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以南方地区15个辐射站1981-2014年逐日常规气象资料和大气顶层辐射(Ra)为输入参数,以辐射站观测的逐日地表总辐射量(R_s)为对照,分别利用1981-2009年气象资料以及5种经验模型(?ngstr?m-Presscott模型、Bahel模型、Bristow-Campbell模型、Chen模型和Hargreaves模型)和12种不同参数组合形式的广义回归神经网络(GRNN)建立R_s估算模型,并对以上模型模拟效果进行对比分析,利用2010-2014年数据对各模型模拟精度进行验证,最后采用相邻站点资料建立模型,使用本站数据评价模型的适用性。结果表明:经验模型中Chen模型精度最高,其次是Bahel模型,Bristow-Campbell模型与Hargreaves模型相比在大部分站点精度相差不大。当缺乏本地资料时,Bahel模型精度最高的站点有9个,而Chen模型最适宜的站点为7个;15个站中有13个站点B-C模型比Hargreaves模型精度更高,但在武汉站和赣州站,Hargreaves模型精度更高,其RMSE降低约14%。输入参数为日照百分比时GRNN模型的平均RMSE最低,优于Bahel和Chen模型,但其各站平均RMSE相差不足2%。当仅有本站气象资料时,GRNN模型与Bristow-Campbell模型和Hargreaves模型相比,其RMSE下降约14%,但使用邻近站点数据建模时,由于光滑因子在各站差异较大,GRNN模型与Bristow-Campbell模型和Hargreaves模型精度相差不大。因此,考虑到GRNN模型建模较复杂,故认为Bahel模型和Chen模型为南方地区更适宜的R_s估算模型。 相似文献
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五个常见日太阳总辐射模型在华北地区的有效性验证及分析 总被引：1，自引：0，他引：1
在地学、农学等领域,日总辐射量是一个很重要的参数,但相比常规气象观测站,全球辐射观测站的数量却很少,因此,太阳辐射的估算一直受到重视。本文在分析比较前人建立的太阳总辐射模型的基础上,选取较常见且有代表性的5个模型：Angstrom-Prescott模型（I）、Ogelman模型（II）、Bahel模型（III）、日照百分率和气温日较差综合模型（IV）和刘可群等模型（V）。用华北地区6个代表站点2001-2010年的逐日太阳总辐射观测数据,按照整个分析期（10a）、不同季节、不同天气3种情况,对5个模型模拟的效果进行对比与分析。结果表明：（1）5个模型在各代表站点模拟的逐日太阳总辐射值与该站实测值间具有极显著的正相关关系（P≤0.01）,相关系数（R）均在0.93以上,平均绝对误差（MAPE）均在9.68%～17.56%,归一化均方根误差（NRMSE）在12.47%～23.12%,模拟结果大多为“好”,个别为“可以接受”,说明5个模型及相应的系数适合估算华北地区日太阳总辐射。（2）分析期内,5个模型在6个站点的MAPE平均值分别为14.28%、14.93%、12.78%、12.27%、13.01%,相应的NRMSE平均值分别为18.80%、19.71%、17.09%、16.27%、17.24%,模拟结果为“好”,其中模型IV误差最小,但与模型III和V无显著差异。（3）模型I-V的MAPE平均值在春季依次为11.97%、12.19%、11.17%、10.86%、11.24%,相应的NRMSE平均值依次为15.46%、15.75%、14.27%、13.95%、14.27%;夏季MAPE平均值依次为14.46%、15.47%、13.32%、12.45%、13.36%,相应的NRMSE平均值依次为18.89%、20.21%、17.21%、16.22%、17.05%;秋季MAPE平均值依次为14.81%、15.65%、12.67%、12.19%、12.20%,相应的NRMSE平均值依次为18.94%、20.00%、16.66%、15.94%、15.95%;冬季MAPE平均值依次为18.08%、18.56%、15.19%、14.99%、14.11%,相应的NRMSE平均值依次为22.52%、23.28%、19.42%、19.06%、18.31%。总体上,四个季节的模拟结果大多为“好”,个别为“可以接受”;春、夏、秋季,模型IV误差最小;在冬季模型V最小,模型IV次之。（4）模型I-V的MAPE平均值,在有日照时,依次为11.23%、12.03%、9.52%、9.32%、9.94%,相应的NRMSE平均值依次为14.92%、15.92%、12.75%、12.44%、13.13%。模拟结果均为“好”,其中模型IV误差最小;无日照时,MAPE平均值依次为49.25%、47.92%、49.71%、46.03%、45.51%,相应的NRMSE平均值依次为61.92%、62.09%、61.89%、58.02%、55.70%,模拟结果均为“不好”。综合分析可知,5个模型均可用于估算华北地区日太阳总辐射,但模型IV即日照百分率和气温日较差综合模型精度最高。 相似文献
