本文關(guān)鍵詞：基于改進(jìn)CASA模型的小區(qū)域冬小麥遙感估產(chǎn)研究

  更多相關(guān)文章： 冬小麥 單產(chǎn) CASA NPP NDVI

【摘要】：利用遙感技術(shù)進(jìn)行估產(chǎn),已經(jīng)成為了目前農(nóng)作物估產(chǎn)的主流手段。它可以對(duì)作物長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)、全天候、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),還可以通過提取遙感參數(shù)進(jìn)行作物生長(zhǎng)發(fā)育過程模擬等。求取植被凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP是進(jìn)行估產(chǎn)的第一步,本文選用CASA模型進(jìn)行研究區(qū)冬小麥NPP估算,以實(shí)現(xiàn)研究區(qū)冬小麥單產(chǎn)估算。本文從區(qū)域尺度、參數(shù)的求取方法、最大光能利用率取值、實(shí)際光能利用率計(jì)算模型這四個(gè)方面來分析原始CASA模型的不足,對(duì)原始CASA模型中部分參數(shù)求取方法加以改進(jìn),以得到適合本研究區(qū)的估算模型。即首先以空間分辨率為30m的HJ-1A/B星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來提取研究區(qū)冬小麥像元NDVI;其次,對(duì)CASA模型中NDVI最值、FPAR參數(shù)求取方法進(jìn)行改進(jìn),計(jì)算得到冬小麥NPP;然后,選取冬小麥產(chǎn)量形成關(guān)鍵物候期3月至5月NPP累積值進(jìn)行冬小麥干物重的預(yù)測(cè);最后,通過結(jié)合MODIS NDVI數(shù)據(jù)和HJ-1A/B兩種遙感數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì),建立冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)回歸模型,得到冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)HI,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)估產(chǎn)。本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1.在原始CASA模型基礎(chǔ)上修訂部分參數(shù)實(shí)現(xiàn)研究區(qū)冬小麥凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP估算。即本文通過提取冬小麥NDVI最大值概率分布圖95%下側(cè)分位數(shù)和5%下側(cè)分位數(shù)來確定NDVImax和NDVImin,并結(jié)合前人改進(jìn)的FPAR算法,通過引入修正系數(shù),采用參數(shù)率定法來確定本文中FPAR算法;通過自然鄰域法對(duì)研究區(qū)周圍輻射站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值得到太陽總輻射量SOL;根據(jù)研究區(qū)溫度、降水等氣象數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際光能利用率ε;最后將以上參數(shù)代入NPP估算模型得到研究區(qū)冬小麥凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP。結(jié)果表明,研究區(qū)3月、4月、5月平均NPP分別為78gC·m~(-2)、297gC·m~(-2)和320gC·m~(-2),這種差異是由小麥在不同時(shí)期生長(zhǎng)特點(diǎn)引起的。3月份,小麥處于返青起身期,小麥葉片面積逐漸增大。進(jìn)入4月份,冬小麥進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期,葉片面積繼續(xù)增大,NPP也隨之增大。到5月份小麥逐漸進(jìn)入開花期、灌漿期、乳熟期等,此期間大部分地區(qū)NPP都在250gC·m~(-2)以上。這與小麥不同時(shí)期生長(zhǎng)發(fā)育的生理狀態(tài)是一致的,小麥長(zhǎng)勢(shì)良好。此外本文選用產(chǎn)量形成關(guān)鍵期3月、4月、5月的NPP累積值來估算研究區(qū)冬小麥單位面積產(chǎn)量,3月、4月、5月NPP在冬小麥累積NPP中所占比例分別為11.23%、42.71%、46.06%,可見2014年研究區(qū)冬小麥在產(chǎn)量形成過程中生長(zhǎng)狀況良好。2.通過MODIS NDVI時(shí)間序列建立冬小麥生長(zhǎng)曲線,進(jìn)而提取冬小麥關(guān)鍵物候期。為了使得曲線更加真實(shí)反映小麥物候期,通過Savitzky-Golay(S-G)濾波方法對(duì)原始曲線進(jìn)行平滑,獲得平滑后小麥生長(zhǎng)曲線。通過分段擬合小麥生長(zhǎng)曲線,確定分段函數(shù)。依據(jù)關(guān)鍵物候期小麥生長(zhǎng)特點(diǎn),求取曲線拐點(diǎn)、曲線極值點(diǎn)等特征點(diǎn),作為關(guān)鍵物候期。研究結(jié)果表明,研究區(qū)冬小麥關(guān)鍵物候期(返青期、抽穗期、開花期、乳熟期)時(shí)間分別為2月28號(hào)、4月15號(hào)、4月28號(hào)、5月23號(hào),為下一步冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)模型的建立奠定基礎(chǔ)。3.利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及旬HJ-1A/B NDVI建立冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)模型來求取小麥?zhǔn)斋@指數(shù)空間分布。本文參考任建強(qiáng)等求取參數(shù)HINDVI_SUM方法,提取基于館陶縣2014年冬小麥時(shí)序NDVI生成的作物生殖生長(zhǎng)關(guān)鍵階段(開花期至乳熟期)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)關(guān)鍵階段(返青期至開花期)所對(duì)應(yīng)的NDVI累積比值參數(shù)HINDVI_SUM,建立館陶縣實(shí)測(cè)收獲指數(shù)HI與HINDVI_SUM的關(guān)系,得到了二者回歸方程,作為收獲指數(shù)模型,然后求取研究區(qū)HINDVI_SUM,根據(jù)上述回歸方程得到研究區(qū)冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)空間分布。