WOFOST模型同化時(shí)序HJ CCD數(shù)據(jù)反演葉面積指數(shù).pdf

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1、第28卷第11期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)1582012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、旬1．28NO．11Jun．2012WOFOST模型同化時(shí)序HJCCD數(shù)據(jù)反演葉面積指數(shù)趙虎1，裴志遠(yuǎn)麟，馬尚杰17王連林2，馬志平2(1．農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100125；2．河北省玉嗣縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦，玉田064100)摘要：為增強(qiáng)作物葉面積指數(shù)遙感反演的機(jī)理性并提高反演精度，存深入分析作物長(zhǎng)勢(shì)模型WOFOST機(jī)理的摹礎(chǔ)卜，采用最小二乘

2、法作為同化算法，以生長(zhǎng)季內(nèi)獲取的時(shí)序HJCCD遙感數(shù)據(jù)作為外鄙數(shù)據(jù)源，反演冬小麥葉面積指數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)應(yīng)用。以河北省玉田縣為試驗(yàn)區(qū)，以三要索法和實(shí)測(cè)LAi作為基準(zhǔn)，模型模擬產(chǎn)量和LAl作為反演精度的度量指標(biāo)，成熟期LAI估算誤差由模型同化前的14．95％降蠆同化后的9．97％，產(chǎn)量誤差由同化前的18．17％降為同化后的15．89％。葉面積指數(shù)的同化結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的擬臺(tái)度，表明該方法的具有一定可行性，為作物牛長(zhǎng)模型區(qū)域化應(yīng)用提供了參考。關(guān)鍵詞：遙感，最小二乘法，算法，環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星CCD，

3、同化，葉面積指數(shù)，wOFOsTdoi：10．3969／j．issn．1002—6819．201211．026中圖分類(lèi)號(hào)：S127文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002—6819(2012)一1卜0158-06趙虎，裴志遠(yuǎn)，馬尚杰，等．WOFOST模型同化時(shí)序HJCCD數(shù)據(jù)反演葉面積指數(shù)[J】．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(11)：158—163．ZhaoHu，PeiZhiyuan，MaShangiie，etaI．RetrievingLAIbyassimilatingtimeseriesHJCCDwithWO

4、FOST[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofA珈culturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012，28{11)：】58—163．(inChinesewithEn掣ishabstract)0引言葉面積指數(shù)(1eafareaindex，LAI)對(duì)作物冠層光合作用和蒸騰蒸散等起到關(guān)鍵作用，是反映作物生物物理過(guò)程的重要指標(biāo)【11?？焖?、準(zhǔn)確地獲取作物葉面積指數(shù)是農(nóng)業(yè)遙感研究的熱點(diǎn)，LAI在作物長(zhǎng)勢(shì)、物候期、產(chǎn)量和凈初生產(chǎn)力預(yù)估

5、與獲取等方面具有重要的意義。近年來(lái)，將遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)和作物生長(zhǎng)模型進(jìn)行耦合同化成為反演作物葉面積指數(shù)的重要手段口J，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。目前關(guān)于兩者結(jié)合方法的研究主要有2類(lèi)：“強(qiáng)迫法”(又稱(chēng)“驅(qū)動(dòng)法”)和“同化法”(又稱(chēng)“初始化／參數(shù)化法”[3-41。強(qiáng)迫法基于“遙感觀測(cè)值比模型模擬值更準(zhǔn)確”壚】這一假設(shè)將遙感觀測(cè)值通過(guò)時(shí)序內(nèi)插直接用于更新作物生長(zhǎng)模型的輸出參數(shù)，是早期遙感數(shù)據(jù)和作物生長(zhǎng)模型的主要結(jié)合方法。“同化法”通過(guò)一定的優(yōu)化算法不斷調(diào)整作物生長(zhǎng)模型的參數(shù)使得模型的模擬值和遙感觀測(cè)值之間的差距達(dá)到

6、最小睜”，然后將最優(yōu)狀態(tài)下的模型輸出值作為最終結(jié)果，兼顧了遙感觀測(cè)的便捷性和模型模擬的機(jī)理性。根據(jù)同化對(duì)象的不同可以分為以冠層反射率或作物生長(zhǎng)狀態(tài)變量作為同化變量2種方法。前收稿日期：2011-12-20修訂日期：2012．01．09基金項(xiàng)目：國(guó)防科工委}U．1衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用研究專(zhuān)題(項(xiàng)目編號(hào)：2009A02A0100)．農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院自選謀題(項(xiàng)目編號(hào)：201104)作者簡(jiǎn)介：趙虎(1981一)，男。湖北人，博士，2008年赴美國(guó)交流訪問(wèn)，主要從事遙感與地理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的研究與應(yīng)Hj工作。農(nóng)

7、業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：EC40100119M。北京市朝陽(yáng)區(qū)麥子店街4l號(hào)，農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院100125。Email：jha曲u@gm,'n1．com※通信作者：裴志遠(yuǎn)(1968一)，男，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用與研究工作。北京市朝陽(yáng)區(qū)麥子店街41號(hào)，農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院100125。Email：peizhiyuam@tom．tom者需要將輻射傳輸模型和作物生長(zhǎng)模型連接起來(lái)，后者通過(guò)遙感模犁直接反演作物冠層結(jié)構(gòu)變量(如LAI、ET等)作為同化對(duì)象。由于研究尚處于起步階段，前期的大量工作主要集中在遙感觀

8、測(cè)值同作物生長(zhǎng)模型的同化模式、同化算法和應(yīng)用潛力等方面。遙感數(shù)據(jù)選擇方面，大多選擇時(shí)間分辨率高、易獲取的中低分辨率遙感數(shù)據(jù)，如：MODISE8‘91、AVHRRl加1、MERISI㈨21等。中國(guó)自主研制并于2008年成功發(fā)射的環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星HJlA／BCCD數(shù)據(jù)具有30m的空f(shuō)'日J(rèn)分辨率，每3～4d可以重訪一次，在國(guó)內(nèi)很多領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用[1,13-16】。作物生長(zhǎng)模型方面多選用以經(jīng)驗(yàn)公式為基礎(chǔ)、實(shí)用性較強(qiáng)的CERESt¨4s】(crop．envir