基于作物生长模型的全局敏感性分析方法

作物的生长发育过程复杂,如何确定能够适应当地气候生态类型的作物模型参数是准确模拟作物生长的关键。本文选用WOFOST作物生长模型,利用扩展傅里叶幅度敏感度检验法EFAST对模型作物参数、土壤与管理参数进行全局敏感性分析。结果表明,最大CO_2同化速率AMAXTB、叶片35℃时的生命期SPAN、贮存器官同化物转化效率CVO、饱和含水量SM0、初始土壤有效含水量W AV和出苗日期ID EM对于作物产量的形成具有较高的敏感度。     

基于EFAST方法的CERES-Wheat作物模型参数敏感性分析

为有效识别作物模型关键参数,减少模型模拟的不适用性,根据中国农业大学上庄实验站小麦田间实测数据,应用EFAST方法对CERES-Wheat模型输入参数进行定量的全局敏感性分析,分析小麦模拟产量对作物参数、土壤参数和田间管理参数变化的敏感性。结果表明:CERES-Wheat模型的作物品种型参数中,标准籽粒质量参数对模拟结果影响最大,而生态型参数中影响最大的是营养生长末期叶片面积质量比率;土壤参数中的矿化系数对模拟结果影响最显著;管理参数中的施氮量、播种日期、施肥日期、播种深度对模拟结果影响较显著。基于EFAST方法的敏感性分析对作物模型修正具有指导意义,可为确定模型关键参数及模型进一步优化提供参考依据。     

水质模型的全局参数敏感性分析

LH-OAT全局参数敏感性分析方法集成了LH抽样与随机OAT方法的优点,在随机OAT的基础上融入LH抽样法,保证参数敏感性分析的强壮性及有效性。但LH-OAT方法必须依靠复杂的计算机程序来实现,因为没有通用程序而限制了其推广应用。试验研究了LH-OAT方法的通用程序设计,并成功用于WASP富营养化水质模型中浮游植物动力学模型的全局参数敏感性分析。结果表明在充足供氮、磷时,浮游植物生物量变化率最敏感的参数是水温,其次是浮游植物的内源呼吸速率和温度调节系数,其三是浮游植物中叶绿素a与碳的比值,处于第四位的是浮游动物的数量;各参数合理的取值范围是成功使用LH-OAT方法的关键。     

基于EFAST方法的AquaCrop作物模型参数全局敏感性分析

【目的】敏感性分析是作物模型本地化过程中的重要环节,对作物模型的校正与应用有重要的意义。【方法】本研究以国家精准农业示范研究基地2012—2013、2013—2014和2014—2015年冬小麦试验为研究对象,采用全局敏感性分析方法扩展傅里叶幅度检验法(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test,EFAST)对AquaCrop模型42个作物参数进行敏感性分析,以评估模型在北京地区的敏感参数。【结果】(1)对干生物量敏感作物参数是:水分和温度胁迫参数(生物量生产的最小生长度(stbio),引起冠层早衰的土壤水分消耗上限(psen))、生物量和产量参数(归一化水分生产力(wp))、蒸散参数(作物冠层形成后到衰老之前的作物系数(kcb))、作物冠层和物候发展参数(冠层生长系数(cgc),从播种到出苗时长(eme),最大冠层覆盖度(mcc),冠层衰老系数(cdc),从播种到成熟的时长(mat),产量形成过程中收获指数的建立长度(hilen))。其中stbio,kcb,wp和cgc 4个作物参数敏感性指数最大;(2)对冠层覆盖度最敏感的参数是:作物冠层和物候发展参数(cgc,mcc,每公顷株数(den),出苗率达到90%时的土壤覆盖度(ccs),mat和cdc)、根区发展参数(最大有效根深(rtx))、水分和温度胁迫参数(psen)、蒸散参数(kcb);(3)对产量最敏感的参数是作物冠层和物候发展参数(从播种到开花时长(flo),mat,cdc,hilen和从播种到开始衰老时长(sen))、水分和温度胁迫参数(psen)、生物量和产量参数(参考收获指数(hi)和wp)、蒸散参数(kcb)。【结论】利用EFAST方法对AquaCrop模型中的作物参数进行一阶和全局敏感分析,最大干物量的敏感性分析结果以及干生物量随时间变化的敏感性分析结果显示,敏感性参数的选择上差异不大,但排序上存在较大的差异,最大干生物量的敏感性分析不能分析作物参数对干生物量在整个生育期的影响,结果不全面;冠层覆盖度随时间变化的一阶和全局敏感性分析结果显示,在敏感参数的选择和排序上均有较好的一致性,全局敏感性分析中作物参数的敏感性指数更高,对冠层覆盖度的影响表现得更明显。本研究结果用于AquaCrop模型本地化,可提高该模型在北京地区的模拟效率和模拟精度。     

