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1.
为探究同化遥感数据对监测区域尺度土壤含盐量时空信息的适用性,以河套灌区沙壕渠灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,通过灰度关联法筛选光谱指数,采用岭回归法构建不同深度的土壤含盐量反演模型,使用集合卡尔曼滤波同化算法将遥感数据应用于HYDRUS-1D模型中,开展区域尺度不同深度土壤含盐量的同化研究。结果表明,基于不同深度土壤含盐量的岭回归法模型,其R2均在0.64以上,RE为0.14～0.22,反演精度较高,得到的反演值较为准确;在单点尺度上,与模拟值、反演值相比,同化值更接近实测值,其EFF为0.84～0.93,NER为0.61～0.73,均为正数,且RMSE降低到0.006%～0.011%,提高了HYDRUS-1D模型模拟精度;在区域尺度上,不同深度同化值的r均为0.94以上,NER为0.61以上,优于模拟值和反演值,且同化精度随着深度的增加而降低。本文基于遥感数据和HYDRUS-1D模型的集合卡尔曼滤波同化研究,提高了土壤含盐量的模拟精度,对提高监测区域尺度土壤含盐量时空信息的精度具有一定的参考价值。 相似文献
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基于全子集-分位数回归的土壤含盐量反演研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为提高植被覆盖条件下卫星遥感对土壤含盐量的估测精度,以河套灌区解放闸灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量,通过全子集筛选法(Best subset selection)分析不同波段和光谱指数对于不同深度土壤含盐量的敏感性,并采用人工神经网络(Artificial neural network,ANN)、支持向量机(Support vector machine,SVM)和分位数回归(Quantile regression,QR) 3种方法,构建全子集筛选前后0～20 cm、20～40 cm、0～40 cm、40～60 cm、0～60 cm等不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,B4、BI、SI1、SI3是0～20 cm、0～40 cm处土壤含盐量的敏感变量组合,B4、BI、NDVI为20～40 cm、40～60 cm、0～60 cm处土壤含盐量的敏感变量组合;在各深度下,分位数回归模型的精度最高,模型的决定系数R2c1、R2v1均在0. 4以上,均方根误差RMSEc1、RMSEv1均小于0. 4%,SVM次之,ANN最差;在20～40 cm深度下QR反演模型效果优于其他深度,为本文土壤含盐量估算的最优模型,其建模和验证的决定系数R2c1、R2v1分别为0. 611和0. 671,建模和验证均方根误差RMSEc1、RMSEv1分别为0. 177%和0. 160%。本研究可为卫星遥感大范围监测植被覆盖条件下土壤盐渍化程度提供参考。 相似文献
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为进一步提高陕西省关中平原冬小麦产量估测的精度,利用集合卡尔曼滤波算法(EnKF)将CERES-Wheat模型模拟的0～20 cm土壤含水率和叶面积指数(LAI)与遥感观测的条件植被温度指数(VTCI)和LAI进行同化,同时利用交叉小波变换分析冬小麦各生育时期同化VTCI和LAI与产量之间的共振周期,通过计算小波互相关度获得各生育时期同化VTCI和LAI的权重,进而构建基于加权VTCI和LAI的冬小麦单产估测模型。结果表明,在样点尺度,经过EnKF同化的VTCI和LAI能够综合表达模型模拟值和遥感观测值的变化趋势;在区域尺度,无论是否同化,经过交叉小波变换的各生育时期VTCI和LAI分别与产量之间存在特定的共振周期,同时发现,同化有助于对关键生育时期的特征提取;相较于未同化构建的估产模型,经过同化构建的估产模型的归一化均方根误差为13.23%,决定系数为0.50,平均相对误差为10.58%,精度略有提升,且估测产量的分布与统计产量的分布更为一致,因此认为将同化与交叉小波相结合构建的双变量单产估测模型精度更高,可为进一步实现高精度的区域产量估测提供研究基础。 相似文献
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不同植被覆盖度下无人机多光谱遥感土壤含盐量反演 总被引：1，自引：0，他引：1
准确快速获取植被覆盖条件下农田土壤盐分信息,为土壤盐渍化治理提供依据。利用无人机遥感平台,获取2019年7、8、9月内蒙古河套灌区沙壕渠灌域试验地的多光谱遥感图像以及取样点0~10cm、10~20cm、20~40cm、40~60cm深度处土壤含盐量,通过多光谱遥感图像计算得到光谱指数,选择归一化植被指数（NDVI-2）代入像元二分模型计算植被覆盖度,并划分为T1（裸土）、T2（低植被覆盖度）、T3（中植被覆盖度）、T4（高植被覆盖度）4个覆盖度等级;同时,对光谱指数进行全子集变量筛选,并利用偏最小二乘回归算法和极限学习机算法,构建不同覆盖度下各深度土壤含盐量反演模型。研究结果表明,裸土和高植被覆盖度下的反演模型精度高于低植被覆盖度和中植被覆盖度下的反演模型精度;对比PLSR和ELM 2种SSC反演模型精度,ELM模型的反演精度比PLSR模型高;覆盖度T1、T2、T3和T4的最佳反演深度分别为0~10cm、10~20cm、20~40cm、20~40cm。研究结果为无人机多光谱遥感监测农田土壤盐渍化提供了思路。 相似文献
