基于LAI和VTCI及粒子滤波同化算法的冬小麦单产估测-农业机械学报.PDF

２０１６年 ４月 农 业 机 械 学 报 第 ４７卷 第 ４期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１６．０４．０３３ 基于ＬＡＩ和ＶＴＣＩ及粒子滤波同化算法的冬小麦单产估测 １ １ １ １ ２ １ 王鹏新 　孙辉涛 　解　毅 　王　蕾 　张树誉 　李　俐 （１．中国农业大学信息与电气工程学院，北京 １０００８３；２．陕西省气象局，西安 ７１００１４） 摘要：为进一步提高冬小麦单产的估测精度和验证粒子滤波算法在同化研究中的适用性，以陕西省关中平原为研 究区域，以叶面积指数（ＬＡＩ）和条件植被温度指数（ＶＴＣＩ）为同化系统的状态变量，采用重采样粒子滤波算法同化 ＣＥＲＥＳ Ｗｈｅａｔ模型模拟的与遥感数据反演的ＬＡＩ和 ＶＴＣＩ，并依据在不同类型样点应用最优同化 ＬＡＩ和 ＶＴＣＩ构 建的单产组合估测模型对２００８—２０１４年冬小麦单产进行估测。结果表明，同化 ＬＡＩ具有良好的时间和空间连续 性，可减缓 ＣＥＲＥＳ Ｗｈｅａｔ模型模拟 ＬＡＩ的剧烈变化，其峰值出现时间与遥感 ＬＡＩ变化趋势基本同步，更加符合关 中平原冬小麦实际变化情况；同化 ＶＴＣＩ能同时表达模型模拟值和遥感观测值的变化趋势，且更能反映冬小麦对水 分胁迫的敏感性。比较不同类型样点基于不同同化变量建立的估产模型，发现在旱作样点，同时同化 ＶＴＣＩ和 ＬＡＩ ２ ２ ２ 的单产估测结果（Ｒ ＝０５３１）优于单独同化 ＶＴＣＩ（Ｒ ＝０４７５）或 ＬＡＩ（Ｒ ＝０４２８）的估测结果，且同时同化 ＶＴＣＩ ２ 和 ＬＡＩ与实测产量间相关性达极显著水平（Ｐ＜０００１）；而在灌溉样点单独同化 ＬＡＩ的估测结果精度最高（Ｒ ＝ ２ ２ ０５３９），同时同化 ＶＴＣＩ和 ＬＡＩ的估测结果次之（Ｒ ＝０４５７），单独同化 ＶＴＣＩ的估测结果较差（Ｒ ＝０２４３）。表明 在旱作样点，冬小麦叶面积指数和水分胁迫是影响其产量形成的主要因子，而在灌溉样点，叶面积指数是影响冬小 麦产量形成的主要因子。 关键词：冬小麦；估产；粒子滤波；条件植被温度指数；叶面积指数；同化；作物生长模型 中图分类号：Ｓ１２５；ＴＰ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１６）０４０２４８０９ ＷｉｎｔｅｒＷｈｅａｔＹｉｅｌｄＥｓｔｉｍａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＰａｒｔｉｃｌｅＦｉｌｔｅｒＡｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ＡｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＲｅｍｏｔｅｌｙＳｅｎｓｅｄＬＡＩａｎｄＶＴＣＩ １ １ １ １ ２ １ ＷａｎｇＰｅｎｇｘｉｎ　ＳｕｎＨｕｉｔａｏ　ＸｉｅＹｉ　ＷａｎｇＬｅｉ　ＺｈａｎｇＳｈｕｙｕ　ＬｉＬｉ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ ２．ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕ，Ｘｉ’ａｎ７１００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄａｔａａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ（ＤＡ）ｐｒｏｖｉｄｅｓａｗａｙｆｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓａｃｃｕｒａｃｙ