基于WOFOST作物模型的玉米区域干旱影响评估技术

发布时间：2020-02-27 11:20

【摘要】：为探讨作物区域干旱影响评估技术,拓展农业气象灾害区域影响评估方法,基于WOFOST作物模型,以西南玉米干旱为研究对象,对发育期、光合生产等模块进行了改进与提高,利用西南地区8个代表性站点的玉米田间观测数据和同期逐日气象数据对模型进行了适宜性检验,在此基础上,选择西南地区历年典型干旱年份,模拟分析了玉米的产量变化趋势,并与实际减产率作了对比分析。结果表明:改进后,玉米生育期模拟值与实测值归一化均方根误差(NRMSE)由原来的3.25%~6.95%降低到1.48%~3.07%,R~2由原来的0.57~0.79提高到0.63~0.99,平均模拟精度由原来的74.12%提高到78.9%。玉米产量模拟值与实测值NRMSE范围由原来的7.88%~11.99%降低到3.07%~6.79%,R2由原来的0.52~0.93提高到0.77~0.98,平均模拟精度由原来的75.7%提高到80.95%。对1987年、1992年及2006年西南地区关键生育期典型干旱年份产量模拟平均精度分别是69.8%、78.1%与75.9%。结合上述分析可得出模型对发育期与产量的模拟精度都有不同程度地提高,模型对西南玉米主产区干旱影响评估有很好的反应,对干旱分布范围与分布规律的模拟值与实际情况基本接近,表明该方法可为区域干旱影响评估提供一种更为科学的评估技术。
【图文】：

点分布,玉米种植,气象站,作物模型

第3期张建平等:基于WOFOST作物模型的玉米区域干旱影响评估技术453http://www.ecoagri.ac.cn图1研究区玉米种植分区及气象站点分布图Fig.1Sketchmapofregionalizationofmaizeplantationandweatherstationsdistributioninthestudyarea1.3.1作物模型简介作物模型选取WOFOST(worldfoodstudy)模型,该模型由荷兰瓦赫宁根大学deWit等开发,起源于世界粮食研究中心(CWFS)组织的多学科综合的世界粮食潜在产量的研究项目,旨在探索增加发展中国家农业生产力的可能性[16-17]。WOFOST是一个根据气象和土壤条件模拟作物根、茎、叶和穗生物量以及土壤水分的动态模型。作物生长过程主要包括发育、光合作用、呼吸作用、干物质积累及分配等。土壤水分平衡过程主要包括降水、灌溉、渗透、地表蒸发、作物蒸腾、毛管水上升等[18-19]。1.3.2模型的改进与提高由于WOFOST模型自身存在着一定的不足之处,比如无法模拟极端气候事件(高温、干旱)对农作物造成的影响损失[13]。另外,国外作物模型在国内引进应用时,本地化程度不可能完全符合当地实际情况。因此,完全有必要对模型进行改进与提高,以最大化地增强其应用能力。本研究主要有3点改进:1)针对水分胁迫模拟能力的改进;2)针对发育速率的改进;3)针对光合速率的改进。关于模型对水分胁迫的模拟能力的改进,采用相对蒸腾序列的10d滑动平均值表示农田实际水分动态变化过程,详见参考文献[19]。这里主要详述另外两种改进模型模拟能力的方法。1)针对发育速率的改进调参时,模型要求输入的气象数据必须是正常年份下的观测数据,这样才能保证确定出的模型参数的合理性与普适性,但现实情况中很难找到完全符合条件的气象数据,因此导致验证模型时作物发育期模拟值与实测值误差较大,从而影响模型的区域?

玉米生育期,作物模型,站点,实测值

第3期张建平等:基于WOFOST作物模型的玉米区域干旱影响评估技术455http://www.ecoagri.ac.cn判定模型模拟的精准性,采用以下统计指标:归一化均方根误差NRMSE与决定系数R2。NRMSE可反映模拟值与实测值之间的相对误差,值越小表明模拟效果越好。R2可反映模拟值与实测值之间的一致性,值越接近1表明模拟效果越好[22]。2结果与分析2.1改进后WOFOST模型的适宜性检验图2是西南地区玉米生育期适宜性检验结果,从图中可以看出,模型改进前,8个站点玉米生育期模拟值与实测值NRMSE范围为3.25%~6.95%,R2为0.57~0.79,平均模拟精度为74.12%。模型改进后,8个站点玉米生育期模拟值与实测值NRMSE范围为1.48%~3.07%,R2为0.62~0.99,且模拟值均落在1∶1线附近,平均模拟精度为78.9%。可见,改进模型后,对玉米生育期的平均模拟精度提高了4.78%。图3是西南地区不同海拔高度站点玉米产量适宜性检验结果,从图中可以看出,模型改进前,8个站点玉米产量模拟值与实测值NRMSE范围为7.88%~11.99%,R2为0.52~0.93,平均模拟精度为图2WOFOST作物模型改进前后西南地区不同站点玉米生育期的模拟值与实测值的比较Fig.2ComparisonofsimulatedandmeasuredvaluesofmaizegrowthperiodbeforeandafterWOFOSTcropmodelimprovementindifferentstationsofSouthwestChinaA:大理;B:元江;C:兴仁;D:思南;E:巴中;F:雷波;G:沙坪坝;H:酉阳.a1:改进前;a2:改进后。A:Dali;B:Yuanjiang;C:Xingren;D:Sinan;E:Bazhong;F:Leibo;G:Shapingba;H:Youyang.a1:beforeimprovement;a2:afterimprovement.

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