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滴灌年限对土壤盐分分布及棉花的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
针对新疆盐碱地的改良及土壤次生盐渍化的问题,定点监测了121团开荒应用膜下滴灌技术种植棉花从第2年到第4年连续3年的盐分变化,并与荒地盐分对比。结果表明:滴灌2年,各个土层土壤含盐量在生育期初与生育期末变化较小,积盐现象与荒地相比有所减轻;随着滴灌年限的增加,各个土层土壤含盐量均呈减少趋势;滴灌4年后各个土层土壤含盐量再分布比较明显,0～20cm土层及120～140cm土层含盐量最大,40～60cm与80～100cm土层土壤含盐量较小,棉花根系主要分布的40～60cm土层土壤含盐量最小;滴灌4年土壤含盐量基本满足种子出苗,平均成活率从6.9%,增加到94.5%,但是棉花平均株高、平均单株铃数及产量仅为正常棉花的66%、53%和57%,相对较低。对于滴灌4年后的盐碱地应继续加大水盐调控的力度。 相似文献
6.
基于无人机遥感技术获取农田土壤盐分信息为盐渍化治理提供了快速、准确、可靠的理论依据。本文在内蒙古河套灌区沙壕渠灌域试验地上采集了取样点0～20cm的土壤含盐量，并使用M600型六旋翼无人机平台搭载Micro-MCA多光谱相机采集图像。利用Otsu算法对多光谱图像进行图像分类（土壤背景和植被冠层），基于分类结果分别提取剔除土壤背景前后的光谱指数和图像纹理特征，采用支持向量机（SVM）和极限学习机（ELM）构建土壤含盐量监测模型，其4种建模策略分别为:未剔除土壤背景的光谱指数(策略1)、剔除土壤背景后的光谱指数(策略2)、未剔除土壤背景的光谱指数+图像纹理特征(策略3)、剔除土壤背景的光谱指数+图像纹理特征(策略4)，通过比较4种建模策略的模型精度以筛选出最优变量组合。结果表明：策略3、4所计算出的土壤含盐量反演精度高于策略1、2，策略1~4验证集决定系数R2v分别为0.614、0.640、0.657、0.681，因此利用图像纹理特征+植被指数对提高土壤含盐量的反演精度有重要意义。对比策略3、4，图像纹理特征+植被指数受到土壤背景的影响，策略4精度低于策略3精度，其R2v分别为0.614、0.657；各变量处理的最优模型均为ELM模型，建模集R2c分别为0.625、0.644、0.618、0.683，标准均方根误差分别为0.152、0.134、0.206、0.155。相比于SVM模型,ELM模型提高了土壤含盐量的反演精度。 相似文献
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为了提高遥感信息与作物模型同化的估产精度,以山西省晋南地区的3个县为研究区,采用四维变分（Four-dimensional variational, 4DVAR）和集合卡尔曼滤波（Ensemble Kalman filter, EnKF）两种同化算法将高时空分辨率Sentinel多源数据反演的叶面积指数（Leaf area index, LAI）、土壤含水率（θ）和CERES-Wheat模型进行同化,对比两种算法同化LAI和θ的性能,并进行冬小麦产量估测。结果表明：两种同化算法均能结合遥感观测和作物模型模拟的优势,相比模型模拟值,同化精度均有所提高;4DVAR-LAI和4DVAR-θ的均方根误差 (Root mean square error, RMSE)分别比EnKF-LAI和EnKF-θ低0.1490m2/m2、0.0091cm3/cm3,且根据遥感实际监测值4DVAR-LAI更能精确识别冬小麦的物候期,与实际冬小麦生长发育的物候期更相符,因此在Sentinel多源数据与CERES-Wheat模型同化中,4DVAR算法的性能更好;由4DVAR同化后的LAI和θ双变量建立的估产模型,RMSE和平均相对误差（Mean relative error,MRE）小于CERES-Wheat模型模拟估产的RMSE和MRE,说明估产模型的估产误差小,采用4DVAR算法同化Sentinel多源数据与CERES-Wheat模型有效提高了冬小麦区域估产精度。 相似文献
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《灌溉排水学报》2019,(Z2)
【目的】掌握天津经济技术开发区土壤盐分的动态变化及分布情况,保证城市绿地的可持续性。【方法】通过长期定位监测,分析了研究区2007―2014年的土壤含盐量及pH值。【结果】研究区土壤含盐量整体上均呈逐年降低趋势,截至2014年3月研究区0～80 cm各层次土壤含盐量均在0.11%～0.14%之间,已经达到了滨海地区绿化种植土壤标准对土壤含盐量要求;土壤pH值整体随时间呈波动减小趋势,土壤pH值整体下降了0.33;研究区绿地土壤含盐量分布不均,但随着时间变化,研究区土壤总体的盐分水平分布的均一性有所提高,研究区土壤pH值分布较为均一。【结论】"暗管排盐"措施对天津经济技术开发区的绿地土壤盐分调控效果良好,但仍要加强对绿地土壤水盐动态的监测,减少土壤次生盐渍化的发生。 相似文献
9.
