【毕业学位论文】（Word原稿）基于MODIS与TM的冷害影响水稻产量评估研究农业遥感博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 基于 冷害影响水稻 产量 评估 研究 on of M on of M I 摘 要 我国是水稻生产大国，水稻产量的稳定直接关系到国计民生。然而近些年频繁发生的低温冷害给我国水稻生产带来很大的负面影响，导致 我国水稻 大面积 减产， 严重 威胁 国家 粮食安全，因此 水稻冷害 也成为当前研究的热点。目前，冷害对水稻产量影响的研究主要集中于 建立 作物模型，而作物模型的 农 学参数 经常通过 田间试验 方法获取 ， 此种数据获取 方法存在一定的 局限性 ，即核心参数（如 逐日 测量 较为 耗时 繁琐，无法 在 大空间尺度上 应用 。本文 根据遥感数据获取时效性好、空间面积大和成本低的特点， 以低温冷害频发的黑龙江省五常市 为研究区域，应用 系列 像 反演 物 模型所需逐日 计算 2006 年研究区域 受冷害影响的水稻单产。 本文 首先选取了 一幅 5 月 31 日的 像 及 23 幅均匀分布在水稻生长期（移栽期至成熟期）的 像， 经过 云检测、大气校正 ，投影转换和 段融合后 ，应用目视解译的方 法提取 像上水稻种植区域 ；再 应用 生成的 水稻种植区域矢量图层，切割 23 幅 像，提取 像对应的水稻种植区， 并 计算 ； 应用每个 层的平均值反演与 。 在 演 过程中，分别应用简单线型模型、对数函数模型、抛物线函数模型、三次多 项 式函数模型和指数函数模型等五种统计模型 分别 进行 反演 计算，并 采用 地面实测值对五种模型的误差进行了评估，通过决定系数和均方根差值的比较， 选择 抛物线函数模型 计算结果拟合 水稻移栽期至成熟期逐日 逐日 合 采 用 了整体拟合和分段拟合两种方法 ： 整体拟合是应用 三次多项式 统计模型对水稻移栽期至成熟期的逐日 行计算 ； 而分段拟合是根据 水稻生长过程中变化的特点 分别 采用 指数函数模型、对数函数模型和简单线型函数模型 进行拟合计算；经过对两种拟合方法的误差比较分析后，选择整体拟合的结果计算 水稻单产 。 应用简单线型模型拟合水稻种植伊始至水稻移栽期逐日 ，综合整体拟合的结果，从而获取水稻全生育期逐日 。 将水稻 全生育期逐日 入 型 ， 结合农学参数 ， 计算得到 水稻单产值 算值为实际单产平均值的 83。本文对不同 国家 使用 型计算 效果进行了比较研究，并分析了 不同 冷害 类型对 水稻单产的 影响 程度。对于水稻单产实测值与计算值的差异，从计算、 反演、 拟合 、 型参数的计算与使用 以及 算 数学 模型的采用进行了讨论分析。 本文主要结论如下：（ 1）基于遥感技术（ 演作物模型核心参数的方法可以获取准确率较高的水稻单产。 （ 2）基于遥感技术与作物模型相结合计算的水稻单产结果在区域空间尺度上更具有代表性。（ 3）逐日叶面积指数可以通过统 计模型反演并拟合，反演的精度基本符合要求，但还需要进一步提高。（ 4）作物模型 以合理简化，在水稻品种趋同及种植特点相似的条件下，可以应用统一的农学参数进行计算。 本文主要创新点：（ 1）将遥感手段引入水稻冷害影响水稻单产作物模型，提高了 数据获取的效率和计算结果的精度，扩展了作物模型的使用面。（ 2）首次根据水稻生长期 变化特征分段拟合逐日水稻 3）实现了水稻单产计算结果从田间空间尺度到区域空间尺度的推绎。 关键词 ： 冷害 ， 水稻单产 ， is a in s to of In of s to in s At of on a in on of so by to be is so by be at by as by to AI by 006 of M 1st a 3 to of to be a to so as to 3 3 by 3 AI In AI 3 to AI by 2 of to AI of in AI to of AI of AI by to AI in of of to on of to In of AI to by so as to AI of AI of it to in 3% of of of by in of on AI of as (1) of by of of of (2) of on of be at (3) AI be by to be (4) be to a of of of as (1) of in of on of of (2) AI to AI in (3) of of to M, 录 第一章 引 言 . 