黄土高原苹果树识别与蒸散发过程模拟

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“退耕还林(草)”项目的实施,使得黄土高原的生态建设取得了重大进展。中国政府大力扩大黄土高原红枣,苹果等农作物经济林种植面积,取得了显着效益。然而,由于黄土高原的干旱和缺水,苹果产业的快速发展改变了以往的水量平衡。干燥条件下果园种植的用水量通常大于水的收入,导致严重的水资源短缺。因此,对黄土高原苹果种植园适水性进行宏观评价是非常重要和必要的,以保证当地苹果种植园的可持续发展和农民收入的稳定增长。基于此,本研究首先通过哨兵2A遥感影像对苹果适生区的苹果树做一个精准识别,得到苹果树的空间分布图。然后引入ETMOD模型,对典型年的苹果树的实际蒸散发进行模拟计算。最后通过计算果树的需水满足程度和水分利用效率对苹果树的适水性进行分析。为苹果经济林可持续发展提供依据和保障。本文取得主要研究成果如下:(1)使用哨兵2A的遥感影像数据,下载多时期高分遥感影像,采用多时相分析方法、支持向量机分类法实现对苹果适生区果树的精细化识别提取,并对分类结果进行精度验证。结果表明,支持向量机分类效果比最大似然法分类效果好,分类后类别完整。分类精准度高,误分、错分现象相对较少。基于此我们最终选用支持向量机分类法进行遥感影像的信息提取。根据分类后的果树空间分布图,采用之前样本的50%的果树验证点进行空间位置精度评定,混淆矩阵的评定结果:总体精度为82.25%、用户精度为79.74%、制图精度为81.33%。识别效果的精确度有待提高。(2)本研究基于双源蒸散发模型原理,开发适用于区域蒸散发模拟的ETMOD模型。在模型的开发中充分考虑作物蒸发原理,加入下垫面产流-入渗模块,提高该模型在计算果树实际蒸散发的精确性。利用ETMOD模型估算典型水文年内的实际蒸散量,并定量分析了LAI和实际蒸散发量的年内分布情况。模拟结果表明,时间上E、T、ET均集中在4-9月分别占年总量的75%、90%和85%,E、T、ET、LAI都是呈现先增加后减小的趋势,在7月份达到最大值,叶面积指数LAI的变化趋势与植被蒸腾T最相似。空间上植被蒸腾和实际蒸散发量,从西南向东北呈现增加的趋势,平水年无论是土壤蒸发、植被蒸腾还是总的实际蒸散发量都比枯水年要高。(3)为了评价苹果树在典型水平年的需水满足程度,在第四章的基础上对果树关键生育期的需水量进行了计算,又通过耗水量与需水量的比值计算出典型年关键生育期果树的需水满足程度。计算结果表明,无论是枯水年还是平水年果树的实际耗水都达不到苹果树的需水量,无法满足苹果树在最优条件下生长。枯水年5~8月份从开花到幼果的发育时期需水满足程度在0.5~0.7之间较为良好。平水年4~6月份萌芽期到新梢生长期需水满足程度在0.5~0.6之较为良好,7月份果树需水满足程度达到优,8月份果实膨大期需水满足程度良好。总体来看平水年的需水满足程度比枯水年要好。(4)通过对GPP和WUE的模拟计算可以看出,GPP和WUE的走势基本相同,都是有一个先上升后下降的趋势,在8月份达到了最大值。两个典型水平年内GPP均集中在5-9月,占全年GPP的83%以上,其他8个月均小于17。与GPP得年内分布相比,WUE的年内分布主要重在4-10月,其中WUE大于0.6的只有5个月份。其他5个月份的水分利用效率低于0.5,水分利用效率较低。8月份水分利用效率达到最大值,都达到0.9以上水分利用效率较高。总体来看5~8月份的适水性是基本可以满足果树的生长,但是其他几个月份的适水性较差,水分利用效率和需水满足程度都有待提高。
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