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[硕士论文] 郁莹珺
林业信息技术 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:目前,我国大多数的温室仍以人工经验为依靠进行生产管理,无法科学掌握温室小气候变化,使得温室作物产量和经济效益偏低。因此,本文基于农业物联网技术,针对浙江地区温室,进行温室内小气候分析以及其应用研究。
  首先,设计并搭建了物联网温室监测系统,利用物联网技术,对温室中的环境数据进行实时、准确的获取。整个系统由无线采集节点、智能网关和控制中心组成。其中无线采集节点集成了各类传感器模块,负责采集环境数据;数据通过ZigBee网络发送至网关节点,再通过智能网关转发到控制中心的服务器上,实现信息交互;控制中心完成温室环境数据的存储和显示等功能。
  其次,通过物联网温室监测系统进行温室环境要素的多点测量。以数据为基础,对温室小气候进行分析研究,描述了冬季不同天气条件下温室内光照强度、空气温湿度、土壤温度的变化特征,充分认识和理解温室小气候的时空分布情况。
  然后,提出了一种基于经验模态分解和小波神经网络(EMD-WNN)的温室温湿度短期预测模型。从研究对象的特性出发,结合各方法的优点,采用多算法融合的组合预测思路。结果表明,EMD-WNN组合模型有效地提高了温室温湿度短期预测的精度。
  最后,根据对温室小气候的分析,研究其应用模式。温室小气候分析不仅能在作物栽培管理方面提供可行的优化指导,而且可以为温室内环境调控提供理论依据。掌握温室小气候变化规律,使得温室生产和管理高效、均衡发展,从而促进现代化温室的可持续发展,让设施农业成为有干头的产业。
[硕士论文] 马倩倩
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:本文基于农业气象观测站数据和区域气候模式系统PRECIS产生的RCP4.5气候情景数据,比较了活动积温法、累计热生长单位法和生长速率估测法对我国北部冬麦区冬小麦拔节、抽穗、乳熟和成熟期的模拟精度,选用精度较高的模型模拟研究区未来冬小麦的生育期。在此基础上,分析未来研究区冬小麦各生育期和各生育阶段内农业气候资源的变化及干旱演变特征。主要结论如下:
  (1)生长速率估测法对播种-拔节和播种-抽穗天数的模拟结果较好,均方根误差为3.0~3.7d,一致性指数均超过0.9;活动积温法对抽穗-乳熟和抽穗-成熟天数的模拟较为精确,均方根误差为2.6~3.1d,一致性指数均大于0.8。
  (2)未来研究区冬小麦冬前生育期推迟,冬后则均呈提前趋势。2031-2090年,播种、越冬开始、返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期的变化趋势分别为1.8、1.7、-1.3、-1.1、-1.1、-1.3、-1.4d·(10a)-1,变化趋势均极显著(P<0.01)。相较于基准时段(1976-2005年),至2040s(2031-2060年)返青期变化的空间差异最大,至2070s(2061-2090年)返青和成熟期变化的空间差异较大,而播种期均最小。至2040s返青期在研究区西北部提前更多,至2070s则相反;至2070s成熟期在西北部提前较多。2031-2090年,越冬期、抽穗-乳熟、乳熟-成熟和全生育期天数均显著缩短(P<0.05)。相较于基准时段,至2070s越冬期缩短了18.3~31.6天,全生育期缩短了22.5~37.5天,越冬期缩短对全生育期变化的贡献率超过70%。
  (3)未来研究区冬小麦全生育期内热量资源增加,降水和光照资源均减少,气候生产潜力降低。2031-2090年,热量资源在越冬期升幅较大,越冬期负积温的变化趋势为37.8℃·d·(10a)-1。播种-越冬阶段和全生育期内降水量显著减少(P<0.05),变化趋势分别为-7.1和-11.8mm·(10a)-1。太阳辐射量在越冬期、拔节-抽穗、抽穗-乳熟阶段和全生育期内均极显著减少(P<0.01),全生育期减少62.4MJ·m-2·(10a)-1。
  (4)未来冬小麦气候生产潜力在研究区东北部边界地区减幅较大,但光温水资源变化呈现出明显的空间分布特征。相较于基准时段,未来冬小麦越冬期和返青-拔节阶段热量资源变化的空间差异较大,至2040s和2070s越冬期热量资源在研究区西北部增幅较大;至2040s返青-拔节阶段热量资源的变化存在东西差异,至2070s则在东南和西北部差异较大。至2040s播种-越冬、抽穗-乳熟和全生育期的降水量在西北部减少,东南部增加;越冬期和拔节-抽穗阶段则在区域内普遍增加,返青-拔节和乳熟-成熟阶段则普遍减少。至2070s拔节-抽穗阶段的降水量普遍增加,其余阶段则普遍减少。至2040s辐射量的变化在播种-越冬阶段空间差异较大,此阶段在河北东南部、天津等地区的减幅较大;至2070s则在返青-拔节阶段差异较大,由东南至西北减幅逐渐增大。
  (5)未来研究区冬小麦需水量减少,但干旱情况依然严峻,干旱频率和风险在空间上存在东西差异。研究区东部在播种-越冬阶段的中旱和重旱发生频率较高,其余阶段则为重旱和特旱较高;西部在冬小麦各生育阶段的中旱频率较高,但随着冬小麦生育阶段的更替,重旱和特旱频率增加。在空间上,未来冬小麦多个生育阶段的干旱风险由西至东逐渐增大。
[硕士论文] 王赛
农业资源利用 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:农业生产与自然条件之间有着紧密的联系,随着自然条件的变化,农业生产也会随之相应改变。20世纪至今,全球气候发生了重大改变,全球平均气温升高和CO2浓度的增加进而产生了一系列的环境问题,在全球气候变暖的背景下,农业生产受到气候的影响而发生的变化特征最显著,受到了人们的广泛关注。其中农作物单产波动增大,作物原有种植结构改变,耕地效率降低成为主要问题。气候变化所带来的农业问题最主要的是反应在粮食生产上面,人们对气候变化与粮食生产愈加关注。如何解决气候变化所带来的负面效应,成为当今的热点问题。气候变化关系到中国的经济建设大局,为了保障中国的粮食安全,生态环境安全,能源安全,必须积极应对气候变化,推进低碳发展,降低CO2排放,发展循环经济,推进农业产业化革新。从科学的角度评估气候变化对农业生产的影响及程度,推动中国农业现代化发展。
  黑龙江省是中国的农业大省,三江平原位于中国黑龙江省东北部,该地区水热资源丰富,人均耕地占有率远高于全国平均水平,是中国重要的商品粮基地,该地区近年来气候变化显著,粮食作物生长过程中对于气候的变化响应最为敏感。本文依托于地理信息技术,通过采集多时段气候数据,作物种植结构数据,分析三江平原农业生产的变化。选取1995-2015年21年间气温、降水和日照时数数据,从时间和空间的角度分析气候变化特征及突变特征。选取作物播种面积和作物单产数据,作为农业生产的变化指标,研究作物播种面积和单产与气温、降水量、日照时数三个气象要素的相互关系,从而分析气候变化对农业生产的影响,为农业生产可持续发展提供科学依据。研究结果表明:
  (1)三江平原在1995-2015年平均气温呈现上升趋势,年气温平均值4.852℃。作物生长季平均气温呈现上升趋势,研究期内平均气温为18.85℃。三江平原在研究期内的年平均气温变化在2.8-5.3℃范围内,变化幅度较大;三江平原气温空间变化较大,中部地区温度高于其他地区,且中部地区增温明显;南部地区温度要高于北部地区;1996-2005年大部分地区气温处于3.8-4.3℃范围,2006-2015年4.3-4.8℃的温度区范围增加,达到了三分之一区域。
  (2)三江平原在1995-2015年降水量呈现上升趋势,年降水量均值为520mm,作物生长季降水呈现上升趋势,研究期内作物生长季降水量均值为404mm。三江平原在研究期内的年降水量变化在417-659mm范围内,变化幅度较大;三江平原降水量空间分布差异较大,中部地区降水量明显少于其他地区,东南部和西北部降水量充足;1996-2005年大部分地区降水量在529-552mm,2006-2015年529-552mm的降水区范围增加。
  (3)三江平原1995-2015年日照时数呈现下降趋势,年日照时数平均值2390.2h。作物生长季日照时数呈现下降趋势,研究期内平均日照时数为1114.4h。三江平原在研究期内的年日照时数变化在1976-2024h范围内,变化幅度较大;近20年来日照时数呈逐渐减少的趋势,其中三江平原东部地区日照充足;西部地区日照时数偏少。
  (4)气候变化因素是影响农业生产的主要原因之一。在三江平原气候朝着暖湿方向发展的情况下,水稻播种面积受气候条件影响,播种面积增加,作物单产增加。小麦作为长日照作物,在日照时数减少的情况下,播种面积减少,并且作物单产下降。大豆的播种更容易受经济条件因素限制,因此对气候变化无明显的响应特征。玉米单产逐渐增加,玉米的种植面积大幅度提升。
  (5)农业生产受气候因素的影响,会表现出播种面积、种植结构、作物单产等方面的变化,但是农业生产还会受到外界条件的干扰,比如农业生产技术、农业病虫害、农作物品种选择、农业基础设施、市场经济导向等都是主要影响因素。
[硕士论文] 张涵
水利工程;水文学及水资源 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:降水作为灌溉主要水源之一,实现对降水量的准确预测,对区域尤其是灌区的经济发展、水资源综合应用与管理以及抗灾减灾方面都具有重大的意义。而降水受多种因素的影响,其中降水量与气象因子的变化密切相关,因而气象因子的不确定性必然影响着降水量预报的精度。为获取气象因子不确定性特征,提高降水预报结果的精度。因此本研究以友谊农场为三江平原的典型研究区域,应用其月气象数据为研究对象,实现基于降水主要影响因子不确定性的降水概率预报及集合预报。
  主要研究内容如下:
  (1)降水主要影响因子辨识与不确定性分析
  应用逐步回归分析法对降水主要影响因子进行进一步辨识,并通过云模型技术实现降水及其主要影响因子的不确定性的定性与定量之间的转化,最终得到降水及其各因子的不确定性强弱的关系为:U降水量>U蒸发量>U平均气温>U相对湿度。
  (2)确定性预报模型
  通过降水自相关和降水主要影响因子分别建立RBF-ANN预报模型(AR-RBF和IF-RBF),并将其应用到友谊农场的月降水量预测中,通过对比分析发现,考虑更多因素的IF-RBF比AR-RBF的预测效果更好。
  (3)基于主要因子不确定性的降水概率预报
  在贝叶斯概率预报系统(BFS)的理论框架下,利用IF-RBF作为BFS的似然函数,以实测降水量为后验信息,对降水主要影响因子先验信息进行贝叶斯修正,利用AM-MCMC获取了各月的蒸发量、平均气温、相对温度的后验密度。结合IF-RBF构建了考虑主要影响因子不确定性的降水概率预报模型(IFU-PBF),最终得到各月降水的均值预报过程,和指定相应概率的置信区间,考虑了降水预报结果不确定度,达到降水概率预报之目的。IFU-PBF与传统IF-RBF的确定性预报结果相比,预报期IFU-PBF计算结果的各精度评价参数较均有所提高,纳什效率系数提高3%,均方根误差降低了51%,相关系数提高了2%。尤其对极值降水的适用性更好,极大值的预报相对误差平均提高55%,极小值的预报相对误差提高24%。考虑气象因子不确定性,开展降水的概率预报更符合降水及其影响因素的随机过程的本质,不仅能够满足预报精度,还考虑预报结果的不确定度。
  (4)基于AM-MCMC的集合预报模型
  在贝叶斯模型平均理论框架下,通过概率统计方法,考虑集合模型中单一模型权重的不确定性的定量表达,从而构建AM-MCMC-CM模型。并应用AM-MCMC-CM模型预测三江平原友谊农场的月降水量,并将其预测结果与IFU-PBF的预测结果进行比较。结果表明,考虑单一模型权重的不确定性的AM-MCMC-CM模型进一步提高了降水量预报的准确性。
[硕士论文] 刘笑
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:粮食安全是中国需要长期密切关注的议题。华北平原是我国的小麦和玉米主产区,分析农业气象灾害和气温降水变化对粮食产量的影响,将为农业适应气候变化对策的制定提供科学依据。本文将利用1986-2012年受灾面积等数据分析主要农业气象灾害的变化特征及其对粮食产量的影响;利用华北平原三省1978-2012年的气象数据,通过计算气候倾向率,分析河南、河北及山东三省气温、农业界限温度的初日、终日和持续日数及降水量变化特征:在柯布-道格拉斯函数中引入气候修订模块,构建经济-气候模型(C-D-C模型),用于分析气温降水变化对粮食生产的影响,其中的技术进步因子用于评估气候变化影响对策的有效性。主要结论包括:
  (1)1986-2012年间,河北、河南和山东的农业气象灾害受灾程度呈下降趋势;河北、河南和山东农业气象灾害造成的粮食损失率分别为7.9~17.2%、6.0~13.3%、6.6~14.8%,河北受灾程度最严重。不同灾种导致的各省粮食损失率由大到小分别为:河北省干旱>风雹>洪涝>低温,河南省和山东省干旱>洪涝>风雹>低温。各省洪涝、低温偶发性强,其中河南的洪涝波动性最大,山东的低温波动性最大;各省干旱、风雹为常态灾害,其中河北的干旱、风雹波动性最小。四类灾害等级划分结果表明干旱和风雹为常态性灾害,年际波动小,对农业生产的影响较大;而洪涝和低温的影响相比较小,但偶发性强,致灾强度大。