南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究——以库尔勒三十一团为例 总被引：1，自引：0，他引：1
《灌溉排水学报》2019,(9)
【目的】探明南疆干旱区土壤盐分空间分布特征和变异特征以及产生土壤盐分空间变异特征的原因。【方法】以库尔勒地区三十一团为例,采集该地区代表性的土壤样品,测试、分析了土壤样品不同土层的含盐量指标。【结果】①5个土层土壤含盐量均小于3 g/kg,均属于非盐化土;②5个土层土壤盐分的变异系数均属于中等变异性,其中0～20、40～60和80～100 cm接近于强变异性;③0～20 cm土层土壤盐分的半变异函数符合球状模型,20～40 cm土层土壤盐分的半变异函数符合指数模型,40～60、60～80和80～100 cm土层土壤盐分的半变异函数符合高斯模型;④研究区域土壤含盐量主要集中在1～3 g/kg之间,并且含盐量在2～3 g/kg土壤面积最大。【结论】研究区域土壤含盐量空间分布差异较大,各层土壤存在不同程度的盐渍化现象;土层的高盐分区主要集中分布在南北方向靠近沙漠、远离水库和地势较为低洼区域;垂直方向上,各层土壤含盐量差异不大。 相似文献
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为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区,将Sentinel-1雷达影像作为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量数据,通过组合两组雷达后向散射系数构建多种指数,并用灰度关联（Gray correlation degree,GCD）排除共线性强的指数,采用偏最小二乘回归（Partial least squares regression,PLSR）、分位数回归（Quantile regression,QR）和支持向量机（Support vector machine regression,SVM）3种方法,构建0~10cm、10~20cm不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,在3种回归方法中,SVM回归模型的精度最高,模型建模集决定系数R2c、验证集决定系数R2p均在04以上,建模集均方根误差RMSEc、验证集均方根误差RMSEp均小于03%,分位数回归模型次之,偏最小二乘回归模型最差;在各反演深度下,0~10cm深度的反演精度均高于10~20cm深度的反演精度,其中在0~10cm深度下SVM反演模型效果优于其他模型,R2c、R2p分别为0568和0686,RMSEc、RMSEp分别为0.201%和0.151%。本研究可为雷达遥感监测裸土期土壤盐渍化提供参考。 相似文献
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土壤盐渍化是影响农业可持续发展的重要制约因素,为准确及时地获取土壤中盐分含量,实现盐渍化精准监测,以内蒙古自治区巴彦淖尔市五原县境内的覆被农田为研究对象,探讨无人机多光谱遥感平台结合机器学习模型估测不同深度土壤含盐量的可行性。首先,利用无人机搭载五波段多光谱相机获取研究区域高时空分辨率遥感图像数据,并同步采集地面不同深度处土壤盐分数据,使用皮尔逊相关系数法(PCC)、极端梯度提升(XGBoost)和灰色关联分析法(GRA)对构建的光谱指数进行优选;然后,采用决策树(DT)、反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)4种机器学习方法建立植被覆盖下不同深度的农田土壤含盐量反演模型。结果表明,使用方案3(XGBoost-GRA)变量优选方法可以有效地筛选出敏感光谱指数,且基于此方法优选后的光谱指数建立含盐量估算模型的精度高于仅使用PCC或XGBoost法构建的反演模型。对比不同建模方法在不同土壤深度处的反演精度,可知随机森林RF模型整体表现最优,同时另外3种反演模型也取得了较好的预测效果,0～20 cm土壤深度处的预测效果是3个土壤深度中最优的,其中精度最高模型的决... 相似文献
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土壤水分是研究土壤-植物-大气循环系统中能量与物质交换的关键,通过尺度转换方法将无人机遥感数据上推以修正卫星数据,可有效改善卫星遥感反演模型精度。本文以河套灌区为研究对象,分别采用重采样和TsHARP升尺度法,引入多元线性回归(MLR)、BP神经网络(BPNN)和支持向量机(SVM)算法构建不同土壤深度下无人机-卫星升尺度土壤含水率反演模型。研究结果表明：重采样升尺度法在不同土壤深度下模型整体精度由高到低依次为SVM、MLR、BPNN,其中在土壤深度0～60 cm下采用SVM模型最优,R2达到0.571,RMSE为0.022%;TsHARP升尺度法在不同土壤深度下模型整体精度由高到低依次为BPNN、SVM、MLR,其中在土壤深度0～60 cm下采用BPNN模型最优,R2达到0.829,RMSE为0.015%。与升尺度修正前对应土壤深度模型对比,两种升尺度方法均能明显提高卫星遥感对土壤含水率的反演精度,但TsHARP升尺度法整体优于重采样法;重采样法的R2由0.413提升至0.571,RMSE由0.026%降至0.022%... 相似文献
