉需水量空间变化呈带环状分布,各生育期内规律不相同;(3)相对湿度和日照时数是影响鲁西北地区灌溉需水量较为重要的因素,分别呈极强负相关与较强正相关。【结论】鲁西北地区冬小麦灌溉需水量逐年缓慢上升,由东北到西南递增;各站点降水量在播种期、返青期和拔节期内均不满足需水要求,需要人工灌溉补给。     

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区,以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础,引入集合卡尔曼滤波(En KF)数据同化将其优化作为主变量,以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数(NDVI)数据为协变量,进行协同克里金插值,同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明:三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致,南部沙漠地区整体较高,在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著,平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果,其中平均误差仅为0.270 5 m。与普通克里金插值方法相比,协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用,精度明显提高,平均误差减小0.409 7 m,均方根误差减小0.078 4 m,平均标准误差减小1.016 7 m。     

区域需水量和缺水率的空间变异性

应用地统计学方法研究区域需水量和缺水率的空间变异性。以云南滇中地区2000水平年和2010水平年的需水量和缺水率为例,对它们进行了连续性处理。2个年份的需水量符合对数正态分布,而缺水率呈正态分布;它们的空间变异性都很大,结构性因素起主要作用,各向同性条件下的变异函数可用球状模型和指数模型描述;二者具有复杂的各向异性,糅合了几何异向性和带状异向性。2个水平年之间的需水量相关关系不随尺度变化,而缺水率之间的相关性在不同尺度上表现不同。应用协克里金法空间插值得到滇中地区2个水平年需水量和缺水率的空间分布格局,分析了它们的影响因素。     

三种点雨量插值方法的比较研究

对距离反比、普通Kriging和PRISM三种常用点雨量插值算法进行了原理、适用范围和优缺点的对比分析。根据雨量站点的平面三角几何关系，提出了参证插值站点的选择方法，使得参证插值站点的选择更合理。通过具体实例指出没有最优的点雨量插值方法，应该根据站点布设、雨量资料、地理位置和服务对象等特点，选择适当的插值算法或算法组合以及参证站选取算法，才会得到较好的插值精度。     

基于DEM的作物需水量估算方法

以ARCG IS8.3为技术平台,以“全国灌溉试验数据库”为主要数据源,以DEM为基础,通过ARCG IS的空间分析工具获取经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向和遮蔽度等主要地形因子。在分析山东省冬小麦需水量与主要地形因子之间关系的基础上,利用趋势面分析方法建立了冬小麦需水量空间分布的数学模型,生成了山东省冬小麦需水量栅格图,所得结果与当地冬小麦实际用水分布状况较为吻合。     

河南省冬小麦种植面积遥感监测及其时空特征研究

【目的】准确实现河南省冬小麦种植面积的遥感提取,并探索河南省冬小麦种植面积的变化过程。【方法】将遥感监测与统计数据结合,以多时相MODIS遥感影像作为数据源,分析制定了冬小麦信息的提取规则,利用统计数据辅助确定规则中的阈值选取,以减少阈值选取的主观性,提取出河南省2004—2013年冬小麦种植面积,并分析了河南省2004—2013年冬小麦种植面积的时空变化。【结果】遥感监测结果与各地市统计值具有较高的相关性(R2=0.938 5),在平原地区具有较高的精度,监测精度为89.5%,而在受到地形等因素影响的地区,冬小麦种植面积的分布相对破碎,监测精度具有较大误差,个别地区甚至不足50%。从空间上看,河南省冬小麦种植面积的空间分布总体较为集中,主要分布在河南中东部的黄河平原和淮河平原地区和豫西南的南阳盆地地区。从时间上看,河南省冬小麦种植区域总体变化较小,种植年份较为稳定的区域主要分布于豫东平原地区,累积种植年数显著增加地区主要分布于南阳盆地地区,累积种植年数显著减少地区的分布较为分散,无明显的分布趋势。【结论】基于遥感和统计数据相结合的方法可准确监测平原区冬小麦种植面积,河南省冬小麦种植面积的时空变化均较为稳定,为保障我国粮食安全发挥着重要作用。     

基于遥感DSI指数的干旱与冬小麦产量相关性分析

利用2000—2012年MODIS ET/PET和NDVI数据集构建干旱指数(DSI),监测山东省和河南省冬小麦主产区的农业干旱,并在地级市尺度上进一步评估冬小麦关键生育期干旱对冬小麦产量的影响。结果表明:2010年9月—2011年2月山东省特大干旱过程显示的DSI不仅能监测气象干旱,还能较好地反映农业干旱在空间上的差异性以及时间上的演变。不同冬小麦生育期干旱对冬小麦产量影响不同,灌浆期干旱对冬小麦产量的影响最大,干旱致使土壤水分亏缺,影响了作物正常的灌浆强度,进而导致作物减产;其次是拔节期;返青期干旱对产量基本没有影响。     

