【摘要】：作物干旱是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的主要因素。實(shí)時(shí)識(shí)別與監(jiān)測(cè)作物干旱的發(fā)生發(fā)展是科學(xué)地預(yù)防和減緩作物干旱災(zāi)害影響的關(guān)鍵。本論文以夏玉米為研究對(duì)象,利用高光譜監(jiān)測(cè)技術(shù),基于2014-2015年夏玉米對(duì)不同灌水量響應(yīng)的野外模擬試驗(yàn)資料,重點(diǎn)研究了從作物系統(tǒng)干旱到作物光合生理干旱的3個(gè)作物干旱敏感指標(biāo)(陸-氣溫差、冠層含水量和冠層吸收光合有效輻射比)在不同灌水量和不同生育期的變化特征,建立了夏玉米干旱敏感指標(biāo)的遙感反演模型,可為農(nóng)業(yè)干旱遙感應(yīng)用提供技術(shù)支持。主要結(jié)論如下:(1)表征作物系統(tǒng)干旱的陸-氣溫差隨生育期推進(jìn)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。同一生育期灌水越少的處理,陸-氣溫差越大;灌水越多的處理,陸-氣溫差越小。隨夏玉米生育進(jìn)程的推進(jìn),土壤水分的變化顯著影響了夏玉米農(nóng)田的陸-氣溫差。土壤水分虧缺越嚴(yán)重,陸-氣溫差越高。在整個(gè)水分處理期間,歸一化植被指數(shù)是陸-氣溫差的主要影響因子且兩者呈顯著的線性關(guān)系,但不同生育期陸-氣溫差還受其他因子的影響:三葉期之后,還受冠層吸收光合有效輻射比的影響,且呈顯著的線性關(guān)系;三葉期至拔節(jié)期,還受土壤相對(duì)濕度和空氣相對(duì)濕度的影響,且呈顯著線性關(guān)系。據(jù)此,建立了土壤、生物和氣象因子綜合影響的陸-氣溫差遙感反演模型。驗(yàn)證表明,夏玉米全生育期的陸-氣溫差模型可以解釋2015年陸-氣溫差變異的63%,分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期的遙感反演模型則可解釋2015年陸-氣溫差變異的79%,表明分生育期模型能夠更好地反映干旱狀況。(2)冠層含水量隨生育期推進(jìn)呈先增后減趨勢(shì)。WI指數(shù)、MSI指數(shù)、GVMI指數(shù)、WI/NDVI指數(shù)、WI/CIgreen指數(shù)和紅邊反射率曲線面積光譜指標(biāo)反演夏玉米三葉期的冠層含水量(EWTc)模型均未通過顯著性檢驗(yàn),三葉期后各指標(biāo)反演EWTc模型均通過0.001水平的顯著性檢驗(yàn),且模型精度依次為:抽雄期拔節(jié)期灌漿期乳熟成熟期七葉期。6個(gè)指標(biāo)反演七葉期和拔節(jié)期的可燃物含水量(FMC)均通過0.001水平的顯著性檢驗(yàn),其中WI/NDVI指標(biāo)反演三葉期FMC通過顯著性檢驗(yàn),拔節(jié)期后6個(gè)光譜指標(biāo)均不能反演夏玉米FMC。綜合表明,同一光譜指標(biāo)反演夏玉米不同生育期葉片和冠層含水量的精度差異較大。冠層和葉片尺度含水量指標(biāo)均可以反映夏玉米生長(zhǎng)狀況,但是光譜指標(biāo)反演夏玉米葉片和冠層含水量指標(biāo)的精度與夏玉米生育期有很大關(guān)系,進(jìn)而提出了夏玉米不同生育期含水量反演模型。(3)冠層吸收光合有效輻射比(fAPAR)在輕度干旱條件下隨著生育期的推進(jìn)呈增加趨勢(shì),且fAPAR變化范圍較大。干旱越嚴(yán)重,夏玉米生長(zhǎng)狀況越差,fAPAR越小。隨著干旱程度的增加,可見光區(qū)和短波紅外光區(qū)的反射率升高,近紅外光區(qū)的反射率呈降低趨勢(shì),近紅外光區(qū)的水分吸收波段對(duì)水分脅迫的響應(yīng)較弱。高光譜反射率及其變換數(shù)據(jù)可以有效地估算冠層fAPAR。fAPAR與可見光光區(qū)和短波紅外光區(qū)反射率呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,與近紅外波段反射率呈正相關(guān)關(guān)系。fAPAR與可見光光區(qū)反射率相關(guān)性最好,其次是短波紅外光區(qū),近紅外光區(qū)相對(duì)較差。一階導(dǎo)數(shù)光譜反射率與fAPAR在黃邊位置(550-640 nm)呈負(fù)相關(guān)且相關(guān)性最強(qiáng),在紅邊位置(680-760 nm)呈正相關(guān)關(guān)系,在短波紅外波段(1500-1641nm)呈正相關(guān)關(guān)系且相對(duì)穩(wěn)定。以上波段一階導(dǎo)數(shù)光譜反射率與fAPAR相關(guān)性強(qiáng)于反射率與fAPAR相關(guān)性�；贓VI、RDVI、SAVI和MSAVI建立的fAPAR估算模型最好,基于一階導(dǎo)數(shù)光譜反射率建立的fAPAR估算模型次之,基于反射率的fAPAR估算模型最差。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S513;S127
【圖文】：