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伊犁察南灌区土壤盐分时空变异特征与运移机理研究 总被引：6，自引：0，他引：6
以伊犁河谷察南灌区为研究区,运用磁感式电导率快速获取技术及室内分析相结合手段,通过构建盐分解译模型,获取2015年及2016年秋季0~30 cm、30~60 cm、60~100 cm土壤盐分含量。对土壤各土层进行了盐渍化分级统计和半方差函数分析及空间插值分析。对研究区高程信息进行提取,并通过调查河流影响范围对河流进行缓冲区分析。旨在构建适用于研究区及同类型灌区磁感式盐渍土地快速精量诊断评估与利用规划技术体系,了解干旱、半干旱区灌溉农田土盐时空变异特征,并对土盐时空运移机理进行研究。初步研究表明,相比于2015年秋季,2016年秋季研究区非盐化土面积显著减小,中度盐化土面积显著增加,非盐化土、轻度盐化土呈现向中度盐化土演变的趋势;研究区土壤盐分呈现向中部及东部区域运移的趋势,盐化土面积增加,且盐分含量均值增大;另外,在空间大尺度范围上,河流是影响土盐运移的主要影响因素,在局域小尺度范围内,地势是影响土盐运移的主要影响因素。 相似文献
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基于距离反比法的土壤盐分三维空间插值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
以新疆兵团一块面积约70 hm2的盐碱地为研究对象,采用EM38与土钻取样相结合的方法得到了126个点不同土层(0~200 cm)的1 386个土壤盐分数据,应用三维距离反比法(3D-IDW)对土壤盐分进行了空间插值,探讨了垂向坐标扩大倍数和搜索点数对插值结果精度的影响。结果表明,研究区0~140 cm土层盐分平均含量较高,为1.84~2.11 g/kg,盐分变异较大,而140~200 cm土层盐分平均含量较低,为1.74~1.79 g/kg。所有土层盐分含量的统计特征值(平均值、标准差和变异系数等)均随土层加深而呈现递减的趋势。土壤盐分实测值和估计值的均方根误差随垂向坐标扩大倍数的增大而减小,随搜索点数的增加而增大,其值在0.1~0.4 g/kg范围内变化,当垂向坐标扩大300倍、搜索点数为6个时,插值效果较优。采用确定的参数对研究区的土壤盐分进行了三维空间插值,结果表明土壤盐分空间分布特征与实测值比较吻合,大部分区域土壤盐分含量小于2.5 g/kg,靠近北部和南部边界区土壤含盐量较低,属于非盐化土区,而大于4 g/kg盐化土主要分布在中间和南部局部区域。研究区80%土壤为非盐化土和轻度盐化土,20%为中度和重度盐化土。影响该区盐化土分布的主要因素有灌溉、局部地形、粘土层位置、地下水埋深和矿化度。当不同方向的取样间距相差很大时,选取合适的垂向坐标扩大倍数和搜索点数对保障3D-IDW法的插值结果精度至关重要。 相似文献
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河套灌区节水灌溉对土壤盐分累积规律的模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在内蒙古河套实施农业节水对引黄灌区水资源可持续利用具有非常重要的意义。通过河套灌区土壤水盐动态的原位监测,并应用水盐运移和作物耦合模型HYDRUS-EPIC对不同灌溉条件下葵花土壤盐分累积规律进行分析。研究结果表明:现状滴灌条件下葵花生育期土壤表层(0~10cm)盐分呈累积趋势,全盐含量分别比传统地面灌溉和等量地面灌高115%和37%;葵花生育期0~100cm增加的全盐量(ΔC)滴灌比传统地面灌溉高305%,比等量地面灌溉低23%,淋洗是灌区滴灌不可或缺的抑盐措施;滴灌条件下葵花的产量比传统地面灌小6.5%;滴灌产量比等量地面灌高11.7%,增产效果明显。 相似文献
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Neelam Patel 《Agricultural Water Management》2008,95(12):1335-1349
Subsurface drip irrigation provides water to the plants around the root zone while maintaining a dry soil surface. A problem associated with the subsurface drip irrigation is the formation of cavity at the soil surface above the water emission points. This can be resolved through matching dripper flow rates to the soil hydraulic properties. Such a matching can be obtained either by the field experiments supplemented by modeling. Simulation model (Hydrus-2D) was used and tested in onion crop (Allium cepa L.) irrigated through subsurface drip system during 2002-2003, 2003-2004 and 