  (2)1978-2012年华北平原三省全年、冬小麦生育期和夏玉米生长季内平均气温升高,90年代升温幅度最大。河北省和山东省日平均气温≥5℃,河南省≥0℃、≥15℃的初日提前;河北省、河南省和山东省日平均温度≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃终日推迟趋势不显著;河北省日平均气温≥5℃,河南省≥0℃、≥15℃,山东省≥5℃、≥10℃、≥15℃持续日数增加。河北省和河南省年降水量变化趋势不显著,山东省年降水量显著增加;三省冬小麦和夏玉米生育期降水量变化趋势不显著。
  (3)1978-2012年河北省、山东省冬小麦播种面积减小,而河南省冬小麦播种面积增加。三省的玉米播种面积均增加,三省冬小麦和玉米总产量和单位面积产量均显著增加。冬小麦生长季内热量资源及降水变幅不显著,体现为平均气温和降水量作对产量影响不显著。冬小麦播种面积、劳动力投入和技术进步对产量都有正的影响,影响最大的是播种面积,其次是技术进步。在考虑灌溉的情况下,河北省和山东省玉米生育期降水量对产量的影响为负,其他气候要素对产量影响均不显著。玉米播种面积和技术进步对产量都有正的影响,影响最大的是播种面积,其次是技术进步。这表明在耕地资源趋于饱和,农村劳动力人数减少的状况下,未来粮食产量的提高主要依靠技术进步。
[硕士论文] 张志林
农业信息化 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:小麦是我国的主要粮食作物之一,小麦的健康生长对我国国民经济的稳定发展有着重要意义。河南省位于中国中东部,以冬小麦为主要粮食作物。由于华北地区的气候较为多变,农业气象灾害时常发生,严重影响小麦生长,这些灾害中以干热风最为常见并且危害很大,严重时甚至可以使小麦减产20%以上,所以在于热风灾害时常发生的情况下,如果能在灾害发生之前加以预测,并将预警信号发布出来,使农民积极采取措施,做到防灾抗灾,减少灾害所带来的影响,对小麦产量的稳步增长有着重大意义。
  本文以小麦干热风农业气象灾害预测为研究对象,针对当前小麦干热风灾害在短期预报方面的相对薄弱,以及对天气预报的依赖性较强等问题,本文基于数据挖掘技术,充分利用历史气象数据,构建了小麦干热风灾害预测模型。在确定模型可行后,并将计算模型部署到分布式环境下,以应对以后数据量增长所带来的计算效率和实时性问题。最后构建了小麦干热风灾害预测原型系统,为用户提供灾害预测服务。本文所做的工作主要包括以下几个方面:
  (1)小麦干热风灾害预测模型的构建。本文在分析了小麦干热风的致灾机理、等级指标后,通过对历史数据进行整理标注,标注完成后,初步筛选影响干热风的前期因子,共18个维度,采用主成分分析法抽取影响干热风发生的重要因子,为模型所面临的维度灾难提供了解决方法。然后选取数据挖掘中的BP神经网络和支持向量机算法作为备选算法对小麦干热风灾害进行预测,构建基于BP神经网络与支持向量机(SVM)的组合预测模型。最后通过对模型进行评价,证明该模型的可行性,可以用来对小麦干热风灾害进行预测。
  (2)分布式环境下算法设计。为应对数据量增长所带来的实时性计算问题,设计了基于分布式计算平台Spark下的并行BP神经网络算法和并行支持向量机(SVM)算法。采用建立的小麦干热风灾害预测模型,进行实验,对比了单机环境下的模型和分布式环境下模型的效率。通过实验证明,分布式环境下的并行算法在数据量足够大的情况下效率要高于单机环境下的串行算法,为将来数据量增长,模型能够实时、高效计算提供技术支撑。
  (3)小麦干热风灾害预测原型系统开发。架构设计主要包括数据采集以及预处理、分布式环境下模型的设计和实时的预测服务。其中数据处理主要包括对历史数据的挖掘和实时数据的计算分析;实时的预测服务主要基于分布式环境下的模型设计,构建分布式模型计算子系统,并通过WebAPI技术将预测结果展示出来。在分布式模型计算子系统中,每天接收的数据保留下来,作为历史数据进行训练,实时更新模型,用于下次小麦干热风灾害的预测。
  本文通过将历史数据进行搜集整理,对小麦干热风气象灾害建立模型,验证其模型的可行性,并实现分布式环境下的模型设计,构建原型系统,实时高效的对小麦干热风进行预报。本文所做的工作为用户及时收到预测信息并采取措施避免减产提供技术支撑,为其他气象灾害的预测提供了一定思路,对我国小麦产量稳步增长具有一定意义。
[硕士论文] 秦晓晨
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:过去三十多年我国冬小麦产量呈现持续增长态势,气候、技术和政策等多种因素综合作用共同促进了冬小麦产量的增加。剥离气候变化、品种更替和施肥管理三种不同驱动要素对冬小麦产量的影响,细化冬小麦单产对不同气候要素的敏感性及其相互关系,是农业适应气候变化的前提基础。基于此,本文根据冬小麦生态类型区及农业农村部小麦优势产区分布,将冬小麦划分为四个研究亚区(Ⅰ区—黄淮冬麦区;Ⅱ区—长江中下游冬麦区;Ⅲ区—西南冬麦区;Ⅴ区—西北冬麦区),利用CERES-Wheat模型,从多因素对冬小麦单产的影响分析入手,阐述了不同因素变化与冬小麦单产波动的相互关系,旨在揭示1980-2010年气候变化、品种更替、肥料管理对冬小麦单产的贡献,并厘清温度、太阳辐射和降水三种气象要素与小麦单产的作用关系及影响水平。主要结论如下:
  (1)1980-2010年气候变化对我国冬小麦单产的影响有正有负,与1980s各研究区单产相比,1990s气候变化对冬小麦单产的影响以正效应为主,使黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区以及西北冬麦区单产分别提升了2.6%、3.1%和1.0%,西南冬麦区单产降低了1.5%;2000s气候变化以负效应为主,使黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区以及西南冬麦区单产分别降低了0.7%、11.5%和2.8%,仅在西北冬麦区使单产增加了3.4%。
  (2)品种更替和施肥增加均使冬小麦单产增加,是1980-2010年冬小麦单产增加的主要原因。黄淮冬麦区两种要素作用相当,相比1980s,2000s年品种更替和施肥量增加使冬小麦单产提高了15.5%和13.1%;而在长江中下游冬麦区和西北冬麦区,品种更替的效果更为显著,2000s品种更替使两个麦区冬小麦单产分别提高了31.7%和25.9%;1990s西南冬麦区冬小麦单产增加主要是由于品种更替,而在2000s年主要是施肥量的增加。
  (3)从冬小麦气候产量对不同气候要素的敏感性来看,单产对温度的敏感性有正有负,单产对太阳辐射和降水呈正向敏感。冬小麦生育期内气温每升高1℃,黄淮冬麦区和西北冬麦区减产2.2%和1.5%,而长江中下游冬麦区和西南冬麦区增产9.6%和1.4%;太阳辐射和降水的敏感性在各麦区间差异不大,当太阳辐射(或降水)增加1MJ/m2(或1mm),冬小麦单产增加0.01%-0.02%之间(或0.12%-0.46%之间)。