1 究背景 . 1 稻冷害及产量预测研究进展 . 2 害影响水稻生理评估研究进展 . 2 稻冷害监测研究进展 . 3 稻单产研究进展 . 4 害影响产量评估研究进展 . 7 害 影响水稻单产研究现状分析 . 9 究目的及意义 . 10 第二章 水稻物候特征与 型 . 11 季中稻物候特 征 . 11 稻冷害含义及类型 . 12 型 . 12 型总体结构 . 13 稻 数 . 13 稻干物质 . 14 稻收获指数 . 14 章小结 . 15 第三章 研究区域及技术方案 . 16 究区域 . 16 础理论与技术路线 . 17 础理论 . 17 术路线 . 21 据收集及预处理 . 22 据收集 . 22 据预处理 . 26 章小结 . 28 第四章 演与拟合 . 30 稻种植面积的提取 . 30 计算 . 31 反演 . 34 测值的获取 . 35 立 间的数学关系 . 36 日 合 . 47 体拟合 . 48 V 段拟合 . 50 生育期水稻逐日 值 . 54 章小结 . 56 第五章 单产的计算结果与讨论 . 58 计算 . 58 射利用系数的计算 . 60 阳有效辐射的计算 . 61 稻干物质量的计 算 . 63 获指数的计算 . 67 碍型冷害因子的计算 . 67 迟型冷害因子的计算 . 68 果与讨论 . 71 产计算结果 . 71 论 . 73 章小结 . 78 第六章 结论与展望 . 79 究结论 . 79 新点 . 80 究展望 . 80 参考文献 . 82 附录 . 95 致谢 . 106 作者简历 . 107 表目录 图 2单季中稻全生育期物候示意图 . 11 图 2冷害影响水稻示例图 . 12 图 3黑龙江省五常市地理位置图 . 16 图 3技术路线 . 21 图 3像示意图 . 26 图 4基于目视解译的水稻种植区域提取 . 31 图 4算示意图 . 32 图 4 性模型关系 . 37 图 4应用线性模型计算 与实测值之间的差值 . 38 图 4 数模型关系 . 39 图 4应用对数模型计算 与实测值之间的差值 . 40 图 4 物线模型关系 . 41 图 4应用抛物线模型计算 与实测值之间的差值 . 42 图 4 次多项式模型关系 . 43 图 4用三次多项式模型计算 与实测值之间的差值 . 44 图 4 数函数模型关系 . 45 图 4用指数模型计算 与实测值之间的差值 . 46 图 4同施 N 水平 水稻 时间变化曲线 . 47 图 4稻移栽期到成熟期 整体拟合 . 48 图 4稻移栽期到拔节期 分段拟合 . 51 图 4稻拔节期到抽穗期 分段拟合 . 51 图 4稻抽穗期到成熟期 分段拟合 . 52 图 4稻生长伊始到分蘖初期 拟合 . 54 图 5尚志与五常日平均气温关系图 . 58 图 5水稻全生育期干物质量的变化趋势 . 66 图 52006 年五常水稻收获指数变化趋势 . 70 图 5冷害温度差的和与水稻空壳率的关系 . 73 图 5量值与计算值之间的差值 . 75 图 5水稻不同生长阶段分段拟合、整 体拟合 与实测值之间的比较 . 77 表 3 术参数表 . 22 表 3术参数表 . 23 表 3据产品列表 . 25 表 3像选取日期及其对应的日期号 . 26 表 3云检测技术参数表 . 27 3影参数表 . 28 表 4像的主要应用范围 . 30 表 4计算获取的 . 33 表 4试验样地获取的 与 . 35 表 4应用线性模型计算出的 表 . 37 表 4应用线性模型计算出的 与实测值的误差评估 . 38 表 4应用对数模型计算出的 表 . 39 表 4应用对数模型计算出的 与实测值的误差