發(fā)布時間：2017-08-17 15:36

  本文關(guān)鍵詞：基于時空尺度優(yōu)化的遙感同化方法評估水稻重金屬脅迫

  更多相關(guān)文章： 重金屬脅迫 遙感信息 WOFOST模型 數(shù)據(jù)同化 時空尺度優(yōu)化

【摘要】：農(nóng)作物受重金屬脅迫后,其生理生化參數(shù)會發(fā)生變化,并引起光譜響應(yīng)特征的變化。傳統(tǒng)的高光譜遙感分析方法多針對作物外觀和葉片結(jié)構(gòu)的變化,沒有考慮脅迫作物生理生化參數(shù)隨生長過程的動態(tài)變化特征。利用遙感與作物模型同化,可以有效地模擬作物生長過程,實現(xiàn)生長參數(shù)的時空域連續(xù)描述,基于時空尺度優(yōu)化的最佳耦合機制研究是解決這一問題的關(guān)鍵。本研究首先在長春實驗區(qū)測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建田間尺度下的同化框架�；赪OFOST模型,向光合作用同化效率中加入脅迫因子fM,模擬重金屬污染下水稻生長參數(shù)的持續(xù)性變化及光譜響應(yīng)機制。同時,對同化觀測量進行優(yōu)化選擇,提取不同生長階段對重金屬脅迫具有穩(wěn)定響應(yīng)的3種診斷光譜參數(shù)以提高模型精度。將優(yōu)化后的脅迫因子代入WOFOST模型,實現(xiàn)對葉面積指數(shù)(LAI)、穗重(WSO)和地上總生物量(TAGP)的連續(xù)模擬,模擬精度達到94%以上。在田間尺度下構(gòu)建的同化模型進行大尺度區(qū)域化應(yīng)用時,會因空間升尺度而出現(xiàn)環(huán)境因子的空間異質(zhì)性問題。通過模型輸入?yún)?shù)的區(qū)域化,實現(xiàn)同化模型的空間尺度擴展。由于作物根系對重金屬污染最為敏感,因此選擇水稻根重作為脅迫診斷參數(shù)�；诟倪M的NDVI指數(shù)反演研究區(qū)的LAI,將LAI作為同化觀測量以獲取脅迫因子在研究區(qū)內(nèi)的空間分布。利用同化后獲取的脅迫因子,逐像元驅(qū)動WOFOST模型,實現(xiàn)對水稻根重的時空域連續(xù)模擬,并通過根重的變化表征農(nóng)田重金屬污染脅迫程度的差異。對同化模型的時間尺度進行優(yōu)化,可以提高同化效率,保證在大區(qū)域逐像元驅(qū)動模型運行時的可靠性�；谕Ｐ�,實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)水稻LAI的動態(tài)模擬。采用Daubechies 5小波函數(shù)對LAI曲線進行分解,獲取高頻系數(shù),LAI原始曲線的奇異點對應(yīng)著小波高頻系數(shù)的極值點。以極值點構(gòu)成的極值區(qū)為參考,確定遙感數(shù)據(jù)與WOFOST模型同化的4個時間點。選取準同步的4期遙感影像進行同化,并與全部7個時期影像參與同化的方案進行對比。結(jié)果表明,基于優(yōu)化后的時間尺度,能在保證精度的基礎(chǔ)上提高同化效率,將同化模型的單點運行時間縮短30%以上。
【關(guān)鍵詞】：重金屬脅迫 遙感信息 WOFOST模型 數(shù)據(jù)同化 時空尺度優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X87;X56
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 引言10-20