  (4)从气候变化的贡献来看,不同麦区的主导气候因子不同。温度和太阳辐射是黄淮冬麦区冬小麦雨养单产的主要影响因子,1980-2010年生育期内气温增加1.0℃使冬小麦单产降低2.2%,太阳辐射降低99.3MJ/m2使冬小麦单产降低2.4%,而降水变化幅度不大,影响较小。在长江中下游冬麦区,生育期内温度和降水量分别增加了0.8℃和51.2mm,使冬小麦雨养单产分别提高7.8%和6.2%,是影响冬小麦单产的主要因子,而太阳辐射变化的作用不明显。西南冬麦区各要素变化的影响差异不大,生育期内温度和太阳辐射分别增加0.9℃和57.7MJ/m2,使冬小麦单产分别提高了1.2%和1.2%,而降水下降14.8mm,使冬小麦单产降低1.8%。太阳辐射和降水变化对西北冬麦区冬小麦雨养单产影响较大,生育期内太阳辐射增加104.1MJ/m2,冬小麦单产提高1.4%,降水下降27.6mm,冬小麦单产降低3.2%。
[硕士论文] 王天慧
管理科学与工程 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:“民以食为天,国以粮为本”。农业在国民经济发展中占有重要的地位,大力发展现代农业也是建设新农村的关键性工作之一,而气象是影响现代农业生产的重要因素之一,是判断农业结构调整是否合理、是否发挥优势的重要依据。气象条件对粮食生长起着至关重要的作用,气象因素在粮食的不同生长阶段都影响着粮食的生长,最终影响粮食的产量。因此,探究粮食生产过程中气象因素对其产量的影响至关重要,发现在粮食生产过程中由于气象因素的影响而存在的问题,及时采取措施并做相应的调整,对河南省乃至全国粮食稳产高产提供实质性的理论依据。
  本文依据农业系统和气象系统本身所具有的灰色属性,运用灰色系统的理论方法,对河南省粮食生产与气象因素之间的关系进行了量化研究,提出了气象效率的概念并构建了河南省粮食生产的气象效率评价模型,最后对粮食生长期的气象灾变趋势做出了预测分析。主要工作如下:
  首先为探究冬小麦各生育期的气象因素对其产量的影响程度,根据黄淮海冬小麦物候图划分的冬小麦生育期为9个生长阶段,选取河南省2005-2015年冬小麦的产量数据和日平均气象观测数据,利用指数平滑法计算出冬小麦的气象产量,建立气象影响因素集和灰色关联分析模型,双重量化分析河南省冬小麦不同生长阶段气象因素对产量的影响程度。结果表明,单重量化分析时,在播种期、分蘖期、越冬期和灌浆期,平均相对湿度对冬小麦气象产量影响最大;在返青期、拔节期和成熟期,平均风速对冬小麦气象产量影响最大;出苗期日平均气温对冬小麦气象产量影响最大;抽穗期光照时长对冬小麦气象产量影响最大。双重量化分析时,出苗期平均气温、日最高气温,分蘖期和越冬期平均相对湿度,拔节期平均风速对冬小麦气象产量影响较大。通过量化分析冬小麦不同生长阶段的气象因素与产量之间的关系,清楚明白的知道了哪些气象因素在冬小麦生长阶段对其生长影响的较强,哪些气象因素对冬小麦的生长影响相对较弱。其次在农业生产效率研究的基础上,为探究农作物各生育期的气象因素对其产量的贡献程度,提出了农业气象效率的概念,选取河南省2011-2016年冬小麦的产量数据和日平均气象观测数据,采用一次指数平滑法分离出冬小麦的气象产量,建立了农业气象因素投入产出指标体系,同时为弱化随机误差的影响,运用灰色DEA模型对河南省农业气象效率进行了实证研究。结果表明,河南省整体的农业气象效率平均值呈稳定增长趋势,其中豫北地区最高,其次是豫东地区和豫南地区,较低的是豫中地区和豫西地区。最后根据气象效率的特点,对粮食稳产高产提出相应的措施。通过上述的量化研究,对影响河南省冬小麦生产的气象因素有了量化直观的了解与认识,也对河南省整体的气象产量和气象效率有了更加明确的分析评估。最后考虑气象灾害因素与粮食产量的损害之间的关系,分别从时间维度和空间维度两个层面,将定性分析和定量分析相结合,研究分析了2000年-2017年河南省五个区域干热风灾害发生的时空演变规律和河南省1990年-2015年重大干旱灾害的发生,基于此数据构建了河南省干热风和干旱灾变发生的预测模型,对粮食生产过程中的气象灾害因素的变化趋势做出预警分析。
[硕士论文] 潘霖
农业信息化 浙江海洋大学 2018(学位年度)
摘要:国民经济的发展需要依靠着农业发展,农业的根本就是粮食生产,粮食生产成为关系到一个国家生产与发展的永恒主题。粮食生产不仅关系到国家民生和稳定发展的大局,还会关系到国民经济发展、社会稳定的全局重大战略问题。作为农业大国和人口大国,我国粮食的产量至关重要。江苏省地处华东地区,自古以来就是天下粮仓,也曾有过“苏常熟,天下足”的美誉。研究江苏省的粮食产量,对于指导粮食生产、保证粮食生产供应、稳定粮食价格、保障国家粮食安全具有重要意义。
  基于江苏省粮食产量年鉴,利用相关分析与多元回归分析方法,本文对江苏省粮食产量的影响因素进行了分析,主要结构如下:
  第一章,介绍了本文所研究内容的理论背景与国内外发展现状。
  第二章,基于江苏省历年粮食产量的统计数据,给出了江苏省粮食产量的九大影响因素,并对相关数据进行了整理与分析。
  第三章,利用回归分析与相关分析建立了江苏省粮食产量的线性回归模型,并对该模型进行了参数估计与假设检验。
  第四章,建立了江苏粮食产量的多元回归模型,利用统计软件SPSS对模型进行了分析与检验,并将模型应用于实际产量统计,验证了模型的有效性。
  第五章,对全文工作进行了总结与讨论,并对下一步工作进行了展望。
[硕士论文] 陈领安
农业信息化 集美大学 2017(学位年度)
摘要:我国现阶段农业正处在由粗放、低效、低质的传统农业向高产、优质、生态、安全的现代农业转变的关键期,需要科学化、集约化、产业化和商品化引领传统农业,而设施农业的建设代表了现代农业发展的趋势和方向,开展多维度、精准化、个性化和全过程的设施农业气象服务将大大增强农业生产的能力。
  现有的设施农业的气象服务存在移动网络利用少、传感器设施精度低、覆盖区域小,系统运行效率差等问题,不能充分满足现代农业发展需求。本文通过对厦门地区设施农业气象服务现状进行调查,分析了本地区设施农业的气象需求,利用现在发达的Web服务、移动互联和物联网等先进技术,构建了JAVA EE框架的设施农业智慧气象服务平台,系统采用Apache Tomcat7.0为Web服务器,前端开发为DIV+CSS+JQuery语言组合,Spring MVC作为Web服务器框架完成本次设计与开发。在调查用户实际需求和可行性分析的基础上,给出系统用例图和用例规约、功能模块分析、包和类的划分、时序设计和接口设计,数据库表设计,前台和后台的功能与界面设计,最终实现了设施农业气象服务平台系统。通过实际运行表明,该系统克服传统的设施农业气象服务的各种缺点,更好的为本地区农业发展服务。
  设施农业气象服务平台系统用户前台查看和使用的服务主要有基地概况、实时监测、预警预报、专家智囊、气象服务、设施管理、智能调控、账户管理和LED发布等功能;管理员查看和使用的服务主要有管理员登录和系统管理、监测区域概况管理、查看气象监测数据、查看气象预报预警、专家智囊和设施管理。同时系统具有衍生服务功能,为移动端应用提供“知天气”和“农气宝”气象信息查询APP服务,强化了大众气象服务职能,做到了气象服务于民生,提升了气象服务质量,具有显著社会和经济效益。