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在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网（AErosol RObotic NETwork,AERONET）中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S（Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum）辐射传输模式,计算出2001-2014年研究站点的气溶胶直接辐射效应,评估了APSIM（Agricultural Production Systems Simulator）作物模型的适用性,运用验证适用的APSIM模型分析了气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响。结果表明：1）验证后的APSIM玉米模型在我国北京、香河和太湖玉米产区具有较好的适用性。APSIM模型在模拟玉米的发育期以及产量中的模拟结果较好,其中各站点产量的相对均方根误差（NRMSE）为1.55%~6.24%,一致性指标（D）为0.80~0.99,决定系数（R2）为0.75~1.00。2）气溶胶使得太阳直接辐射降低;降低的趋势主要受气溶胶的净辐射通量的影响。2001-2014年期间北京、香河和太湖总辐射量分别降低31.95%、14.74%和28.30%。3）气溶胶直接辐射效应造成玉米减产。2001-2014年期间气溶胶直接辐射效应使得北京、香河和太湖玉米产量分别减少28.44%、14.89%和13.43%。总体来说,2001-2014年期间大气气溶胶直接辐射效应使得我国北京、香河和太湖3个高污染区的玉米产量减少13.43%~28.44%。 相似文献
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基于气象资料的日辐射模型在中国西北地区适用性评价 总被引：2，自引：2，他引：0
地表总辐射(Rs)是作物生长模型率定、蒸散量估算、灌溉制度制定和太阳能资源利用的重要基础数据。为有效提高辐射资源利用率,该文基于中国西北地区10个气象站点1993-2016年气象数据对9种不同日辐射模型进行适用性评价。采用非线性回归分析法对Bristow-Campbell(B-C)模型进行参数属地化修正,得到B-C校正模型。模型适用性评价结果表明:9种模型在西北地区的辐射模拟值和实测值均呈极显著相关(P0.01);基于日照时数的日辐射模型(?ngstr?m-Prescott、Ogelman、Bahel、Louche、Almorox-Hontoria、Glower-Mc Culloch,其R2介于0.875~0.954)计算精度高于基于温度的模型(Hargreaves-Samani、Annandale、Bristow-Campbell,其R2介于0.652~0.813);其中基于日照时数的模型中Bahel模型精度最高,其次是Ogelman和Glower-Mc Culloch模型,其RMSE分别为2.282、2.309和2.313 MJ/(m~2·d),n RMSE分别为14.0%、14.2%和14.2%,MAE分别为1.666、1.701和1.697 MJ/(m~2·d),Nash-Sutcliffe系数(NS)分别为0.905、0.903和0.902;基于温度的日辐射模型中B-C校正模型精度最高,其RMSE为3.819 MJ/(m~2·d),n RMSE为23.3%,MAE为2.680 MJ/(m~2·d),NS为0.741。因此,西北地区日辐射计算当仅有日照时数资料时推荐使用Bahel模型,当仅有温度资料时推荐使用Bristow-Campbell校正模型。 相似文献
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1961—2010年气候变化对西南冬小麦潜在和
雨养产量影响的模拟分析 总被引：6，自引：3，他引：3