結(jié)果表明,研究區(qū)HI整體空間分布差異不大,研究區(qū)HI預(yù)測(cè)結(jié)果在0.3-0.56之間,均值為0.44。4.根據(jù)冬小麥產(chǎn)量形成機(jī)理,先將上述求得的冬小麥凈初級(jí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化為冬小麥干物重,再引入所反演出的冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)得到研究區(qū)冬小麥單產(chǎn)分布。結(jié)果表明,研究區(qū)平均單產(chǎn)達(dá)7127.4kg·hm~(-2),曲周、邱縣和館陶縣平均單產(chǎn)分別為6886.65kg·hm~(-2)、7094.83kg·hm~(-2)、7519.92kg·hm~(-2)。館陶縣預(yù)測(cè)單產(chǎn)明顯高于曲周和邱縣單產(chǎn),這可能與館陶縣近年來耕作制度的規(guī)范化、以及當(dāng)?shù)亟陙矸N植優(yōu)良品種越來越多,尤其是黑小麥的種植越來越多有一定關(guān)系。從空間上看,館陶縣北部,邱縣東北部和曲周南部地塊兒?jiǎn)萎a(chǎn)值主要在8000-9000kg·hm~(-2)之間,優(yōu)于研究區(qū)其他地塊。5.利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)這兩種驗(yàn)證方式對(duì)單產(chǎn)估算結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明,2014年館陶縣冬小麥預(yù)測(cè)單產(chǎn)稍高于冬小麥實(shí)測(cè)單產(chǎn),平均相對(duì)誤差為1.54%,絕對(duì)誤差為105.18kg·hm~(-2);統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明,2014年研究區(qū)冬小麥平均預(yù)測(cè)單產(chǎn)值稍低于統(tǒng)計(jì)年鑒所計(jì)算的冬小麥單產(chǎn)值,二者相對(duì)誤差為-1.03%,絕對(duì)誤差為-74.07kg·hm~(-2),但館陶縣預(yù)測(cè)單產(chǎn)值高于統(tǒng)計(jì)年鑒所統(tǒng)計(jì)館陶縣的單產(chǎn)值,相對(duì)誤差為3.73%。這與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果基本一致。
【關(guān)鍵詞】：冬小麥 單產(chǎn) CASA NPP NDVI
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S512.11;S127
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-16
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線13-16
• 1.2.1 研究?jī)?nèi)容13-14
• 1.2.2 技術(shù)路線14-16
• 2 研究方法綜述16-26
• 2.1 國(guó)內(nèi)外遙感估產(chǎn)研究進(jìn)展16-17
• 2.2 作物單產(chǎn)估算方法綜述17-19
• 2.3 NPP模型研究進(jìn)展19-21
• 2.4 物候期識(shí)別方法21-26
• 2.4.1 作物物候期及生理特點(diǎn)21-22
• 2.4.2 時(shí)間序列物候監(jiān)測(cè)方法22-26
• 3 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)預(yù)處理26-38
• 3.1 研究區(qū)概況26-28
• 3.1.1 自然地理?xiàng)l件26-27
• 3.1.2 農(nóng)業(yè)概況27-28
• 3.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與預(yù)處理28-38
• 3.2.1 遙感影像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備28-29
• 3.2.2 矢量數(shù)據(jù)準(zhǔn)備29-30
• 3.2.3 氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及整理30-31
• 3.2.4 外業(yè)采樣數(shù)據(jù)整理31-32
• 3.2.5 輻射定標(biāo)及大氣校正32-38
• 4 CASA估算模型38-52
• 4.1 CASA模型概述38-39
• 4.1.1 CASA模型介紹38
• 4.1.2 CASA模型優(yōu)點(diǎn)38
• 4.1.3 CASA模型不足及改進(jìn)38-39
• 4.2 CASA估算模型算法39-46
• 4.2.1 APAR的確定40-42
• 4.2.2 估算實(shí)際光能利用率 ε42-46
• 4.3 CASA模型的改進(jìn)46-47
• 4.3.1 NDVI最值的確定46-47
• 4.3.2 FPAR參數(shù)的率定47
• 4.4 結(jié)果分析47-52
• 4.4.1 關(guān)鍵生育期NDVI變化趨勢(shì)47-48
• 4.4.2 光合有效輻射吸收比FPAR48-49
• 4.4.3 實(shí)際光能利用率 ε49
• 4.4.4 凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP49-52
• 5 產(chǎn)量估算52-62
• 5.1 單產(chǎn)估算模型52
• 5.2 收獲指數(shù)HI的確定52-57
• 5.2.1 Savitzky-Golay平滑濾波53
• 5.2.2 小麥生長(zhǎng)曲線53-54
• 5.2.3 小麥關(guān)鍵物候期識(shí)別54-55
• 5.2.4 HI模型建立55-57
• 5.3 結(jié)果與分析57-62
• 5.3.1 干物重估算結(jié)果57-58
• 5.3.2 收獲指數(shù)估算結(jié)果58-59
• 5.3.3 單產(chǎn)估算結(jié)果59-60
• 5.3.4 單產(chǎn)精度驗(yàn)證60-62
• 6 結(jié)論與展望62-66
• 6.1 研究結(jié)論62-63
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)63-64
• 6.3 討論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73
• 攻讀學(xué)位期間參與項(xiàng)目及獎(jiǎng)勵(lì)73-75