[硕士论文] 韩宜秀
农业推广 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:江西属亚热带季风气候区,水热资源较为丰富,但在时间上分布不均匀,且红壤蓄水能力有限,易诱发季节性干旱。近年来,江西省季节性旱灾频仍,而年降水未发生明显改变,研究蒸发能力的变化规律及成因成为探究旱灾成因的关键因素,而气象站点较少,缺少长序列气象观测数据成为了重要阻碍。分析江西参考作物蒸散量成因及简化模型研究有助于农业水资源优化配置和气候变化对水资源的影响研究。
  本文通过联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith(P-M)公式计算结果作为江西省1966-2015年逐日ET0标准值,使用Mann-Kendall非参数趋势检验和突变检验法分析江西省ET0时间变化特征和突变时间,在此基础上使用通径分析法研究ET0变化成因。采用P-M公式作为对照,与12种方法Pristley-Taylor(P-T)法、Makkink法、Hargreaves-Samani(H-S)法、Irmak-Allen(I-A)法、Penman1948(48PM)法、Penman-Van Bavel( PVB)法、Baier-Robertson( B-R)法、改进Baier-Robertson(M-B-R)法、Schendel(Sch)法、Turc法、Jensen-Haise(J-H)法和Brutsaert-Stricker(B-S)法对江西省26个气象站以及周边省份的17个气象站的1961-2010年逐日气象资料进行了统计比较,并重新进行了参数率定。取得了以下结果:
  (1)江西省ET0年内呈现单峰曲线,7~8月最高,约占全年30%。从年际变化看,ET0和日照时数无明显变化趋势,仅在8月呈现显著下降趋势,而相对湿度和风速显著下降,最高和最低气温显著上升。日照时数和ET0多年累积距平曲线和月值曲线形状最接近,突变时间也最接近,分别在1990和1992年。
  (2)日照时数、风速、相对湿度和最低气温通径系数分别为0.513、0.466、-0.425和0.196,表明日照时数最敏感,其后依次是风速、相对湿度和最低气温。日照时数通过相对湿度对ET0影响也较强(间接通径系数0.236),高于最低气温的直接作用。
  (3)在参数率定前,Turc法的适用性最好,其各站(RMSE)均方跟误差平均值为0.39 mm/d,(NRMSE)标准均方跟误差平均值为0.157,但率定参数后精度无明显提升,该方法可在江西地区(除南昌外)直接应用。参数率定后误差空间分布方面,12种方法均在江西北部误差最大。其中,48PM法和B-S法在参数率定后适用性较好,其RMSE和NRMSE分别在0.06~0.34mm/d和0.08~0.27mm,d-index接近于1,江西省各站年高估量均在30 mm以内。
  (4)当缺少相对湿度和风速资料时,P-T法是江西地区适宜的简化方法,其参数α介于1.05~1.18,RMSE在0.21~0.66 mm/d,NRMSE在0.08~0.30。P-T法、I-A法和PVB法的RMSE、d-index和NRMSE在各站总体上非常接近,而Mak法精度稍低原因在于7,8月份存在明显高估。H-S法、B-R法、M-B-R法,J-H法和Sch法RMSE在0.75mm/d以上,不太适合该用于该地区ET0准确估算。除了综合法的48PM法和B-S法,其他各方法计算ET0年值在2003年左右后都出现了明显的变化,这可能是由于某些气象因子在近年发生了明显变化。
[硕士论文] 张淑娟
农业推广 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:2015年3月至12月期间在陕西杨凌西北农林科技大学南校区模型温室使用光谱分析仪PS-300型测定春分、夏至、秋分、冬至时节阴晴天EVA塑料薄膜大棚、聚碳酸酯板模型温室、浮法玻璃模型温室及室外的全天太阳辐射光谱,通过杨凌区不同季节和不同材料覆盖下温室内外太阳辐射光谱特性,分析探讨了季节和使用材料不同时对于温室内不同波段光谱的影响与联系。主要结论有:①在春分和秋分时节,云层对于温室内光合有效辐射(PAR)及总辐射的影响较大,在典型阴天的情况下一般只为典型晴天的50%左右,在冬至时节,云层对于温室内PAR及总辐射的影响微小,典型晴天仅比典型阴天多;②温室内不同波段光谱在秋分开始下降到冬至,之后呈上升趋势至春分,其中冬至时总辐射为夏至时的15.51%;③EVA塑料薄膜、聚碳酸酯板及浮法玻璃三种材料中, EVA塑料薄膜的PAR透光性能最为优秀,其次是浮法玻璃,最后为聚碳酸酯板。紫外光透光性能与室外对照组相比比值结果为浮法玻璃>EVA塑料薄膜>聚碳酸酯板,影响因素中,远红光透光性能聚碳酸酯板≥EVA塑料薄膜>玻璃,差距较小。材料本身为核心影响源,结构遮光等为次要影响源;④全天PAR及总辐射波动曲线,冬至最为平滑,整体呈正态分布图案的形状,早晚变化明显,正午12时达到极值。秋分时曲线同样平滑,极值为下午1时,同时在上午10时出现大幅上升,下午4时出现大幅下降趋势直至。春分极值为下午2时,同秋分一样在上午10时及下午4时产生大幅度变化,且能在上午10时至下午4时一直保持较高水准,对于光合作用最有利;⑤总体PAR变化来看,夏至最高,秋分略大于春分,三者均远大于冬至,晴天的日变化曲线呈单峰型极值较高且比较平滑,阴天的日变化曲线极值较低波动比较大,多由于云层间断遮挡所致。
[硕士论文] 吴林
自然地理学 青海师范大学 2017(学位年度)
摘要:蒸散发(ET)是地表能量平衡与水量平衡的重要组成部分,也是连接生态过程和水文过程的重要纽带,蒸散发是所有水问题研究的基础,农田蒸散研究是农田水分平衡研究的重要组成部分也是农业水资源高效利用的核心问题,精准估算农田玉米的蒸散量对于提高水分利用效率,优化区域用水结构具有重要意义。
  为了能够全面地揭示干旱绿洲区玉米对气候因子的响应过程,本着为未来种植结构调整、土地利用方式改变以及CO2浓度变化情境下的农田耗水研究提供一定的依据和目的,本文以黑河中游绿洲区的玉米为研究对象,基于现有蒸散模型,将大气CO2浓度对作物的生理影响引入到现有蒸散模型中,筛选与构建了考虑大气CO2浓度对玉米冠层影响的阻抗模型,对比了将有无大气CO2浓度对玉米冠层影响的阻抗模型耦合到单、双源蒸散模型中的模拟效果,并利用实测数据对所建立的模型进行了验证。本文的创新点主要包括:将CO2浓度对玉米的影响与其它环境变量综合考虑到冠层阻抗模型中,筛选出了适合该研究区的冠层阻抗模型,具体内容如下:
  (1)筛选与对比了各冠层阻抗模型,分别将有无CO2浓度对玉米冠层综合影响的阻抗模型耦合到单源的P-M(Penman-Monteith)模型中,检验和对比了模拟值与实测值之间的差异,通过进一步验证表明将Irmak模型耦合到P-M模型中能够精确地模拟半小时时间尺度上玉米的农田耗水过程,且考虑了大气CO2浓度对玉米冠层影响的Irmak模型耦合到P-M模型中能够得到更为精确的模拟值,模型参数少且容易获取,模型具有较好的参数可移植性和区域适用性。
  (2)在黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗及玉米蒸散量对净辐射和相对湿度最为敏感,其次是气温,叶面积指数和大气CO2浓度。
  (3)由于玉米在不同生长阶段具有不同的耗水规律,利用双源的S-W(Shuttleworth-Wallace)模型模拟玉米蒸腾和土壤蒸发时使用一套参数,不尽合理,模拟值在玉米生长初期和后期仍会出现较大的误差,因此有必要进行分时段估算,进而提高模拟精度。
  (4)将考虑了CO2浓度对玉米冠层阻力影响的模型耦合到修正双源MSW(Modified(Shuttleworth-Wallace)模型后,能够更好地模拟玉米在生理结构、气象条件发生变化情况下蒸散量的变化,能够准确地区分土壤蒸发和作物蒸腾,模型参数容易获取且具有较好的适应性,这表明该模型能够用于估算干旱区覆盖度较低情况下玉米的蒸散量,可以解决利用P-M模型在模拟稀疏覆盖条件下的蒸散所产生的较大误差问题。
  (5)在整个生育期对ET影响最大的阻力参数是冠层阻力rcε,其次是冠层面高度到参考面高度间的空气动力阻力raa,ET对其它阻力参数敏感性程度很小,并且这种影响在生育前期和后期最为明显。
[硕士论文] 徐洋
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在全球气候变暖的背景下,农业生产的可持续性受到影响。过去20年中,观察到的气候变化对农业的影响反映在作物种植系统和布局上。因此,开展关于成都市猕猴桃的气候适应性研究,满足种植面积的要求,以避免盲目扩大种植面积,可以有效减少由此产生的负面市场价格波动的影响。
  本研究基于对成都市猕猴桃的生长影响条件,如光、温、水,对该地区猕猴桃生长所需的气候条件进行了相关的需求分析,找出了限制猕猴桃生长的因素。在区划指标的基础上,利用决策树法,得到成都市猕猴桃种植适宜性综合区划图。国内外将GIS技术成功运用于农业气候资源研究中,对其现状进行了分析探讨,发现农业气候资源信息系统具有十分重要的价值,我们在进行探讨时不可忽视该系统的作用,其次,在Arc GIS软件开发集成环境下,开发完成了对成都市猕猴桃气候区划系统进行了设计和开发,设计出了人性化且具有实际应用价值的用户界面,开发出了较为完善和全面的系统功能;最后以该系统为背景,结合数学分析技术的相关知识,将成都市基础地理数据和13个气象台站的气候资源数据库作为数据源,建立了专题农业气候区划模型,全面揭示了全市猕猴桃农业生产气候资源的空间分布规律。在设计该系统中主要分为数据的采集和分析、结果的显示和发布等,并且针对第三方软件,分析和解决其出现的混合编程的问题,基于所使用的操作系统,对其潜在功能进行充分有效的利用,和软件功能向配合,更好的完成数据库、表格、图层的设计和实现,有效的集成了气候统计分析、数据信息和用户管理、猕猴桃气候区划查询、结果输出等功能,进而设计实现了整个系统。
[硕士论文] 陈晗
水利工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:蒸散发作为一种自然界中水的物理过程,不仅是生态圈水循环重要的组成部分,同时也是陆地以及大气之间能量循环的重要组成部分。准确的测定与模拟蒸散量,对优化区域水资源配置,评估气候和人类活动对生态系统的影响具有重要意义。本研究通过利用闭路式激光分析仪对湖南省岳阳市郊区的一片蔬菜农田实际蒸散发进行的高精度连续两年的野外观测,分析了研究区域不同时间尺度的蒸散量特点和变化规律;结合对作物生长和农田管理等的观测和调研,利用数字模拟和相关性分析,研究了农业活动和环境因子对蒸散发的影响。
  本研究根据获得的高精度原始水汽浓度和风速数据,利用EddyPro软件得到了实验地2014年10月至2016年9月的实际蒸散量,水汽通量,以及潜热通量(LE)。通过分析比较研究区域实际蒸散量在不同时间尺度的变化趋势,得到该区域蔬菜地蒸散量在时间尺度上的特征:春夏季较高,秋冬季较低;种植季较高,非种植季较低;晴天较高,阴雨天较低;正午达到峰值,夜晚接近于零。结果表明,实验地在2015年蒸散量为730mm,每日平均蒸散量2.0mm/day;2016年蒸散量为803mm,每日平均蒸散量2.2mm/day。此外,本文利用高分辨率的实测数据观察到了不同的农业活动对实际蒸散的影响,其中种植引起蒸散发上升而作物收割引起蒸散发下降,同时收割使蒸散发下降的幅度要明显高于种植使蒸散发上升的幅度;而灌溉也对于蒸散发起到促进的作用但是幅度较低,施肥对于蒸散的影响从实测数据看尚不明确。
  RZWQM(Root Zone Water Quality Model)也称根系水质模型,具有物理模块、化学模块、养分模块、杀虫剂模块、作物模块和管理模块等六个模块,可以对水量,水质,作物生产和田间管理等进行模型模拟。本文根据野外观测的气象因子数据,土壤数据,站点初始数据和田间管理数据作为RZWQM2模型的驱动变量,利用环境因子数据对模型进行了率定,运用率定后的RZWQM2根系水质模型模拟了研究区域蒸散量并与实测数据进行了对比验证。验证结果表明,模拟蒸散量R2和RMSE分别为0.79和0.013,模拟地下水位高度、土壤剩余水分、叶面积指数和作物高度R2依次为0.71、0.77、0.98、0.97。总体来说RZWQM2模型对于蒸散和各项环境因子的模拟效果良好。此外,本文利用模型研究了不同的农业活动对植物蒸腾的影响,其中,影响最大的是作物种植密度,其次依次为灌溉量和施肥量。
  最后,为了进一步了解实际蒸散的影响因子,针对研究区域种植季和非种植季做了关于气象因子的影响性分析,对蒸散发影响因子的研究表明空气温度的相关性最高,其后依次为土壤温度,太阳辐射,土壤湿度,降雨,风速,相对湿度;除水平风速和相对湿度呈负相关外,其余均为正相关。种植作物的株高与蒸散发虽然在95%的置信度上显著相关,但上半年种植季的相关性远高于下半年种植季的相关性;这在一定程度上,与上半年种植季,随着作物生长,空气与土壤温度,太阳辐射等气候因子处于升高趋势,而下半年种植季,随着作物生长,这些气象因子处于降低的趋势有关。
  本研究有如下创新点和发现:
  1、在国内首次采用闭路式激光分析仪对农田的蒸散发进行测定,解决了传统涡动相关法在雨天无法观测的问题。
  2、本文利用高分辨率的实测数据观察到了不同的农业活动对实际蒸散的影响。
  3、利用长历时,高精度的实际蒸散发观测数据,利用RZWQM2数值模拟方法研究了作物种植密度,灌溉量和施肥量等农业活动对蒸散发的影响。