作物生长模拟模型的参数敏感性分析

对小麦作物模型WOFOST(world food studies)的参数进行辨析,并利用OAT(one-at-a-time)分析方法对WOFOST模型的作物和土壤参数进行敏感性分析,同时对小麦生长模拟结果进行解析。结果表明,从出苗到开花的积温(TSUM1)、根干物质分配系数(FRTB)、储存器官的同物质转换效率(CVO)、茎的同化物转换效率(CVS)、初始发展阶段因子(DVSI)、在35℃时叶的生命周期(SPAN)、生育期的比叶面积(SLATB)参数的相对敏感度都大于0.5,表现为强敏感性,对模型模拟结果影响较大。基于不同产量指标和不同生产水平条件下对WOFOST模型影响较大的参数基本一致,其相对敏感度差异不大。小麦叶面积指数(leaf area index,LAI)的模拟结果表明,小麦从播种到开花的时间为137 d,而从开花到成熟的时间为66 d,与实际情况基本吻合。本研究结果可为WOFOST模型的应用和模型调参提供依据。     

HSPF模型水文水质参数敏感性分析

参数敏感性分析是模型不确定性量化的重要环节,有助于对关键参数的识别,减少参数的不确定性影响,进而提高参数优化效率。以太湖地区典型小流域为研究区,采用扰动分析法对HSPF模型水文模块、泥沙模块以及氮磷输移等水文、水质模拟过程的参数进行了敏感性分析。研究结果显示:水文模块选取的17个参数中有7个敏感:UZSN、INFILT、AGWRC对径流的敏感级别为Ⅲ类,LZSN、DEEPFR、INTFW、IRC敏感级别为Ⅱ类。泥沙透水地面模块选取的9个参数中,KSER、KGER、JGER为Ⅲ类敏感参数,JSER为Ⅳ类敏感参数;不透水地面模块选取的4个参数中,KEIM、JEIM、ACCSDP对泥沙产量的敏感级别为Ⅲ类;河道模块选取的5个参数中,KSAND、EXPSND为Ⅲ类敏感参数,TAUCS、TAUCD为Ⅱ类敏感参数。总氮模拟选取了23个参数分析敏感性,其中WSQOP、SQOLIM、MON-GRND-CONC为Ⅳ类敏感参数,KATM20、MON-IFLW-CONC为Ⅲ类敏感参数,TCNIT、PHYSET、MALGR敏感级别为Ⅱ类。磷素输移模拟选取了12个参数,MON-GRND-CONC敏感级别为Ⅲ类,MON-POTFW、MON-IFLW-CONC、MALGR、PHYSET敏感级别为Ⅱ类。研究结果对于开展基于HSPF模型的流域水文水质研究工作参数的选取具有一定的参考价值,尤其对于太湖周边地区众多低山丘陵小流域进行HSPF模型水文水质模拟时敏感性参数的选取具有借鉴意义。     