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉慧敏,李衛(wèi)婷;干旱對(duì)運(yùn)城冬小麥的影響[J];山西氣象;2003年03期

2 李鑫;;冬小麥“三改”創(chuàng)高產(chǎn)[J];河北農(nóng)業(yè)科技;2008年17期

3 王位泰;張?zhí)旆?馬鵬里;蒲金涌;呂峰平;黃斌;;甘肅隴東黃土高原秋季冬小麥異常旺長(zhǎng)對(duì)氣候變暖的響應(yīng)[J];生態(tài)學(xué)雜志;2008年09期

4 孫慶陽;;淺析干旱對(duì)南陽市冬小麥生長(zhǎng)的影響[J];安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)(下半月刊);2011年16期

5 侯銀平;;探討冬小麥的管理與病蟲害的防治[J];北京農(nóng)業(yè);2012年33期

6 禾青;;關(guān)于冬小麥持續(xù)增產(chǎn)問題的初步調(diào)查[J];西藏農(nóng)業(yè)科技;1978年Z1期

7 章玉林,董玉坤;冬小麥?zhǔn)┯没试囼?yàn)結(jié)果[J];新疆農(nóng)業(yè)科技;1982年02期

8 劉東海;;西藏冬小麥的發(fā)展及其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[J];西藏農(nóng)業(yè)科技;1991年02期

9 劉萬代，李大良，裴卓強(qiáng)，王站立，，袁祖麗;剪除地上部分對(duì)冬小麥效應(yīng)研究[J];河南科學(xué);1996年03期

10 黨建友;冬小麥肥水管理措施[J];山西農(nóng)業(yè);1998年09期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李德;;基于概率分布的宿州冬小麥氣候風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[A];第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2009年

2 車少靜;高祺;劉利軍;;2009-2010年度石家莊異常低溫對(duì)冬小麥影響[A];第27屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2010年

3 雷震宇;裴雪霞;;鉀、鋅、錳配施在冬小麥上的效應(yīng)研究(摘要)[A];中國(guó)地壤學(xué)會(huì)第十次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨第五屆海峽兩岸土壤肥料學(xué)術(shù)交流研討會(huì)文集（面向農(nóng)業(yè)與環(huán)境的土壤科學(xué)專題篇）[C];2004年

4 楊曉華;楊永紅;;秋季氣候變暖對(duì)冬小麥奇異生長(zhǎng)的影響[A];中國(guó)氣象學(xué)會(huì)2007年年會(huì)氣候變化分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2007年

5 方文松;朱自璽;劉榮花;王友賀;馬志紅;;河南省冬小麥干旱動(dòng)態(tài)評(píng)估指標(biāo)初探[A];中國(guó)氣象學(xué)會(huì)2007年年會(huì)生態(tài)氣象業(yè)務(wù)建設(shè)與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2007年

6 張艷紅;呂厚荃;;2005/2006年度北方冬小麥增產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣象條件分析[A];中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象分會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

7 郝立生;閔錦忠;;氣候變暖對(duì)河北省冬小麥產(chǎn)量的影響[A];第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2009年