[硕士论文] 刘文茹
作物 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:本文在气候变化大背景下,以长江中下游地区水稻和小麦为研究对象,运用联合国政府间气候变化委员会(IPCC)AR5提出的模拟能力较强的 BCC-CSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式,基于典型浓度情景RCP(Representative Concentration Pathway)输出的主要气象要素的逐日模式模拟数据资料,应用双线性内插法降尺度到长江中下游及邻近区域62个基本气象站点,并利用方差订正法对2021—2050年模式模拟数据进行误差订正,以获得更加真实可信的模拟数据。采用经验模型(潜力衰减)和机理模型(DSSAT)预估长江中下游地区稻麦生产潜力,并利用 Theil-Sen斜率估计和 MK检验等方法对未来30年研究区域内稻麦气候生产潜力的年际变化趋势和空间分布特征进行分析,明确主要影响因子,制定适应气候变化的措施,以期为未来作物生产提供理论依据。主要研究结论如下:
  (1)长江中下游地区2021—2050年平均气温、太阳总辐射量呈显著上升趋势,降水量总体增加,幅度较小并未达到显著性水平。全年和春、夏、秋、冬四季太阳总辐射量、降水量在时间上均呈现显著的增加趋势(春夏季>秋冬季)。RCP8.5情景下,研究区域年平均气温呈现自中部向东西递减,春夏季增温幅度高于秋季和冬季。研究区域中部太阳总辐射量较高,而江苏省南部、安徽省中东部及湖北湖南少部地区属于低值区域,季节上表现出春季>夏季>秋季>秋冬的特征。降水量的年际变化不显著,大部分地区有所降低,但也未通过显著性检验。冬季降水量最小,夏季大部分地区降水量最大。RCP4.5情景下,研究区年平均气温自北向南逐渐降低,变化倾向率则表现为北部大于南部,夏季较大,冬季较小且未通过显著性检验。太阳总辐射量的空间分布较 RCP8.5情景相似,春夏季太阳总辐射量高于冬秋季,仅春季江苏省南部地区通过显著性检验,其余地区大都未通过显著性检验。2034年以前太阳总辐射量的较平均低,之后则高于平均值,说明未来30年长江中下游地区20世纪30年代后太阳总辐射量将以更大的速率持续增加。
  (2)应用经验模型模拟基准气候时段长江中下游地区稻麦气候生产潜力分别介于10000~12000 kg/hm2和8000~10500 kg/hm2之间,水稻气候生产潜力总体呈现上升趋势而小麦呈现下降趋势。水稻气候生产潜力在空间上表现为自研究区域中部向南北逐渐增加,冬小麦则呈现北高南低的分布特征;未来两种气候情景下,稻麦气候生产潜力总体均呈现显著线性增加趋势,表现为RCP8.5>RCP4.5。水稻气候生产潜力的增加速率较冬小麦大两倍左右,且年际波动较小,稳定性强。RCP4.5气候情景下,东部沿海地区、两湖平原地区和江西为稻麦气候生产潜力高值区域。冬小麦气候生产潜力与基准时段相反呈现出由就南向北递减趋势,水稻则表现为自中西部向东南部沿海逐渐增加。在 RCP8.5情景下,呈现自东向西逐渐减少的趋势,长江三角洲、南阳盆地和两湖平原为高值区,庐山周边区域(近鄱湖阳湖)变化率高达80 kghm-2·a-1(P<0.05)。长江中下游地区稻麦气候生产潜力受气候变化和地理位置的双重影响。作物生育期内≥10℃积温为主导因子,其次为太阳总辐射,而降水量的影响较小。平原地区作物气候生产潜力较同一纬度地区大。区域农业气候资源在保证足够数量的同时相互协调更是获得高气候生产潜力重要条件。
  (3)DSSAE-CERES模型模拟值与观测值的模拟结果较好,表明品种可较准确地进行模拟研究。分析可知,2021—2050年稻麦生育期内的平均最高、最低温度、≥10℃积温、降雨量和太阳总辐射量的变化将会导致产量的改变。冬小麦和水稻开花期和成熟期日序较基准年均有所推迟,且表现为RCP8.5>RCP4.5,开花期到成熟期天数则随之缩短。表明一定范围内冬小麦产量随积温的增加逐渐增加,超过一定阈值时则逐渐减少,其他气候因子增加或减少并不能弥补积温过高产生的负效应。
  水稻的产量潜力较基准年降低(除钟祥外)。且总体表现为2030s<2040s<2050s, RCP8.5情景下水稻产量下降幅度大于RCP4.5情景。水稻产量降低幅度随着≥10℃积温、平均最高温度的增加而逐渐增大,由于在水稻不同生育期受到高温胁迫会影响水稻的光合速率、呼吸速率等,表明,水稻关键生育时期如若遇到高温灾害,将影响水稻的产量。
  适当推迟冬小麦、水稻的播期,培育耐高温的水稻新品种,增大小麦品种光周期系数,以及加强作物栽培管理措施及加强农业基础设施系统工程的建设,减少温室气体的排放和增加植被的覆盖率,完善气候灾害监测预警及分析系统等,可以减轻气候变化对农业省产造成的影响。
[硕士论文] 郭佳宁
农业工程 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:中国是一个农业大国,高效的灌溉利用率可以有效地提高农业产量、充分发挥灌溉作用,产生较大的经济效益。利用少数重要的气象因子,对作物蒸发蒸腾量(ET)进行精确估算,根据其蒸发蒸腾量来进行灌溉,从而达到节约水资源和作物高产量的双收益。这对于中国农业发展,水资源的利用都有着非常重要的意义。
  本文以河北农业大学机电工程学院温室为试验场所,针对北方日光温室内作物的蒸发蒸腾规律和环境因子特点,从基质含水率和环境参数两个方面对作物蒸发蒸腾量ET进行研究。根据此内容进行了试验的整体设计,包括传感器的选型、数据采集与传输以及硬件系统的调试等。通过此方案,可以对试验所需数据进行实时记录和保存,为试验的深入研究打下基础。
  本文采用无土栽培,以椰糠为基质,作物在栽培槽内生长,利用栽培槽内不同深度的三个水分传感器含水率来估算栽培槽的整体含水量。由于温室内作物的主要失水来自于作物本身的蒸发蒸腾,利用基质含水率估算ET时,含水量的减少即为作物蒸发蒸腾量。以灌水后传感器的含水率变化值为自变量,灌水量为因变量,分别建立多元线性回归模型和BP神经网络模型来估算栽培槽整体含水量,经校验发现BP神经网络模型精度更高。应用此模型,以当日灌水后三个水分传感器的含水率与次日灌水前三个水分传感器的含水率差值作为输入量,可得基于基质湿度的ET预测值。
  利用环境温湿度估算ET时,由P-M公式可知,环境参数如温度、湿度、辐射等对作物的蒸发蒸腾量影响很大,对这几个参数做Pearson相关性分析,发现辐射与温度相关性为0.829,与湿度相关性为-0.821,用温度、湿度来替代辐射这一项。以此建立以温室内日平均环境温度、日平均环境湿度为输入量,电子秤当日和次日同时刻的重量差值为输出量的多元线性回归模型和BP神经网络模型,经校验,得出BP神经网络具有更高的建模精度。为了进一步优化环境参数模型,采用日平均环境温度、日平均环境湿度、日最高环境温度、日最低环境温度四个量为输入,电子秤当日和次日同时刻的重量差值为输出,建立多元线性回归模型和BP神经网络模型,经校验,发现BP神经网络模型精度更高。对以上建立的两因子模型和四因子模型进一步比较分析,四因子模型精度更高。