利用农业气象试验站作物资料及土壤资料,评价 APSIM-Wheat 模型在西南地区的适应性,应用该模型分析该地区1961—2010年冬小麦潜在和雨养产量的时空变化特征,通过逐步回归分析揭示小麦生长季主要气象因子对潜在产量和雨养产量的影响及相对贡献率。研究结果表明： APSIM 模型对该区5个常用小麦品种的模拟效果较好,模拟与实测生育期的均方根误差(RMSE)在7.0 d 以内,地上部分生物量和产量模拟值与实测值的归一化均方根误差(NRMSE)均低于25%,模型在西南地区具有较好的适应性。1961—2010年研究区域36%的站点冬小麦生长季总辐射显著降低,其中北部、东南部和南部中区最显著;68%的站点生长季≥0℃有效积温显著增加,西部增温显著;30%的站点生长季平均气温日较差显著减小,南部中区最显著;全区生长季总降水大面积减少但不显著,减少区主要位于最南端和东南部。模拟的冬小麦潜在产量在65%的站点呈显著减产趋势,南部中区和北部变化最明显;雨养产量在25%的站点显著降低,北部地区较明显,全区减产趋势较弱。减产显著的站点中,生长季辐射降低、温度升高、气温日较差减小对潜在产量降低的贡献率分别为45%、36%和2%,对雨养产量降低的贡献率分别为36%、39%和－8%,而降水减少对雨养产量降低的贡献率为7%。西南冬小麦生长季辐射降低、温度升高及降水减少共同导致了冬小麦潜在和雨养产量的显著下降,而气温日较差的降低对冬小麦潜在和雨养产量的影响分别表现为负作用和正作用,整体上辐射和温度的影响程度最大。 相似文献
6.
日光温室内太阳辐射估算模型的构建 总被引：2，自引：2，他引：0
日光温室内不同位置的太阳辐射量是作物光合和蒸腾模拟模型的重要参数,也是研究温室内墙体能量收支平衡方程的重要因子。该文研究了温室围护结构对太阳辐射的遮蔽,建立了可蔽视角的计算公式,在此基础上估算了晴天温室内任一位置的太阳直接辐射、散射辐射和太阳总辐射,并以辽沈Ⅱ型日光温室为例,将模拟结果与实测结果进行了比较,对造成模拟误差的可能原因进行了分析。研究结果表明:日光温室内模拟的散射辐射和总辐射的日变化与实测值趋势较为一致,模拟值要略高于实测值,平均偏高6.4%和8.8%,误差的可能来源有大气透明系数、棚膜透光率的估算误差、承重骨架的遮蔽及人为观测的误差。研究结果可为日光温室内不同位置作物光合蒸腾模拟、群体光分布模拟、围护结构能量平衡等模拟模型提供参考。 相似文献
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玉米/大豆间作条件下作物生物量积累模型 总被引：1，自引：0，他引：1
通过不同间作比例的玉米/大豆间作试验,建立了基于辐射截获与利用的玉米/大豆间作群体生长和产量的模拟模型。作物总生物量和产量为光合有效辐射(PAR)、辐射截获率(F)以及辐射利用效率(RUE)的函数,根据太阳辐射(SR)与PAR的比例可估算PAR,采用Keating和Carberry建立的公式计算F值,利用生长度日(GDD)确定作物的出苗、开花与成熟时期。模拟结果表明模型能够较为准确地模拟水分充足条件下间作群体的总生物量和产量。 相似文献
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Stacking集成模型模拟膜下滴灌玉米逐日蒸散量和作物系数 总被引：2，自引：2，他引：0
为准确模拟膜下滴灌玉米逐日蒸散量和作物系数,该研究以4个经典机器学习模型:随机森林(Random Forest,RF)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BP)和Adaboost集成学习模型(Adaboost,ADA)为基础,基于Stacking算法建立了集成学习模型(Linear Stacking Model,LSM)对膜下滴灌玉米逐日蒸散量和作物系数进行模拟。并将LSM的模拟精度与RF、SVM、BP和ADA模型的模拟精度相比较,结果表明:1)RF、SVM、BP和ADA模型模拟膜下滴灌玉米的逐日蒸散量和作物系数时的相对均方根误差均大于0.2;2)相比RF、SVM、BP和ADA模型,LSM模型提高了玉米逐日蒸散量和作物系数模拟精度。LSM模拟的膜下滴灌玉米的作物系数相比于FAO推荐值更接近实测值;3)日序数、平均温度、株高、叶面积指数和短波辐射5个特征对玉米膜下滴灌玉米日蒸散量和作物系数影响最高,基于这5个特征建立的LSM模型模拟膜下滴灌玉米的蒸散量和作物系数的R2分别为0.9和0.89,相对均方根误差分别为0.23和0.16。因此,建议在该研究区使用日序数、平均温度、株高、叶面积指数和短波辐射5个特征参数建立LSM模型模拟膜下滴灌玉米蒸散量和作物系数。该研究可为高效节水条件下作物蒸散量和作物系数的精准模拟和合理制定灌溉制度提供参考。 相似文献
