一种小麦花后冠层蒸散建模的方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种小麦花后冠层蒸散建模的方法、系统及装置，包括如下步骤：获取与小麦生长相关的试验数据；根据相关数据计算温度影响因子和水分影响因子；根据平行四边形定责将温度影响因子和水分影响因子计算高温干旱互作因子；根据任意相邻两天的高温干旱互作因子计算可量化胁迫恢复的效应因子；利用可量化胁迫恢复的效应因子和Jarvis气孔导度模型构建高温干旱互作下的气孔导度模拟模型；利用高温干旱互作下的气孔导度模拟模型预测冠层尺度的气孔导度；根据冠层尺度的气孔导度和相关数据构建高温干旱互作下的冠层蒸散模拟模型。本发明专利技术能够对相关影响因子进行整合，从而对预测模型进行优化，提高了预测结果的准确性和可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种小麦花后冠层蒸散建模的方法、系统及装置


[0001]本专利技术属于农业信息化
，具体涉及一种小麦花后冠层蒸散建模的方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]IPCC评估报告表明，自工业革命以来，由人类活动引起的全球气候变化非常明显，主要表现为气温的升高、温室气体和CO2浓度增加和降雨模式的改变等。与此同时，气候变化还导致气候波动增加，从而带来极端气候事件频发，导致作物生育期内干旱少雨、阴雨寡照、花后高温、春季低温等越来越趋于常态化，进一步加剧了作物生产系统的不稳定性。
[0003]作物生长模拟模型由于机理性、动态性、预测性等特点，是当前评估全球气候变化对作物生产影响的有效工具。无论是全球范围内还是在我国，高温与干旱复合胁迫发生的频率都较大。但前人对高温与干旱胁迫的模拟研究多着重于单因子胁迫，特别是对高温胁迫下的模拟，而对高温干旱互作效应的模拟研究则鲜有涉及。
[0004]气孔作为蒸腾作用的主要通道，通过直接控制植物与大气之间的气体和能量交换来影响作物的生长。因此，准确估算作物的蒸散量和气孔导度是量化高温干旱胁迫对作物生长发育影响的关键。作为典型的经验性气孔导度模型，Jarvis模型因其简单性而受到广泛的应用，它是将太阳辐射、温度、VPD、干旱胁迫等影响因子的修正来量化环境对气孔导度的影响，但模型中各因子都是独立的，计算中也仅是进行了简单相乘，致使最终的预测结果并不严谨可靠，因此需要一种可量化高温干旱互作效应的算法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种小麦花后冠层蒸散建模的方法、系统及装置，能够对相关影响因子进行整合，从而对模拟模型进行优化，提高了预测结果的准确性和可靠性。
[0006]本专利技术是这样实现的：一种小麦花后冠层蒸散建模的方法，包括如下步骤：获取与小麦生长相关的试验数据；根据试验数据中的相关数据计算温度影响因子和水分影响因子；根据平行四边形定责将温度影响因子和水分影响因子计算高温干旱互作因子；根据任意相邻两天的高温干旱互作因子计算可量化胁迫恢复的效应因子；利用可量化胁迫恢复的效应因子和Jarvis气孔导度模型构建高温干旱互作下的气孔导度模拟模型；利用高温干旱互作下的气孔导度模拟模型预测冠层尺度的气孔导度；根据冠层尺度的气孔导度和试验数据中的相关数据构建高温干旱互作下的冠层蒸散模拟模型。
[0007]进一步地，获取与小麦生长相关的试验数据包括如下步骤：选取对高温和干旱耐性均不同的若干小麦品种作为供试品种；
分别在小麦开花期和灌浆期进行高温干旱胁迫处理，其中每个处理时期分别设定4个不同温度水平的对照温度，每个温度水平下设置3个不同含水量水平的干旱胁迫处理，胁迫处理的时间为预设值并且相同；利用相关设备记录与小麦生长相关的数据。
[0008]进一步地，根据试验数据中的相关数据计算温度影响因子和水分影响因子包括如下步骤：温度影响因子的计算公式为：，其中，T为空气温度，T0为小麦生长发育的最适温度，T1为小麦生长发育的最低温度，T
h
为小麦生长发育的最高温度；水分影响因子的计算公式为：，其中，θ为土壤水分含量，θ
W
为萎蔫系数，θ
F
为田间持水量。
[0009]进一步地，高温干旱互作因子的计算公式为：，其中，α为花后小麦气孔导度变化曲线上某点的切线与y轴的夹角；W
T
和W
θ
分别为温度影响因子和水分影响因子所占的权重，其由试验实测值计算得到，其计算公式为：，其中，T
j
为水分充足时不同温度处理下的空气温度，T
opt
为最适环境下的空气温度，g
smax
为最佳环境条件下测试得到的叶片最大气孔导度，g
sTj
为水分充足时不同温度处理下的气孔导度，θ
j
为最适温度时不同水分处理下的土壤含水量，θ
opt
为最适环境下的土壤含水量，g
sθj
为最适温度时不同水分处理下的气孔导度。
[0010]进一步地，可量化胁迫恢复的效应因子的计算公式为：，其中，r为品种参数。
[0011]进一步地，高温干旱互作下的气孔导度模拟模型的表达式为：，其中，，g
smax
为最佳环境条件下测试得到的叶片最大气孔导度，PAR为光合有效辐射，VPD为蒸汽压差，β1和β2为拟合参数。
