WOFOST模型同化时序HJ CCD数据反演叶面积指数.pdf

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1、第28卷第11期农业工程学报1582012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、旬1．28NO．11Jun．2012WOFOST模型同化时序HJCCD数据反演叶面积指数赵虎1，裴志远麟，马尚杰17王连林2，马志平2(1．农业部规划设计研究院，北京100125；2．河北省玉嗣县农业区划办，玉田064100)摘要：为增强作物叶面积指数遥感反演的机理性并提高反演精度，存深入分析作物长势模型WOFOST机理的摹础卜，采用最小二乘

2、法作为同化算法，以生长季内获取的时序HJCCD遥感数据作为外鄙数据源，反演冬小麦叶面积指数进行长势监测和估产应用。以河北省玉田县为试验区，以三要索法和实测LAi作为基准，模型模拟产量和LAl作为反演精度的度量指标，成熟期LAI估算误差由模型同化前的14．95％降虿同化后的9．97％，产量误差由同化前的18．17％降为同化后的15．89％。叶面积指数的同化结果与实测数据具有较好的拟台度，表明该方法的具有一定可行性，为作物牛长模型区域化应用提供了参考。关键词：遥感，最小二乘法，算法，环境减灾小卫星CCD，

3、同化，叶面积指数，wOFOsTdoi：10．3969／j．issn．1002—6819．201211．026中图分类号：S127文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一1卜0158-06赵虎，裴志远，马尚杰，等．WOFOST模型同化时序HJCCD数据反演叶面积指数[J】．农业工程学报，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引言叶面积指数(1eafareaindex，LAI)对作物冠层光合作用和蒸腾蒸散等起到关键作用，是反映作物生物物理过程的重要指标【11。快速、准确地获取作物叶面积指数是农业遥感研究的热点，LAI在作物长势、物候期、产量和净初生产力预估

5、与获取等方面具有重要的意义。近年来，将遥感观测数据和作物生长模型进行耦合同化成为反演作物叶面积指数的重要手段口J，受到了越来越多的关注。目前关于两者结合方法的研究主要有2类：“强迫法”(又称“驱动法”)和“同化法”(又称“初始化／参数化法”[3-41。强迫法基于“遥感观测值比模型模拟值更准确”垆】这一假设将遥感观测值通过时序内插直接用于更新作物生长模型的输出参数，是早期遥感数据和作物生长模型的主要结合方法。“同化法”通过一定的优化算法不断调整作物生长模型的参数使得模型的模拟值和遥感观测值之间的差距达到

6、最小睁”，然后将最优状态下的模型输出值作为最终结果，兼顾了遥感观测的便捷性和模型模拟的机理性。根据同化对象的不同可以分为以冠层反射率或作物生长状态变量作为同化变量2种方法。前收稿日期：2011-12-20修订日期：2012．01．09基金项目：国防科工委}U．1卫星数据应用研究专题(项目编号：2009A02A0100)．农业部规划设计研究院自选谋题(项目编号：201104)作者简介：赵虎(1981一)，男。湖北人，博士，2008年赴美国交流访问，主要从事遥感与地理信息系统在农业中的研究与应Hj工作。农

7、业工程学会会员：EC40100119M。北京市朝阳区麦子店街4l号，农业部规划设计研究院100125。Email：jha曲u@gm,'n1．com※通信作者：裴志远(1968一)，男，研究员，主要从事农业遥感应用与研究工作。北京市朝阳区麦子店街41号，农业部规划设计研究院100125。Email：peizhiyuam@tom．tom者需要将辐射传输模型和作物生长模型连接起来，后者通过遥感模犁直接反演作物冠层结构变量(如LAI、ET等)作为同化对象。由于研究尚处于起步阶段，前期的大量工作主要集中在遥感观

8、测值同作物生长模型的同化模式、同化算法和应用潜力等方面。遥感数据选择方面，大多选择时间分辨率高、易获取的中低分辨率遥感数据，如：MODISE8‘91、AVHRRl加1、MERISI㈨21等。中国自主研制并于2008年成功发射的环境减灾小卫星HJlA／BCCD数据具有30m的空f'日J分辨率，每3～4d可以重访一次，在国内很多领域得到了大量应用[1,13-16】。作物生长模型方面多选用以经验公式为基础、实用性较强的CERESt¨4s】(crop．envir