夏玉米干旱敏感指標(biāo)的遙感反演研究2.3 技術(shù)路線技術(shù)路線圖主要由五部分組成。第一部分主要是資料整理，其中包括夏玉米不同灌水量條件下干旱模擬（2014-2015 年）試驗(yàn)數(shù)據(jù)。主要整理了夏玉米不同生育期（三葉期、七葉期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期以及成熟期）土壤因子、生物因子和氣象因子。第二部分主要是閱讀大量文獻(xiàn)并推算陸-氣溫差機(jī)理模型得到影響陸-氣溫差主導(dǎo)因子�？偨Y(jié)反演作物含水量的關(guān)鍵光譜指標(biāo)和反演冠層吸收光合有效輻射比的關(guān)鍵光譜指標(biāo)。第三部分是分析夏玉米不同灌溉水不同生育期陸-氣溫差與土壤因子、生物因子和氣象因子以及它們之間相互作用的相關(guān)關(guān)系、夏玉米冠層含水量與敏感光譜指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系以及夏玉米冠層吸收光合有效輻射比與敏感指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。第四部分是基于以上相關(guān)關(guān)系，建立以上三個(gè)干旱敏感指標(biāo)在不同灌水量不同生育期下的遙感動(dòng)態(tài)響應(yīng)反演模型。第五部分是利用 2015 年獨(dú)立年夏玉米干旱模擬試驗(yàn)資料，驗(yàn)證三個(gè)干旱敏感的反演精度。

第二章 研究方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1 研究區(qū)概況本試驗(yàn)于 2014 年和 2015 年 6-10 月在中國(guó)氣象局固城生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)9 08 N，115 40 E，海拔 15.2m）的大型可控式水分試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了兩年的大田夏玉旱響應(yīng)的模擬試驗(yàn)。2014 年和 2015 年試驗(yàn)材料均為夏玉米“鄭單 958”。試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)有大型電動(dòng)遮雨棚，50 m2，共設(shè) 42 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積 8 m2(4 m 2 m)，小區(qū)之間筑有 3 m 深混凝墻，防止水分水平交換。該站點(diǎn)多年平均降水量為 494 mm，年變異系數(shù)為 62.9地土壤為褐土，含有機(jī)碳 13.67 g/kg，全氮 0.87 g/kg，有機(jī)磷 25.76 mg/kg，有效.55 mg/kg，pH 值為 8.1，平均田間持水量為 22.1 %，平均土壤容重為 1.37 g/cm3（等，2010；Fang 等，2013 ）。

pH 值為 8.1，平均田間持水量為 22.1 %，平均土壤容重為 1.37 g/cm3（等，2010；Fang 等，2013 ）。圖 2-2 固城站地理位置示意圖Fig. 2-2 The geographical location of GuCheng station

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本文編號(hào)：2792920