基于DNDC模型的红枣生长模拟参数敏感性和产量不确定性分析

【目的】研究红枣生长模型模拟输入参数的敏感性和产量预测不确定性,为红枣生长模拟模型的本地化和区域化参数调整优化提供依据,以提高模型模拟预测精度和效率。【方法】以新疆昆玉市现代农业示范区为研究区,应用可扩展傅里叶振幅敏感分析法(EFAST)和蒙特卡罗法分析基于DNDC模型系统新构建的红枣生长模型的输入参数敏感特性和产量预测不确定性。【结果】作物参数中全株生物量中果实比例(Gfra)、最大作物产量(MaxY)、生长积温(TDD)和需水量(WaterR)等指标敏感度最高,土壤参数中田间持水率(FC)和孔隙度(Por)等指标敏感度最高,田间管理参数中灌溉量(IrrAm)、施肥量(FerAm)和有机肥施肥量(ManAm)等指标敏感度最高;随着参数的波动范围由±5%增大到±10%,红枣预测产量正态分布的相关一致性系数增大,模型的平稳性增加。【结论】调整参数优化模型,并对2015～2019年各年份进行产量模拟测试验证,预测产量结果相对误差控制在±8%以内(最小误差为-1.99%),调整红枣产量预测模型参数,提高了模型预测产量的精度,优化趋于合理。     

DSSAT-SUBSTOR马铃薯模型的参数敏感性分析及适宜性评价

对DSSAT-SUBSTOR马铃薯模型进行参数敏感性分析及适宜性评价,是利用模型进行马铃薯业务化估产的关键一步。利用全局敏感性分析方法EFAST对模型的32个输入参数进行敏感性分析;采用实测数据对马铃薯的品种遗传参数进行标定,以出苗日、块茎起始日、最大LAI值和产量作为适宜性评价指标;通过调节品种遗传参数,分析其对4个适宜性评价指标的影响机理。结果表明,对产量敏感的品种遗传参数包括：块茎开始生长的临界温度上限（TC）、光周期系数（P2）、潜在块茎生长率（G3）,其全局敏感性指数分别为0.69、0.35和0.22;土壤参数包括：根生长系数（SRGF）、土壤排水上限（SDUL）、排水率（SLDR）、有机碳含率（SLOC）、土壤总氮含率（SLNI）、土壤溶液pH值（SLHW）,其全局敏感性指数依次为0.49、0.28、0.19、0.17、0.15和0.12;田间管理参数包括：播种日期（PDATE）、灌溉日期（IDATE）、灌溉量（IRAVI）和施氮量（FAMN）,其全局敏感性指数依次为：0.63、0.41、0.33和0.18。DSSAT-SUBSTOR模型在研究区域内有很强的适宜性：实测出苗日与模型模拟值相同,实测块茎起始日与模拟值相差1 d,实测最大LAI值与模拟值的决定系数R²=0.918 8,实测单产与模拟值的相对误差为5.72%。5个品种遗传参数均不能决定马铃薯的出苗日（EDAPS）,但对产量（UYAHS）和最大LAI值（LAIS）均有不同程度的影响,光周期系数（P2）和块茎开始生长的临界温度上限（TC）会对块茎起始日（TDAPM）产生不同影响。研究结果可为DSSAT-SUBSTOR马铃薯模型的参数优化和区域应用提供科学理论基础。     

基于正交试验土石坝热-流耦合模型参数的敏感性分析

【目的】研究热-流耦合模型参数的敏感性,减小运行期土石坝热-流耦合模型参数校正过程的工作量,为土石坝热-流耦合模型参数选取提供依据。【方法】采用正交试验法,以某水库土石坝为例,基于大坝热-流耦合模型,以坝体与坝基平均温度作为敏感性分析的主要指标,对大坝热-流耦合模型各参数的敏感性进行分析。【结果】渗透率和土体比热容对土石坝温度场影响较敏感,其极差值分别为0.124 5和0.086 2,其余参数的敏感性由强到弱依次为孔隙率(n)、饱和含水率(θs)、导热系数(λ)、残余含水率(θr)和土体密度(ρ),极差值分别为0.046 5,0.029 3,0.026 6,0.014 3和0.011 3,相对于渗透率和土体比热容,这5个参数对于温度场计算结果的影响较小。【结论】在对土石坝温度场进行校正时,应将模型中的渗透率和土体比热容作为重点参数。     