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为探究马铃薯专用生长模拟模型SOLANUM对甘肃省中东部马铃薯产量预测的适用性,并分析该地区主要气候因子对马铃薯产能差的影响。本试验以3个马铃薯基因型为参试材料,利用SOLANUM模型计算并校准甘肃省天水市和定西市马铃薯模型参数,并对SOLANUM模型进行统计学的模型评价。结果表明,SOLANUM模型在甘肃省适用性评价中,产量和冠层覆盖度模拟结果相对均方根误差(RRMSE)均在16%~76.2%之间,模型效应系数(EF)在0.068~0.805之间。相关性分析表明,产能差变化与太阳辐射变化相关系数为0.8,与年降雨量变化相关系数为0.71;潜在产量与年降雨量相关系数为0.92,与太阳辐射相关系数为0.78;实际产量与年降雨量相关系数为0.89,与太阳辐射相关系数为0.68。综上,SOLANUM模型对甘肃省中东部地区马铃薯潜在产量和冠层覆盖度模拟具有适用性,但还需对马铃薯生长发育和生育期长短的估算进行深入研究,从而提高模型模拟精度和适用性。为缩小产能差,甘肃省应选择晚熟抗旱马铃薯品种种植。本研究结果为补充SOLANUM模型模拟精度和提高甘肃省马铃薯潜在产量提供了决策依据。 相似文献
11.
多模式集合模拟气候变化对玉米产量的影响 总被引：2，自引：1，他引：1
气候模式驱动作物模型是气候变化影响评估的主要手段。但是,单一气候模式输出和作物模型的结构差异使得研究结果存在不确定性。多模式集合的概率预估可以有效减少研究结果的不确定性。为此,本文利用1981—2009年东北地区海伦、长岭、本溪3地区农业气象站的历史气象资料和玉米作物数据,分别建立了作物统计模型并验证了APSIM机理模型在研究区域的适用性。在此基础上,与CMIP5在RCP4.5情景下的8个全球模式结合,尝试基于多模式集合评估了未来2010—2039年时段和2040—2069年时段气候变化对玉米产量的可能影响(相对于1976—2005年基准时段)。研究结果表明,APSIM模型对玉米生长发育和产量形成有很好的模拟能力。玉米生育期的模拟误差(RMSE)为3~4 d,产量的RMSE为0.6~0.8 t?hm~(-2)。建立的产量统计模型表明,玉米出苗阶段(5月中旬)的温度增加对产量增加有积极作用,而开花到成熟阶段(7月中旬到9月上旬)的温度和降水的增加、光照的不足均不利于产量增加。与1976—2005年基准时段相比,气候因素影响下2010—2039年玉米产量减少3.8%(海伦)~7.4%(本溪),减产的概率为64%(长岭)~73%(本溪);2040—2069年时段减产6.4%(海伦)~10.5%(本溪),减产的概率为74%(海伦)~83%(本溪)。未来2010—2039年时段和2040—2069年时段基于机理模型模拟的产量降低分别为6.6%(海伦)~8.9%(本溪)和9.7%(海伦)~13.7%(本溪),均高于相应时段基于统计模型得到的0.9%(海伦)~6.0%(本溪)和2.0%(长岭)~7.3%(本溪)减产结果。 相似文献
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陇东地区几种旱作作物产量对降水与气温变化的响应 总被引：3，自引：1，他引：2
研究作物产量对气候变化的响应,对于指导区域农业生产,保障粮食安全和生态安全具有一定的理论指导意义。结合大田试验与农业生产系统模拟模型(Agricultural Production Systems Simulator,APSIM),在验证模拟研究区冬小麦、玉米和紫花苜蓿产量可靠性的基础上,分析5个降水变化梯度(降水量不变、降低10%和20%、升高10%和20%)和5个气温变化梯度(不变、降低1.5和1℃、升高1.5和1℃)组合情景下3种作物的产量变化趋势。结果表明:APSIM模型在试验点对3种作物籽粒产量和生物量的模拟精度较高,决定系数R2在0.80~0.93之间,归一化均方根误差在11.35%~22.48%之间,模型有效系数在0.53~0.91之间。冬小麦、玉米和紫花苜蓿在气温升高、降水量减少的情景下减产,减产的最大幅度分别为38.7%、40.3%和41.8%;冬小麦、紫花苜蓿的在气温降低、降水量增加时增产,增产的最大幅度分别为29.8%和51.7%;玉米在降水量增加、温度不变的情景下增产幅度最大,为22.0%。总之,在研究范围内,3种作物的产量随降水的增加而增高;玉米的产量随气温升高先增高后降低,另2种作物的产量随气温的升高而降低;紫花苜蓿适应气候变化的能力最强。结果对明确黄土高原地区主要作物的生产走势,制订农业布局、管理措施等具有一定意义。 相似文献
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The simulation of phenological development in dynamic crop model: The Bayesian comparison of different methods 总被引：2，自引：0，他引：2