2004-2005. Onion was transplanted at a plant to plant and row to row spacing of 10 cm × 15 cm with 3 irrigation levels and 6 depths of placement of drip lateral. The specific objective of this study was to assess the effect of depth of placement of drip laterals on crop yield and application of Hydrus-2D model for the simulation of soil water. In sandy loam soils, it was observed that operating pressures of up to 1.0 kg cm−2 did not lead to the formation of cavity above the subsurface dripper having drippers of 2.0 l h−1 discharge at depths up to 30 cm. Wetted soil area of 60 cm wide and up to a depth of 30 cm had more than 18% soil water content, which was conducive for good growth of crop resulting in higher onion yields when drip laterals were placed either on soil surface or placed up to depths of 15 cm. In deeper placement of drip lateral (20 and 30 cm below surface), adequate soil water was found at 30, 45 and 60 cm soil depth. Maximum drainage occurred when drip lateral was placed at 30 cm depth. Maximum onion yield was recorded at 10 cm depth of drip lateral (25.7 t ha−1). The application of Hydrus-2D confirmed the movement of soil water at 20 and 30 cm depth of placement of drip laterals. The model performance in simulating soil water was evaluated by comparing the measured and predicted values using three parameters namely, AE, RMSE and model efficiency. Distribution of soil water under field experiment and by model simulation at different growth stages agreed closely and the differences were statistically insignificant. The use of Hydrus-2D enabled corroborating the conclusions derived from the field experimentation made on soil water distribution at different depths of placement of drip laterals. This model helped in designing the subsurface drip system for efficient use of water with minimum drainage. 相似文献
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Evapotranspiration data assimilation with genetic algorithms and SWAP model for on-demand irrigation 总被引：3，自引：1，他引：2
Evapotranspiration (ET) is one of the indicators of water use efficiency. Periodic information of ET based on remote sensing
is useful for an on-demand irrigation (ODI) management. The main objective of this paper was to develop an ET data assimilation
scheme to optimize the parameters of an agro-hydrology model for ODI scheduling. The soil, water, atmosphere, and plant (SWAP)