基于正交试验土石坝热-流耦合模型参数的敏感性分析

【目的】研究热-流耦合模型参数的敏感性,减小运行期土石坝热-流耦合模型参数校正过程的工作量,为土石坝热 流耦合模型参数选取提供依据。【方法】采用正交试验法,以某水库土石坝为例,基于大坝热-流耦合模型,以坝体与坝基平均温度作为敏感性分析的主要指标,对大坝热-流耦合模型各参数的敏感性进行分析。【结果】渗透率和土体比热容对土石坝温度场影响较敏感,其极差值分别为0.124 5和0.086 2,其余参数的敏感性由强到弱依次为孔隙率(n)、饱和含水率(θs)、导热系数(λ)、残余含水率(θr)和土体密度(ρ),极差值分别为0.046 5,0.029 3,0.026 6,0.014 3和0.011 3,相对于渗透率和土体比热容,这5个参数对于温度场计算结果的影响较小。【结论】在对土石坝温度场进行校正时,应将模型中的渗透率和土体比热容作为重点参数。     

基于外在扰动的双寡头价格博弈模型分析

在竞争市场中,企业可能会受到外部的扰动。在假设2个寡头企业分别为领导者和跟随者角色且具有有限理性的前提下,基于差异化产品的寡头模型,并结合扰动项构建价格竞争模型的动态系统。研究了外界干扰因素下双寡头价格博弈模型的动力学演化性质,包括系统平衡点的稳定性、李雅普洛夫指数和分岔图等。理论分析和数值仿真表明,价格决策中外界扰动的存在会使系统产生的分岔甚至混沌效应加强,显著地改变系统的动力学行为,因此在决策周期内应考虑外界扰动因素,了解其演化规律,并审慎决策。     

基于EFAST的DSSAT模型对南疆地区棉花参数敏感性分析及适用性评价

对CROPGRO_Cotton模型中敏感的参数进行分析,来对南疆棉花进行生长模拟.通过扩展傅里叶幅度检测法(EFAST)对棉花模型的18个输入参数实行敏感性分析,以棉花的开花期、成熟期、生物量、籽棉产量观测数据实行对比,运用glue和试错法相结合进行参数调节,实现南疆地区棉花的本地化.经过分析研究,对籽棉产量敏感的品种...     

基于变化环境的地下水动态敏感性分析方法研究

【目的】探索、完善地下水动态敏感性分析方法。【方法】通过对地下水动态敏感性分析方法研究现状的分析,对地下水动态敏感性分析的概念进行了重新定义,并探索性地将正交试验与地下水动态建模相结合,用以进行地下水动态敏感性的分析。【结果】建立了基于改进正交试验法的地下水动态敏感性分析方法,将该方法用于宝鸡峡灌区,所得结果与现有其他方法所得结果相近,即均认为地表水灌溉量和蒸发量是影响灌区地下水动态的主要因素,并且该方法也在理论上克服了现有分析方法的一些局限性。【结论】基于改进正交试验法的地下水动态敏感性分析方法在实际中具有一定可行性,是对传统地下水动态敏感性分析方法的补充和完善。     

NAM模型率定的研究现状与展望

NAM模型是概念性的降雨-径流模型,其主要参数的精度一直是制约其扩展应用范围的重要因素。中间参数通常用率定的方法反算得到,其精度与反算方法直接相关。基于NAM模型基本原理与特点,对模型尤其是参数率定的发展与研究现状进行了总结,指出采取多种反演方法组合,结合多目标反演进行参数率定将有效提高模型率定精度。     