Andrej CeglarAuthor Vitae Zalika ?repinšekAuthor Vitae 《Agricultural and Forest Meteorology》2011,151(1):101-115
The main objective of our study was to use Bayesian methods to quantify the uncertainties related to phenological development of maize (Zea mays L.) under various climate conditions. For this purpose, five different phenological methods were implemented in the dynamic crop growth model, which was subsequently optimized, using the data acquired at three different locations in Slovenia. The sensitivity analysis of the crop model was performed in order to find the set of most influential physiological parameters. Subsequent Bayesian model comparison was used in order to quantify the impact of phenological method selection on the final maize yield. The results revealed the importance of using an appropriate phenological method in order to correctly estimate the duration of the growing season and yield, when used within dynamic crop model. The limitations of the phenological methods used in this study are discussed. The selection of phenological method itself did not have a significant influence on the yield estimation, except in years with high temperatures and limiting water conditions. This raises the concern that inaccurate simulation of phenological development may increase the uncertainties of impact assessment on crop yield where crop models are fed with future climate projections. 相似文献
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基于水氮管理与种植结构优化的作物丰产高效管理策略 总被引：3，自引：3，他引：0
河西走廊农业生产受到水资源短缺与农业资源利用效率低的限制,制约着该地区的种子、粮食生产与农业可持续发展战略。该研究构建了考虑作物水氮需求量、降雨量、土壤初始含氮量的水氮管理制度优化方法,并结合所构建的考虑空间尺度作物产量与水氮利用效率的多目标种植结构优化方法,为河西走廊制种玉米、大田玉米和小麦制定丰产高效的水氮管理与种植结构调整策略,从而实现作物产量和水氮利用效率的协同提升。结果显示：优化的水氮管理制度相比管理现状可减少单位面积灌水量9.1%～27.3%、施氮量26.6%～50.0%;以作物产量和水氮利用效率最大为目标,以种植面积、产量需求和水氮投入量为约束,调整制种玉米、大田玉米和小麦的种植面积与空间分布,优化后制种玉米和小麦种植面积减少、大田玉米种植面积增加,总种植面积减少4 874.8 hm2,且作物种植空间分布较优化前差异明显;水氮管理与种植结构优化协同作用可以在水氮用量分别减少0.29×109 m3和3.36×107 kg的情况下,作物总产量提升0.16×109 kg,区域灌溉水生产力和氮肥利用效率分别提升0.62 kg/m3和18.97 kg/kg。该研究可以为产粮区和缺水区的作物丰产高效和农业可持续发展提供科学指导与决策参考。 相似文献
15.
