基于遥感作物模型的东北玉米产量和低温冷害模拟研究

【摘要】东北地区是我国最大的商品粮输出基地，玉米产量约占全国总产量的40%，由于该地区热量资源不足，玉米等作物产量易遭受低温冷害等灾害的影响，因此及时、准确、定量评估农业气象灾害对作物产量的影响具有重要的现实意义。由于空间异质性，基于站点的作物生长模型应用于大尺度作物产量监测时面临升尺度等问题。作物生长模型和遥感技术的互补性及两者的发展为两者的结合提供了可能性，遥感和作物模型耦合的简单易操作的方法是驱动法。本文采用的遥感作物模型RS-P-YEC模型是一个基于过程的遥感机理模型。本文将光合子模块中的C3代谢途径改为C4代谢途径，并引进收获指数HI模拟C4作物产量。本文首先提取东北玉米种植面积，模拟东北玉米产量的时空变化规律，基于分阶段控温试验、修订收获指数HI和基态产量等模拟站点、局部和区域尺度低温冷害对玉米产量的影响。本文主要研究工作和结论如下：（1）利用MODIS数据产品MCD12Q1、中科院1:100万土地利用率数据集和东北数字高程数据DEM提取东北玉米种植面积，黑龙江省、吉林省和辽宁省县级统计面积与提取面积相比，相关系数分别是0.67、0.74、0.91，均通过了0.01水平的显著性相关检验。（2）由S-G滤波后的地表反射率数据反演的LAI比MODISLAI产品更能反映实际大田观测的LAI，更适合用于遥感过程模型模拟作物产量。利用气象数据和遥感数据等驱动改进的遥感作物模型RS-P-YEC模型，模拟东北地区2002-2011年玉米产量，利用13个代表性市/县的统计产量与模拟产量进行验证（样本量N=111），相关系数R达到0.827，均方根误差RMSE是712kg/hm2，相对误差是9.3%，表明该模型适宜于东北玉米产量模拟。根据模型输入因子敏感性分析，气象要素中的温度对玉米产量的影响最大，模型可以模拟温度对东北玉米产量的影响。21世纪初东北玉米产量主要分布在4000-8000kg/hm2之间，空间格局与LAI空间分布较为一致。玉米产量空间分布主要与玉米主要生长季内（5-9月）的平均温度和总降水量的分布有关。2002-2011年玉米以增产为主（p<0.10），平均变异系数为0.49，产量最高年为2010年，最低年为2009年。（3）站点尺度的冷害模拟结果亦与试验结果较为一致。通过修订收获指数HI模拟的局部低温冷害对玉米产量的影响与文献记载较为一致。进行区域低温冷害模拟时，比较由改进的RS-P-YEC模型模拟的正常年份产量即多年平均温度驱动模拟产量和实际要素驱动模拟的产量，以此得到的减产率为冷害指标表征冷害空间分布，由减产率判别的4个典型冷害年的低温冷害等级与历史记载一致，即1986和1989年为一般冷害年，1992和1995年为严重冷害年。
【作者】檀艳静；
【导师】张佳华；
【作者基本信息】中国气象科学研究院，气象学，2014，硕士
【关键词】RS-P-YEC模型；东北玉米；冷害；估产；遥感；

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