本發(fā)明涉及土壤水分估算，特別是涉及一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法。

背景技術(shù)：

1、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)活動(dòng)的一個(gè)主要場(chǎng)所，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需精準(zhǔn)把控農(nóng)田中的關(guān)鍵過(guò)程。農(nóng)田中首先值得關(guān)注的是影響糧食產(chǎn)量的作物生長(zhǎng)過(guò)程。土壤水是農(nóng)作物生存的基礎(chǔ)，土壤水本身也是水資源中不可忽視的一部分，因此也有必要研究土壤水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究土壤水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以提高農(nóng)業(yè)用水效率，加強(qiáng)對(duì)作物生長(zhǎng)狀態(tài)的把控以保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，是發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)需要考慮的兩大方面。

2、模型和觀測(cè)是科學(xué)研究的兩個(gè)必要手段，它們互有優(yōu)缺、互為補(bǔ)充。綜合利用觀測(cè)提供的寶貴信息以及模型的預(yù)測(cè)能力，是許多研究人員努力的方向。數(shù)據(jù)同化(dataassimilation,da)技術(shù)的發(fā)展便提供了一種將模型和觀測(cè)相融合的機(jī)會(huì)。數(shù)據(jù)同化通過(guò)權(quán)衡觀測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果，不斷校正、優(yōu)化模型參數(shù)，同時(shí)為系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)提供最優(yōu)估計(jì)，大大提高了模型對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)精度。數(shù)據(jù)同化也可利用模型能夠連續(xù)模擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)稀疏觀測(cè)進(jìn)行插值，從而得到在時(shí)空上連續(xù)的變量信息?？傊瑪?shù)據(jù)同化能夠同時(shí)利用動(dòng)態(tài)觀測(cè)的數(shù)據(jù)價(jià)值以及模型在物理特性和時(shí)間演化規(guī)律方面的一致性約束。最新數(shù)據(jù)和歷史知識(shí)(模型是知識(shí)的總結(jié))的雙重約束使數(shù)據(jù)同化的結(jié)果既有時(shí)空上的連續(xù)性，又能避免單純模型的盲目性。

3、土壤水運(yùn)動(dòng)和作物生長(zhǎng)過(guò)程的研究是比較困難的，單純依靠模型或者觀測(cè)無(wú)法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)制定實(shí)時(shí)灌溉策略的需求，也無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估全球變化背景下糧食產(chǎn)量的波動(dòng)。有必要研究將土壤含水量、葉面積指數(shù)(leafarea?index,lai)、生物量、蒸散量等多源、多尺度的農(nóng)業(yè)相關(guān)觀測(cè)融合進(jìn)土壤水運(yùn)動(dòng)或作物生長(zhǎng)模型中的數(shù)據(jù)同化技術(shù)，也有必要探究多源、多尺度觀測(cè)對(duì)農(nóng)田關(guān)鍵過(guò)程的指示作用及模型關(guān)鍵變量的約束作用。

4、同化遙感光譜信息的時(shí)相(即同化時(shí)間尺度)對(duì)同化結(jié)果有較大的影響，現(xiàn)有的同化系統(tǒng)在未考慮時(shí)相信息利用觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，未根據(jù)植物的生長(zhǎng)物候期調(diào)整同化頻率，因此存在不必要的同化過(guò)程，效率大大減慢，這在更精細(xì)分辨率上進(jìn)行模型模擬會(huì)帶來(lái)更高的計(jì)算成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在不必要的同化過(guò)程，效率大大減慢并在更精細(xì)分辨率上進(jìn)行模型模擬會(huì)帶來(lái)更高的計(jì)算成本的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，包括：

4、利用校準(zhǔn)后的wofost模型得到待測(cè)區(qū)域的降尺度的根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)；

5、根據(jù)農(nóng)作物不同的生長(zhǎng)階段確定同化頻率；

6、根據(jù)同化頻率獲取待測(cè)區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)包括：土壤水分與葉面積指數(shù)；

7、利用集合卡爾曼濾波融合根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)并生成同化數(shù)據(jù)；

8、根據(jù)所述同化數(shù)據(jù)確定待測(cè)區(qū)域的土壤水分。

9、優(yōu)選地，所述wofost模型的校準(zhǔn)過(guò)程為：

10、確定待測(cè)區(qū)域的天氣數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、作物管理數(shù)據(jù)和太陽(yáng)輻射；

11、根據(jù)所述天氣數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、作物管理數(shù)據(jù)和太陽(yáng)輻射對(duì)所述wofost模型進(jìn)行校準(zhǔn)。

12、優(yōu)選地，所述天氣數(shù)據(jù)包括：

13、日最高、最低氣溫、降雨量、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)。

14、優(yōu)選地，所述wofost模型基于cnn卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

15、優(yōu)選地，所述同化頻率包括：

16、高頻率同化、正常頻率同化和物候期同化。

17、本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

18、本發(fā)明提供了一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，包括：利用校準(zhǔn)后的wofost模型得到待測(cè)區(qū)域的降尺度的根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)；根據(jù)農(nóng)作物不同的生長(zhǎng)階段確定同化頻率；根據(jù)同化頻率獲取待測(cè)區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)包括：土壤水分與葉面積指數(shù)，利用集合卡爾曼濾波融合根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)并生成同化數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同化數(shù)據(jù)確定待測(cè)區(qū)域的土壤水分。本發(fā)明構(gòu)建土壤水分與葉面積指數(shù)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合同化wofost作物模型，并在考慮不同物候同化量影響程度框架下優(yōu)化同化模型，從而提升作物模型模擬土壤水運(yùn)動(dòng)過(guò)程效果。

技術(shù)特征：

1.一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述wofost模型的校準(zhǔn)過(guò)程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述天氣數(shù)據(jù)包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述wofost模型基于cnn卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述同化頻率包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，涉及土壤水分估算技術(shù)領(lǐng)域。利用校準(zhǔn)后的WOFOST模型得到待測(cè)區(qū)域的降尺度的根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)；根據(jù)農(nóng)作物不同的生長(zhǎng)階段確定同化頻率；根據(jù)同化頻率獲取待測(cè)區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)包括：土壤水分與葉面積指數(shù)；利用集合卡爾曼濾波融合根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)并生成同化數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同化數(shù)據(jù)確定待測(cè)區(qū)域的土壤水分。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在不必要的同化過(guò)程，效率大大減慢并在更精細(xì)分辨率上進(jìn)行模型模擬會(huì)帶來(lái)更高的計(jì)算成本的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：李旭青,李凌飛,唐瑞尹,武建軍,王棋,文斌,羅巍,宋玉彬,吳艷萍,區(qū)惠平,顧會(huì)濤,王玉博,焦夢(mèng)龍,趙程煒,陳旭穎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北華航天工業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19