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《山西农业大学》 2017年
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基于SEBAL模型的晋中市小麦水分生产力估算

魏强  
【摘要】:粮食和水资源问题是关系到整个国家乃至全球的战略性问题。尽管我国粮食近年来实现了连年增长,但其增长主要依靠物质要素的高投入,其中就包括水资源的大量投入。而且,我国2015年的灌溉总面积为6587.26万公顷,有效灌溉面积为2990.20万公顷,占总灌溉面积的45%,水资源的灌溉效率较低。如何提高农业用水效率,在保障高产前提下减少农业用水量,提高作物水分生产力,成为缓解当前农业用水问题的关键。为此,将需要准确估算作物的水分生产力,这对实时监测农业用水状况,管理农业用水具有重要意义,也是目前急需解决的关键问题。本论文主要目的是利用遥感反演2014~2015年晋中小麦的水分生产力。首先,基于Landsat8遥感数据提取了晋中小麦种植信息,确定其种植分布。其次通过NDVI与统计单产数据相耦合,建立小麦产量与NDVI的关系模型,得到基于单一像元的小麦产量栅格图。然后,利用2014~2015年8个时相的Landsat8遥感影像,运用SEBAL模型反演晋中小麦蒸散量。最后,将反演所得蒸散与基于栅格的产量数据代入水分生产力公式,计算出晋中小麦水分生产力,得到晋中小麦水分生产力分布图。主要成果有:(1)将5月与6月NDVI的比值作为提取小麦的依据,选取阈值为1.78来提取小麦信息,然后采用决策树分类方法来人工干预,最终提取了晋中小麦种植分布信息。晋中实际耕地7604.20公顷,提取面积8208.04公顷,提取精度为92%。(2)通过对3、4、5月份的NDVI与统计产量进行了多元逐步回归分析。最终得到基于栅格的产量与NDVI的回归方程为:Y = 7.401 + 7.876x1-2.916x2 + 1.442x3根据此回归方程得到研究区小麦产量分布,结果表明晋中市2015年小麦产量处于2 735~8941 kg/hm2,平均值为 4 581 kg/hm2。(3)估算了晋中2014~2015年小麦实际蒸散量。反演得到太谷、祁县、介休、灵石四县的遥感平均日蒸散分别为1.6378mm、1.7750mm、1.8511mm、1.7237mm,逐日计算实际蒸散量平均值分别为1.6178mm、1.5808mm、1.8562mm、1.5261 mm,平均相对误差分别为1.2%、10.9%、-0.3%、11..3%,误差基本保持在12%以下。与中国科学院兰州大气物理研究所对SEBAL模型精度的验证结果基本相符,证明反演结果较为合理。(4)估算了晋中小麦水分生产力,并了解其空间分布特征。晋中小麦种植区的小麦水分生产力在1.60kg/m3以下,区域均值为1.07kg/m3。太谷县与祁县小麦种植集中,水分生产力较高,大部分位于1.00kg/m3以上,而介休市小麦水分生产力普遍处于0.85 kg/m3以下,灵石县小麦种植较为分散,但水分生产力较高,最高达到2.00kg/m3以上。不过晋中整体水分生产力水平而言,相比于杨建莹在2011到2012年对黄淮平原冬小麦水分生产力的估算均值为1.21 kg/m3,晋中小麦水分生产力较小。
【学位授予单位】:山西农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S512.1

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