基于作物生长模型和遥感数据同化的区域玉米产量估算 总被引：11，自引：7，他引：4
为了将遥感观测到的玉米生长期间作物冠层方向反射波谱的时间序列变化信息用于区域玉米产量估算,该文将时间序列中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据和高空间分辨率LandsatTM遥感观测数据相结合,以叶面积指数(LAI)作为耦合作物生长模型(crop environment resource synthesis-Maize,CERES-Maize)和植被冠层反射率模型(scattering by arbitrarily inclined leaves,SAIL)的关键参数,提出了将耦合模型与时间序列遥感观测数据同化进行区域玉米产量估算的方案。该文选择吉林省榆树市为研究区,采用MODIS和LandsatTM2种尺度数据集,利用SCE-UA(shuffled complex evolution method developed at the University of Arizona)算法分别进行玉米产量同化估产研究,得到玉米单产空间分布的估计结果,结合遥感估算的种植面积求算榆树市玉米总产量。结果表明,与玉米统计总产量相比,2007、2008和2009年遥感数据同化估算的总产量误差分别为9.15%、14.99%和8.97%;与仅利用CERES-Maize模型模拟得到的产量误差相比,3a间遥感估算总产量的误差分别减小了7.49%、1.21%和5.23%,且采用MODIS和TM遥感数据估算的玉米产量表现了其空间差异性。利用榆树市3a间玉米产量的明显差异,分析了时序遥感数据对作物长势和产量变化信息的表达能力,同年份内时序归一化差值植被指数越大,对应的玉米产量越高;年际间遥感观测反射率的差异通过数据同化方法能够反映年际间玉米产量差的变化。该文提出的玉米估产方案为将来进一步结合多源遥感数据、植被冠层反射率模型与作物生长模型进行区域玉米估产研究提供了参考。 相似文献
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干旱是影响华北地区冬小麦产量的主要农业气象灾害之一,作物生长模型是评估干旱对作物产量影响主要方法之一,但作物生长模型对极端天气气候条件下（如干旱）作物产量模拟效果仍存在不确定性。为提高作物模型在干旱条件下对作物产量模拟的精准性,该研究利用调参验证后的农业生产系统模型（agricultural production systems simulator,APSIM）,通过查阅与华北地区冬小麦相关的186篇大田试验文献获得1 876对观测数据,以作物水分亏缺指数为干旱指标,评估APSIM模型在冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对产量影响的模拟效果,提出APSIM在拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对小麦产量影响的修正系数。基于历史气候条件、SSP245和SSP585未来气候情景资料,分析了冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱时空分布特征,并采用修正系数校正后的APSIM模型评估华北地区冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段不同等级干旱对其产量的影响。结果表明,APSIM模型低估了拔节-开花阶段干旱对冬小麦产量影响程度,轻旱、中旱和重旱校正系数分别为0.85、0.91和0.85;APSIM模型可准确模... 相似文献