[0012]进一步地，冠层尺度的气孔导度的计算公式为：，其中，LAI
e
为有效叶面积指数，其计算公式为：，LAI为叶面积指数。
[0013]进一步地，高温干旱互作下的冠层蒸散模拟模型的表达式为：，其中，λ为汽化潜热，AET为冠层蒸散量，Δ为饱和蒸汽压差曲线的斜率，R
n
为作物表面净辐射，G为土壤热通量，ρ
a
为空气密度，C
p
为干燥空气在恒压下的比热，e
s
为饱和蒸气压，e
a
为实际蒸气压，γ为温度计常数，g
c
为冠层尺度的气孔导度，r
a
为空气阻力，其表达式为：，式中，Z为参考高度，H
c
为作物的高度，k为Karman常数，u为参考高度处的风速，d为零平面位移，Z0为相对于动量传递的作物的粗糙度长度。
[0014]本专利技术还公开了一种小麦花后冠层蒸散建模的系统，包括：数据获取模块，用于获取与小麦生长相关的试验数据；影响因子计算模块，用于根据试验数据中的相关数据计算温度影响因子和水分影响因子；互作因子计算模块，用于根据平行四边形定责将温度影响因子和水分影响因子计算高温干旱互作因子；效应因子计算模块，用于根据任意相邻两天的高温干旱互作因子计算可量化胁迫恢复的效应因子；气孔导度模拟模型模块，用于利用可量化胁迫恢复的效应因子和Jarvis气孔导度模型构建高温干旱互作下的气孔导度模拟模型；气孔导度预测模块，用于利用高温干旱互作下的气孔导度模拟模型预测冠层尺度的气孔导度；冠层蒸散模拟模型模块，用于根据冠层尺度的气孔导度和试验数据中的相关数据构建高温干旱互作下的冠层蒸散模拟模型。
[0015]本专利技术还提供了一种小麦花后冠层蒸散建模的装置，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0016]本专利技术带来的有益效果是：1、本专利技术将温度影响因子和水分影响因子进行整合构建高温干旱互作因子，能够更加准确的估算出小麦花后遭受高温干旱互作胁迫时的气孔导度，为构建效应因子提供了
有利条件。
[0017]2、本专利技术的方法通过构建效应因子，能够更加准确的估算出小麦花后高温干旱胁迫结束后气孔导度的恢复效应，为估算冠层气孔导度提供了有利条件。
[0018]3、本专利技术通过冠层气孔导度对Penman
‑
Monteith模型进行优化，能够更加准确的模拟出小麦花后高温干旱互作下的冠层蒸散，为后续研究提供更加可靠的理论依据。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小麦花后冠层蒸散建模的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取与小麦生长相关的试验数据；根据所述试验数据中的相关数据计算温度影响因子和水分影响因子；根据平行四边形定责将温度影响因子和水分影响因子计算高温干旱互作因子；根据任意相邻两天的高温干旱互作因子计算可量化胁迫恢复的效应因子；利用可量化胁迫恢复的效应因子和Jarvis气孔导度模型构建高温干旱互作下的气孔导度模拟模型；利用高温干旱互作下的气孔导度模拟模型预测冠层尺度的气孔导度；根据冠层尺度的气孔导度和所述试验数据中的相关数据构建高温干旱互作下的冠层蒸散模拟模型。2.根据权利要求1所述的一种小麦花后冠层蒸散建模的方法，其特征在于，所述获取与小麦生长相关的试验数据包括如下步骤：选取对高温和干旱耐性均不同的若干小麦品种作为供试品种；分别在小麦开花期和灌浆期进行高温干旱胁迫处理，其中每个处理时期分别设定4个不同温度水平的对照温度，每个温度水平下设置3个不同含水量水平的干旱胁迫处理，胁迫处理的时间为预设值并且相同；利用相关设备记录与小麦生长相关的数据。3.根据权利要求2所述的一种小麦花后冠层蒸散建模的方法，其特征在于，所述根据所述试验数据中的相关数据计算温度影响因子和水分影响因子包括如下步骤：所述温度影响因子的计算公式为：，其中，T为空气温度，T0为小麦生长发育的最适温度，T1为小麦生长发育的最低温度，T
h
为小麦生长发育的最高温度；所述水分影响因子的计算公式为：，其中，θ为土壤水分含量，θ
W
为萎蔫系数，θ
F
为田间持水量。4.根据权利要求3所述的一种小麦花后冠层蒸散建模的方法，其特征在于，所述高温干旱互作因子的计算公式为：，其中，α为花后小麦气孔导度变化曲线上某点的切线与y轴的夹角；W
T
和W
θ
分别为温度影响因子和水分影响因子所占的权重，其由试验实测值计算得到，其计算公式为：，
其中，T
j
为水分充足时不同温度处理下的空气温度，T
opt
为最适环境下的空气温度，g
sTj
为水分充足时不同温度处理下的气孔导度，g
smax
为最佳环境条件下测试得到的叶片最大气孔导度，θ
j
为最适温度时不同水分处理下的土壤含水量，θ
opt
为最适环境下的土壤含水量，g
sθj
为最适温度时不同水分处理下的气孔导度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兵，葛新，石姜懿，汤亮，刘蕾蕾，朱艳，曹卫星，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：