simulation model has been utilized for this purpose. We computed remote sensing-based ET for a wheat field in the Sirsa Irrigation
Circle, Haryana, in India using 18 cloud-free moderate resolution imaging spectroradiometer images taken between December
2001 and April 2002. The surface energy balance algorithm for land (SEBAL) was used for this purpose. Because ET estimates
from SEBAL provide information on the surface soil moisture state, they were treated as observations to estimate unknown parameters
of the SWAP model via a stochastic data assimilation (genetic algorithm) approach. The SWAP parameters were optimized by minimizing
the residuals between SEBAL and SWAP model-based ET values. The optimized parameters were used as input to SWAP to estimate
soil water balance for ODI scheduling. The results showed that the selected parameters (i.e. sowing, harvesting, and irrigation
scheduling dates) were successfully estimated with the data assimilation methodology. The SWAP model produced reasonable states
of water balance by assimilating ET observations. The root mean square of error was 0.755 and 2.132 cm3/cm3 for 0–15 and 15–30 cm soil depths the same layers, respectively. With optimized parameters for ODI, SWAP predicted higher
yield and water use efficiency than traditional farmer’s irrigation criteria. The data assimilation methodology produced can
be considered as an operational tool at the field scale to schedule irrigation or predict irrigation requirements from remote
sensing-based ET. 相似文献
18.
基于Hydrus-1D模型的冬小麦根系层水分渗漏分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用Hydrus-1D模型模拟了河北省石津灌区冬小麦水分渗漏情况。结果表明,研究区40％的灌溉降雨量和38％的总供水量流出了200cm边界层,通过设置12种方案得到初始饱和度、2次春灌水量是影响灌区渗漏的主要因素,而二水时间间隔和第一水灌水日期影响相对较小。通过设置426种方案,分别得到了不同初始饱和度时,2次春灌灌水... 相似文献
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顺序同化不同时空分辨率LAI的冬小麦估产对比研究 总被引：3，自引：0，他引：3
选择PyWOFOST模型为动态模型,以叶面积指数(LAI)为状态变量,遥感LAI为观测值,采用集合卡尔曼滤波(En KF)同化算法,研发了一种遥感LAI与作物模型同化的区域冬小麦产量估测系统。为消除云的污染,采用Savitzky-Golay(S-G)滤波算法重构时间序列MODIS LAI;通过构建地面观测LAI与3个关键物候期Landsat TM植被指数回归统计模型,获得区域TM LAI;通过融合3个关键物候期的TM LAI与时间序列S-G MODIS LAI,生成尺度转换LAI。对比分析3种不同时空分辨率的遥感LAI的同化精度,研究结果表明,同化尺度转换LAI获得了最高的同化精度,与官方县域统计产量相比,在潜在模式下,决定系数由同化前的0.24提高到0.47,均方根误差由602kg/hm2下降到478 kg/hm2。结果表明,遥感观测与作物模型的尺度调整对提高冬小麦同化模型精度具有重要作用,遥感LAI与作物模型的En KF同化方法是一种有效的区域作物产量估测方法。 相似文献