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 遙感監(jiān)測作物重金屬脅迫11-13
• 1.2.2 作物生長模型研究進展13-14
• 1.2.3 遙感與作物模型耦合機制14-16
• 1.3 研究內(nèi)容與方法16-20
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.2 研究方法17-20
• 第2章 田間尺度下的同化模型構(gòu)建20-33
• 2.1 研究區(qū)概況20-21
• 2.2 數(shù)據(jù)獲取21-22
• 2.2.1 光譜數(shù)據(jù)21
• 2.2.2 氣象數(shù)據(jù)21-22
• 2.2.3 作物數(shù)據(jù)22
• 2.3 WOFOST模型改進22-24
• 2.3.1 加入重金屬脅迫因子22-23
• 2.3.2 與輻射傳輸模型耦合23-24
• 2.4 多時期光譜指數(shù)選擇24-27
• 2.5 光譜指數(shù)與耦合模型同化27-31
• 2.5.1 田間尺度下的同化模型27-29
• 2.5.2 脅迫因子的獲取與分析29
• 2.5.3 水稻生長參數(shù)動態(tài)模擬29-31
• 2.6 小結(jié)31-33
• 第3章 同化模型空間尺度的擴展33-44
• 3.1 數(shù)據(jù)準備33-35
• 3.1.1 遙感影像預(yù)處理33-34
• 3.1.2 模型參數(shù)區(qū)域化34-35
• 3.2 區(qū)域尺度下同化模型構(gòu)建35-39
• 3.2.1 重金屬脅迫因子的確定35-36
• 3.2.2 水稻LAI的遙感反演36-37
• 3.2.3 同化模型區(qū)域化應(yīng)用37-39
• 3.3 同化模型區(qū)域應(yīng)用效果評價39-43
• 3.3.1 脅迫因子的空間分布39-40
• 3.3.2 水稻根重的時空連續(xù)模擬40-42
• 3.3.3 重金屬污染動態(tài)監(jiān)測42-43
• 3.4 小結(jié)43-44
• 第4章 同化模型時間尺度的優(yōu)化44-57
• 4.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)44-46
• 4.1.1 研究區(qū)概況44-45
• 4.1.2 數(shù)據(jù)準備45-46
• 4.2 重金屬脅迫下水稻LAI動態(tài)模擬46-50
• 4.2.1 水稻根重與WOFOST模型同化46-47
• 4.2.2 根重 WOFOST同化模型效果評價47-49
• 4.2.3 重金屬脅迫下LAI變化動態(tài)監(jiān)測49-50
• 4.3 基于LAI監(jiān)測的模型時間尺度優(yōu)化50-56
• 4.3.1 小波變換下的LAI奇異性分析50-52
• 4.3.2 同化模型最優(yōu)時間尺度的確定52-54
• 4.3.3 時間尺度優(yōu)化的應(yīng)用效果評價54-56
• 4.4 小結(jié)56-57
• 第5章 總結(jié)與討論57-61
• 5.1 遙感與作物生長模型同化的效果評價57-58
• 5.2 模型輸入?yún)?shù)的適應(yīng)性調(diào)整與區(qū)域化58-59
• 5.3 基于脅迫最佳觀測期的時間尺度優(yōu)化59-61
• 參考文獻61-70
• 致謝70-71
• 附錄71-72