8 李月英;柳斌輝;牛英潔;王霞;張歆婕;栗雨勤;;氣候條件對(duì)河北低平原冬小麥產(chǎn)量的影響[A];第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2009年

9 徐臘梅;;石河子地區(qū)春季低溫對(duì)冬小麥生長(zhǎng)影響分析[A];第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2009年

10 唐為安;唐為安;田紅;陳曉藝;溫華洋;丁霞;徐光清;;氣候變暖背景下安徽省冬小麥產(chǎn)量對(duì)氣候要素變化的響應(yīng)[A];第27屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 小靜;印度冬小麥產(chǎn)量下滑[N];國(guó)際商報(bào);2003年

2 記者 孫楠　通訊員 鄭昌玲;我國(guó)開展冬小麥產(chǎn)量逐月預(yù)報(bào)[N];中國(guó)氣象報(bào);2012年

3 馬文清 馬�？�;廣河冬小麥面積翻三番[N];甘肅經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2006年

4 萊陽農(nóng)學(xué)院 劉樹堂;冬小麥的營(yíng)養(yǎng)與施肥[N];農(nóng)資導(dǎo)報(bào);2006年

5 黃艷紅、鐵良;我市冬小麥需采取壯苗措施[N];唐山勞動(dòng)日?qǐng)?bào);2010年

6 本報(bào)記者 王錦;冬小麥?zhǔn)芎得娣e開始減少[N];中國(guó)證券報(bào);2011年

7 記者 朱周良;聯(lián)合國(guó)警示小麥旱情 全球糧食價(jià)格高燒難退[N];上海證券報(bào);2011年

8 記者 喬林生;新麥生長(zhǎng)現(xiàn)“南北差異” 豐歉將定糧價(jià)[N];期貨日?qǐng)?bào);2011年

9 國(guó)家糧油信息中心 王曉輝;今年我國(guó)冬小麥產(chǎn)量同比下降[N];糧油市場(chǎng)報(bào);2003年

10 記者 郭晉暉;冬小麥實(shí)現(xiàn)“八連增” 有助減弱通脹預(yù)期[N];第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王翔翔;渭北旱塬作物生長(zhǎng)特征及其管理模式研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心）;2015年

2 王維;冬小麥全生育期土壤水分供給量的反演與模型優(yōu)化研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

3 金秀良;基子AqoaCrop模型與多源遙感數(shù)據(jù)的北方冬小麥水分利用效率估算[D];揚(yáng)州大學(xué);2015年

4 姬建梅;關(guān)中地區(qū)冬小麥水氮產(chǎn)量效應(yīng)及其產(chǎn)差分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

5 崔正勇;冬小麥土壤N_2O排放以及麥季施氮對(duì)玉米季后效的研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

6 徐海成;冬小麥高產(chǎn)高效群體構(gòu)建的栽培模式研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

7 魯向暉;基于氣候變化的豫西冬小麥保護(hù)性耕作效果模擬研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2010年

8 夏天;基于高光譜遙感的區(qū)域冬小麥生物量模擬及糧食安全評(píng)價(jià)[D];華中師范大學(xué);2011年

9 姜志偉;區(qū)域冬小麥估產(chǎn)的遙感數(shù)據(jù)同化技術(shù)研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2012年

10 姚付啟;冬小麥高光譜特征及其生理生態(tài)參數(shù)估算模型研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姜亞珍;MODIS監(jiān)測(cè)黃淮海平原冬小麥長(zhǎng)勢(shì)與土壤濕度[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

2 尚小廈;間作板藍(lán)根對(duì)冬小麥生長(zhǎng)及麥田CH_4通量的影響[D];南京信息工程大學(xué);2015年

3 張延;氣候變化對(duì)關(guān)中地區(qū)冬小麥耗水和產(chǎn)量的影響及適應(yīng)策略[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

4 姚致遠(yuǎn);旱地夏休閑期種植綠肥及其不同處理方式對(duì)輪作綜合效益的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

5 王珂;集雨種植模式下不同施肥量對(duì)土壤水肥及冬小麥產(chǎn)量的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

6 侯仰毅;關(guān)中平原秸稈還田條件下冬小麥氮肥效應(yīng)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

7 曹寒;不同覆膜方式對(duì)土壤水熱和冬小麥—夏玉米生長(zhǎng)的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

8 倪玲;基于AquaCrop模型的冬小麥灌溉制度研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

9 楊佩;涇惠渠灌區(qū)冬小麥灌溉與施肥模式研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

10 狄楠;灌水深度對(duì)冬小麥根系形態(tài)分布及根系活力的影響[D];太原理工大學(xué);2016年

本文編號(hào)：682066