冬小麦喷灌节水高产优化技术研究

根据 1 997～ 2 0 0 0年在河北省丰润县冬小麦喷灌试验结果 ,提出了在喷灌条件下冬小麦需水量及需水规律和河北省主要冬小麦区的节水型灌溉制度 ,并提出了在喷灌条件下以肥激水的新概念 ,保证了冬小麦既节水又高产。这一成果在河北省一定面积上得到了推广应用 ,取得了明显的经济效益     

基于“星陆双基”的冬小麦叶面积指数反演研究

为建立准确、方便的叶面积指数监测方法,运用MODIS数据光学模型反演和星陆双基协同反演法分别对2015和2016年3月中旬鹤壁市冬小麦叶面积指数反演分析。结果表明,2种LAI反演方法均能较好地反映全市冬小麦长势差异性的空间分布特征;MODIS光学模型反演法稳定性较好,但其反演值明显偏低;星陆双基协同反演法估算值与观测值吻合性较好,反演精度优于MODIS反演法。     

基于时间序列MODIS NDVI的冬小麦产量预测方法

选择我国河北、河南、山东3省作为研究区,在250 m空间分辨率的冬小麦种植区和1 km的冬小麦像元纯度图的基础上,分析了2000—2009年MODIS NDVI抽穗期峰值与单产的时间序列变化关系。采用Becker-Reshef等提出的去噪声修正后的冬小麦抽穗期NDVI峰值与单产进行回归分析建立冬小麦产量预测模型,并分析冬小麦预测精度的影响因素。最后,利用2010年地级市尺度的统计单产对所建立的预测模型进行精度验证,模型的平均估产误差约为7.49%。结果表明,基于冬小麦抽穗期NDVI峰值的产量预测方法在中国冬小麦主产区具有一定的应用潜力。     

山西省小麦需水量空间变化规律分析研究

结合山西省10个小麦试验站多年需水量的试验数据及邻近气象站近50年的气象资料,分析了山西省小麦需水量在空间上的变化特点及其对气象因子变化的响应。结果表明:从全生育期小麦需水量来看,以山西长治地区为最大,其他地区较为接近;从阶段作物需水量来看,尤其是拔节到收获的阶段,小麦的需水量呈现出自北向南逐渐递减的变化规律。另外,小麦的生长天数也呈现出自北向南逐渐减少的趋势。小麦生育期内日平均需水量与日平均参考作物蒸发蒸腾量关系非常密切。     

许昌地区冬小麦及夏玉米节水型灌溉模式研究

根据河南省许昌地区所进行的冬小麦及夏玉米4种灌溉供水模式(充分灌溉、限水灌溉、保产灌溉、雨养农业)田间对比试验成果,从单位面积总产出值与总投入值的比例以及单位灌水量的增产量两个方面,论述了当地在不同水源条件下,冬小麦与夏玉米适宜采用的灌溉供水模式,为农业高效率用水提供了理论与实践的依据。     

河南省冬小麦各生育期水分亏缺的空间分布及降水量突变检验

为探明河南省冬小麦不同生育阶段缺水量情况,将其冬小麦生育阶段划分为生育前期(播种—三叶期)、分蘖—越冬期、返青—成熟期,根据河南省20个基准气象站点1951—2013年旬值气象资料,利用CROPWAT模型计算了冬小麦不同生育阶段有效降水量,用P-M公式计算了冬小麦需水量,进而得到了冬小麦缺水量;利用Arc GIS10.0绘制了有效降水量、需水量、缺水量空间分布图,并分析了其空间变异性;利用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法分析了冬小麦各生育阶段降水量时间序列变化趋势。结果表明,(1)不同生育阶段有效降水量整体呈由东南向西北递减趋势,部分地区略高于周边地区;不同生育阶段冬小麦需水量整体呈由西北向东南递减趋势,分蘖—越冬期降水量分布无明显规律;不同生育阶段缺水量整体呈由西北向东南递减趋势,部分地区略低于周边地区;(2)冬小麦全生育期、生育前期、分蘖—越冬期、返青—成熟期多年平均有效降水量分别为201.80、25.04、45.91、130.85 mm,多年平均需水量分别为432.52、39.23、104.22、289.07 mm,多年分别平均缺水量分别为230.72、14.19、58.31、158.22 mm;(3)Mann-Kendall检验结果表明,冬小麦全生育期降水量随时间整体呈降低趋势;而生育前期降水量则整体呈升高趋势;分蘖—越冬期降水量整体呈降低趋势;返青—成熟期降水量整体呈降低趋势,期间各生育阶段降水量亦随UF曲线变化而变化。故河南省冬小麦返青—成熟期缺水量较多,西北部安阳、新乡等地缺水量严重,南部驻马店、信阳等地水分充足;除生育前期外,各生育期降水量随时间整体呈下降趋势。