基于EFAST法的APSIM小麦产量形成参数敏感性分析

【目的】为了有效识别影响APSIM小麦产量形成的敏感参数,简化模拟过程.【方法】结合2016～2017年甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村大田试验数据及1971～2019年定西市安定区气象资料,利用扩展傅里叶幅度检验法(extended fourier amplitude sensitivity test, EFAST),借助Simlab软件,对APSIM模型18个作物参数进行敏感性分析,并对筛选后的参数设置单因素梯度检验.【结果】6个敏感参数的敏感性排序:每克茎籽粒数量灌浆期籽粒日潜在灌浆速率单株最大籽粒质量作物春化敏感性指数灌浆到成熟积温出苗到拔节积温.其中,每克茎籽粒数量、灌浆期籽粒日潜在灌浆速率和单株最大籽粒质量对模拟产量贡献率分别达50.6%、31.9%和27.5%.在-50%～+50%变化比例下,产量变化绝对值介于0～500 kg/hm~2.同等增加比例时,出苗到拔节积温引起产量变化幅度最高达249.85 kg/hm~2;同等减少比例时,单株最大籽粒质量引起产量变化幅度最高达493.55 kg/hm~2.【结论】通过EFAST法进行敏感性分析,得到对小麦产量形成的6个敏感参数,可在实际应用中优先校准.     

不同参数取值范围下CROPGRO-cotton模型全局敏感性和不确定性分析

在对新作物模拟的过程中,需要对品种参数重新进行率定,但是很多参数难以测量和校正,所以需要确定参数的取值范围。目前,参数的取值范围大部分通过2种方式得到：(1)实测数据和前人文献;(2)参数初始默认值的某个百分比上下变动。前者因为很多实测数据和率定后的参数未公布,所以选择后者确定参数取值范围。在5个参数取值范围(10%、20%、30%、40%、50%)下,通过Simlab软件,采取扩展傅里叶幅度敏感性检验(EFAST)法,对不同参数取值范围的输出变量进行敏感性和不确定性分析可知,30%的参数取值范围能很好地模拟作物生长。敏感性分析与不确定性分析标明其输出变量成熟期(MDAP)、产量(HWAM)、生物量(CWAM)的一致性检验系数(TDCC)分别为0.86、0.9、0.88,P值(显著性分析)均小于0.05,具有显著一致性,开花期(ADAP)的TDCC较小,为0.66,这因为只有参数EM-FL为敏感性参数,其余参数均不敏感。模型的输出结果中ADAP、MDAP、HWAM的实测值均处于95%置信区间内,CWAM略差。本研究可帮助CROPGRO-cotton模型在南疆地区的应用提升模拟精度和模拟...     

基于NAM的森林防火意识影响路径分析

森林火灾已成为我国高质量发展的重要阻碍因素,努力提高社会居民森林防火意识,对森林资源的保护具有根源性的影响。以NAM理论为基础框架,运用结构方程模型实证探究影响森林防火意识的因素。结果显示,责任归属对居民森林防火意识具有正向影响,个体规范对居民森林防火意识具有正向影响。     

龙华松花江特大桥结构参数敏感性分析

为了研究预应力混凝土刚构—连续组合梁桥各参数对结构线形的影响程度,对龙华松花江特大桥主桥进行了最大悬臂阶段、成桥阶段和正常使用阶段结构参数敏感性分析。采用有限元分析软件,对线形影响较大的5个参数进行主跨跨中及零号块根部挠度值的分析,得到了各主要设计参数变化时,主跨跨中及零号块根部挠度值的影响值。结果表明:主梁自重、非均匀温度变化、混凝土收缩徐变为敏感性参数;主梁的弹性模量、预应力孔道摩擦系数μ和局部偏差系数k产生的预应力损失则属于非敏感性参数。     

基于DNDC模型稻田甲烷排放影响因子的敏感性分析

以我国东北单季稻区、长江中下游稻麦轮作区和南方双季稻区的典型稻田为对象,基于DNDC(denitrification-decomposition)模型,研究气象条件、土壤性状和农田管理技术对稻田甲烷排放影响的敏感性差异。结果表明,平均气温是影响不同稻作区甲烷排放最大的因子;土壤容重、秸秆还田量、土壤黏粒含量、土壤有机碳(SOC),以及水稻生长中期晒田时间也对甲烷排放有明显影响,土壤pH、施氮量和降雨量对甲烷排放影响较小。不同区域各因子的敏感性指数相比,东北单季稻区降雨量、SOC和土壤容重较高,长江中下游稻麦轮作区秸秆还田的敏感性指数较高,而南方双季稻区则表现为平均气温和土壤黏粒含量更高。