干旱條件下基于WOFOST模型與遙感數(shù)據(jù)同化的玉米產(chǎn)量模擬改進(jìn)研究

干旱條件下基于WOFOST模型與遙感數(shù)據(jù)同化的玉米產(chǎn)量模擬改進(jìn)研究我國是一個農(nóng)業(yè)大國,干旱是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最大的自然災(zāi)害之一,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致絕收,對國家糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成了巨大的威脅。然而土壤干旱對作物的脅迫是一個復(fù)雜的過程,尤其在極端干旱的條件下,作物生長模型并不能夠很好模擬作物生長,從而導(dǎo)致產(chǎn)量模擬結(jié)果的不準(zhǔn)確。因此有必要改進(jìn)作物生長模型,以期能更好的模擬干旱條件下作物的產(chǎn)量。本研究以通遼市玉米為研究對象,基于作物生長模型和遙感數(shù)據(jù)同化,從模型的機(jī)理補(bǔ)充、借鑒其他模型對干旱的響應(yīng)方法以及模型算法改進(jìn)等三個平行的角度出發(fā),旨在補(bǔ)充描述模型在干旱條件下模擬作物產(chǎn)量的不足之處,提高產(chǎn)量模擬的精度。因此本研究使用WOFOST模型,在地塊尺度使用高分一號WFV數(shù)據(jù),市縣尺度使用HJ-1A/B數(shù)據(jù),使用設(shè)置膨脹系數(shù)、調(diào)節(jié)因子等參數(shù)改進(jìn)后的集合卡爾曼濾波同化算法將遙感數(shù)據(jù)同化到模型中,使模型可以進(jìn)行區(qū)域范圍的產(chǎn)量模擬;同時對模型中的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,分別使用統(tǒng)計資料、遙感反演等方法標(biāo)定模型中的參數(shù)。然后分別使用基于面向田塊的模型生育期改進(jìn)的產(chǎn)量模擬、基于雙脅迫因子的產(chǎn)量模擬改進(jìn)以及基于雙作物系數(shù)法的WOFOST模型產(chǎn)量模擬等三種方法對研究區(qū)的玉米進(jìn)行模擬計算,最后從田塊和市縣兩個尺度評價模擬結(jié)果,主要結(jié)論有:1)對于基于面向田塊的模型生育期改進(jìn)的產(chǎn)量模擬方法,在干旱條件下模擬結(jié)果的精度要優(yōu)于原模型,且提升了地塊之間的空間異質(zhì)性。與原模型相比,R2提高到0.71,RMSE降低到1335.91kg/ha,同時變異系數(shù)從0.213提高到0.254。2)對于基于雙脅迫因子的產(chǎn)量模擬改進(jìn)的方法,在田塊尺度上提高了模擬結(jié)果的精度和空間異質(zhì)性,但在市縣尺度上與統(tǒng)計結(jié)果仍有一定的差距。在田塊尺度上產(chǎn)量分布范圍和地塊平均單產(chǎn)略低于原模型的產(chǎn)量模擬結(jié)果,與實(shí)測產(chǎn)量更為接近,模擬結(jié)果R2提高到0.588,RMSE降低到1906.49kg/ha,但是該方法依然沒有很好的模擬絕收地塊的產(chǎn)量狀況。在市縣尺度上,使用該方法的模擬結(jié)果表明科爾沁左翼后旗受災(zāi)較為嚴(yán)重,對通遼市的玉米總產(chǎn)量高估166.47萬噸,平均單產(chǎn)高估723.03kg/ha。3)對于基于雙作物系數(shù)法的WOFOST模型產(chǎn)量模擬的方法,取得了較為理想的結(jié)果。在地塊尺度上該方法在保持RMSE略優(yōu)的情況下,大幅提升了模擬結(jié)果的精度,與原模型相比R2提高了18.46%,但是仍然沒有很好的描述由于極端干旱造成的作物絕收的現(xiàn)象,此外低估了高產(chǎn)量地塊的玉