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚慧;蔡慶生;;緩解植物重金屬脅迫傷害的途徑及其機理[J];浙江農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年01期

2 葛才林,楊小勇,金陽,孫錦荷,王澤港,羅時石;重金屬脅迫對水稻不同品種超氧化物歧化酶的影響[J];核農(nóng)學(xué)報;2003年04期

3 楊曄,陳英旭,孫振世;重金屬脅迫下根際效應(yīng)的研究進展[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境保護;2001年01期

4 李淑英;董詩浩;蘇亞麗;周元清;李紅梅;;重金屬脅迫培養(yǎng)對微生物蛋白質(zhì)含量的影響[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年31期

5 徐旭;孫振元;潘遠智;韓蕾;楊學(xué)軍;;園林植物對重金屬脅迫的響應(yīng)研究現(xiàn)狀[J];世界林業(yè)研究;2007年06期

6 聶勝委;黃紹敏;張水清;郭斗斗;張巧萍;;不同種類重金屬脅迫對兩種小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2012年03期

7 林立東;;重金屬脅迫下錦葵幼苗主要生理物質(zhì)變化的研究[J];高師理科學(xué)刊;2008年03期

8 梁英;王帥;馮力霞;田傳遠;;重金屬脅迫對纖細角毛藻生長及葉綠素熒光特性的影響[J];中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年01期

9 宋慶安;李志輝;童方平;易靄琴;李貴;;白玉蘭光合生理特性對銻礦區(qū)土壤復(fù)合重金屬脅迫的響應(yīng)[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2008年10期

10 張海珍;;重金屬脅迫下對水生無脊椎動物的生物標志研究進展[J];毒理學(xué)雜志;2012年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 侯明;張興龍;鄧富;;V、Cr單一和復(fù)合脅迫對小麥幼苗生長和生理影響[A];第六屆全國環(huán)境化學(xué)大會暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會摘要集[C];2011年

2 張平;陳永亨;姚焱;齊劍英;王春霖;;鉈脅迫水稻的原位紅外光譜分析[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會環(huán)境化學(xué)分會場論文集[C];2008年

3 婁玉霞;郭水良;于晶;曹同;;離體培養(yǎng)兩種蘚類植物對重金屬脅迫的生理響應(yīng)[A];2012年全國苔蘚植物學(xué)學(xué)術(shù)研討會摘要集[C];2012年

4 柴團耀;張玉秀;;DnaJ-like蛋白cDNA的克隆及其在重金屬脅迫下的表達研究[A];全國植物分子生物學(xué)與生物技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2000年

5 符志友;楊元根;閉向陽;李非里;莫昌莉;劉濤澤;吳豐昌;;土法煉鋅尾礦區(qū)典型野生植物對Zn、Cu脅迫的適應(yīng)機制初探[A];中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會第12屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

6 孫健;鐵柏清;錢湛;楊佘維;青山勛;羅榮;;單一重金屬脅迫對燈心草生長及生理生化指標的影響[A];第三屆全國環(huán)境化學(xué)學(xué)術(shù)大會論文集[C];2005年

7 王云彪;侯曉麗;;溫度對Pb、Cd、Hg、Cu脅迫下線蟲毒性及HSP90表達的影響[A];中國生理學(xué)會第九屆全國青年生理學(xué)工作者學(xué)術(shù)會議論文摘要[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 史剛榮;耐重金屬脅迫的能源植物篩選及其適應(yīng)性研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

2 陳偉;重金屬脅迫對草坪草生長發(fā)育及生理特性的影響[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

3 李旭青;水稻重金屬脅迫多源遙感協(xié)同反演方法研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉烽;基于時空尺度優(yōu)化的遙感同化方法評估水稻重金屬脅迫[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2016年

2 蔡新華;重金屬脅迫對小麥生長發(fā)育傷害機理的研究[D];揚州大學(xué);2001年

3 楊小勇;重金屬脅迫對水稻傷害機理及水稻耐性機制的研究[D];揚州大學(xué);2002年

4 紀楠楠;重金屬脅迫對幾種植物葉片解剖構(gòu)造的影響[D];東北林業(yè)大學(xué);2012年

5 張麗萍;重金屬脅迫對大麥（Hordeum vulgare）部分生理生化指標的影響[D];山西大學(xué);2005年

6 孔祥瑞;重金屬脅迫下硫?qū)ψ魑锩缙诟祵?dǎo)水率的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2007年

7 何翠屏;兩種重金屬脅迫對兩種草坪草生長與代謝的影響[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

8 張亞楠;綠色巴夫藻的重金屬脅迫效應(yīng)及吸附能力的研究[D];暨南大學(xué);2003年

9 張慧;脫落酸對幾種水生植物重金屬脅迫的緩解效應(yīng)[D];南京師范大學(xué);2008年

10 韋丹丹;重金屬脅迫下植物促生菌對大麻（Cannabis sativa L.）生長調(diào)控的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

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