  本文从基质含水率和环境温湿度两个方面入手来估算ET,并分别建模,对这两个方面挑选出来的模型再进行比较分析,发现基于基质湿度的BP神经网络模型相对误差在10%以下。基于日平均环境温度、日平均环境湿度、日最高环境温度、日最低环境温度四个因子建立的BP神经网络模型相对误差均在5%以下,精度更高,可以更精确的预测ET,在实际应用中具有推广应用的价值。
[硕士论文] 王丽莉
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:青海省东部农业区气候属大陆性高原气候,降水稀少,干旱频发,加上海拔高,气温低,使得当地农业发展极受自然条件限制。农业气象干旱为制约青海农业发展的首要气象灾害,研究其时空变化特征,进行干旱风险性评估非常重要。本文以青海省东部农业区为研究区,根据研究区12个气象站长期的气象资料与生物气象资料,运用最大熵模型及ArcGIS对研究区降水量、干燥度、综合气象干旱指数等气象变量进行了分析,对研究区农业气象干旱进行了风险性评估,得到了青海东部春小麦种植的脆弱性分布。主要研究结果如下:
  (1)研究区降水量呈现出向东南和西北方向变异发展的趋势,整体降水量由西北向东南逐渐减少。在研究时段内,各年降水量变化范围在295-570mm之间,呈现出随时间增加不断减少的发展趋势。而降水量年内分布极不均匀,降水主要集中在7月份和8月份,11月份到3月份的降水量较少。
  (2)研究区东南和西北位置的干燥度呈现出先增加后减小的趋势,各年干燥度变化较大,数值变化范围在1.5-3.1之间,呈现出随时间增加不断增加的发展趋势。从干燥度逐月变化情况来看,研究区在7月份-9月份三个月内的干燥度相对较小,在11月份-3月份之间干燥度较大。而研究区中部的干旱强度要比其它地区高,南部地区发生干旱的持续时间则较长,特旱为研究区历年日干旱能够达到的最高程度。
  (3)研究区春季干旱有较大强度,随着季节的推移出现了强度和持续时间逐渐增加的趋势,研究区中部地区更易发生春季干旱事件。夏季研究区的干旱强度相对较小,在连续年份会出现大强度干旱事件,研究区南部更容易发生夏季干旱事件。秋季研究区的干旱强度呈现出逐年增加趋势,干旱发生频率较高,研究区南部更容易发生秋季干旱事件,并且干旱持续时间较长。冬季研究区的干旱强度较小,呈现出大强度干旱事件发生可能性逐年增加的趋势,研究区中部更易发生冬季干旱,并且中部和南部发生干旱的持续时间较长。
  (4)青海省东部农业干旱风险性南北差异显著,中部地区最高。其中泽库人均收入较低,有效灌溉面积少,加之年降水量少,干旱发生频率高,使得当地干旱风险性高;同德中度干旱发生频率较高,且集中在农作物生育期,而且当地对农业依赖性较高,所以同德农业干旱风险性也很高;河南蒙古族自治县的农业干旱脆弱性较低,且降水较少,干旱发生频率高,所以风险性较高;贵南的耕地所占比重较大,但是农业发展水平较高,水浇地比较多,农业干旱风险性相对较低;兴海的农业干旱脆弱性较高,但是其极度和重度干旱发生频率都比较低,使得总体的风险性小一些;共和农业干旱脆弱性和危害性都很低,风险性自然较低。
  (5)青海东部农业区春小麦的气候脆弱性很大程度受当地的降水条件影响。分析认为民和、贵德和共和地区春小麦气候脆弱性较高,应对气候变化的能力较差,发生农业气象灾害的风险增加。在春小麦的种植方面应着重考虑春季干旱带来的不利影响,创新农业灌溉措施,提高农业灌溉水平。
[硕士论文] 张露洋
公共管理学;土地资源管理 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来气候变化显著,气候变化通过改变耕地的水热条件进而对耕地种植界限、物候期、生产潜力和种植结构布局影响深远。三江平原作为我国重要的商品粮基地,气候变化和耕地布局变化显著。因此,分析近年来三江平原气候变化特征、耕地变化特征以及气候变化对耕地的影响较有科研意义和实践意义。本文利用2000-2015年间三江平原耕作期(5月-9月)的均气温和降水量数据分析耕作期气候月间差异、年际差异、空间分布差异、距平和累积距平特征以及气候趋势系数差异,以期对研究区气候现状及变化进行简要分析;利用2000、2005、2010以及2015年的土地利用数据分析研究区耕地数量与规模的变化、内部结构变化、空间差异与演变以及景观特征,以期对研究区耕地的变化与现状进行简要分析;进而分析不同气候条件下耕地的分布特征以及气候变化对耕地及其内部结构的影响。
  本研究主要内容包括:⑴耕作期气候因子变化分析。2000-2015年三江平原耕作期均温平均值为18.05℃,温差最大为1.62℃,气候倾向率为0.075℃/10a,长期形成偏冷期—波动期—偏暖期的变化趋势。时间差异小而空间差异大,低温区主要集中在高程较大的区域。气候趋势系数和倾向率在空间上呈现较为明显的经向地带性,同时呈由东向西递减的规律。农区和垦区耕作期均温变化趋势相似,且垦区的均温优势随着时间的推移呈增长态势。2000-2015年三江平原耕作期降水量平均值为428.25mm,差值最大为198.51mm,气候倾向率为88.12mm/10a,长期形成少雨期—多雨期的变化趋势。空间差异显著,有较明显的经向地带差异。农区和垦区耕作期降水量均值变化趋势相似,农区降水量优势随着时间的推移呈减少态势。抚远县、富锦市部分区域、饶河县部分区域和宝清县部分区域的增加趋势较为明显。⑵耕地利用变化分析。2000-2015年间耕地面积略有增加,但内部结构快速调整。耕地总面积由568.35万hm2增至579.91万hm2,旱地面积持续减少同时水田面积持续增加,二者比例由3.8∶1变至1.2∶1,同时水田的变化较旱地和耕地总量相比更为显著。耕地重心变化较小,旱地大之,水田重心变化最大。2000-2015年垦区垦殖指数均值约为农区的1.75倍。农区旱地与水田的比例由6.35减至2.43,垦区旱地与水田的比例由2.32减至0.50。2000-2015年间垦区旱改水面积约为农区的1.85倍,水改旱面积差异不大,其中建三江管理局和牡丹江管理局旱改水趋势明显。对垦区而言,水田较旱地比更为聚集,人为干扰程度更低,但是斑块面积差异更大,而农区则相反。⑶气候变化对耕地利用的影响分析。气温对耕地分布优势度的影响要大于降水对其的影响,降水量的缺失可以通过灌溉进行弥补,同时降水过量不利于耕作,气候条件较差(低温少雨)的地区耕地面积较少。降水和气温的变化对旱地的优势种植影响较小,气温变化对水田的优势种植影响较大。垦区不论在气候变化幅度还是耕地变化幅度上都高于农区,但是耕作期气温升高幅度对农区耕地(旱地和水田)面积变化幅度影响的效率高于垦区,耕作期降水量升高幅度对农区和垦区耕地(旱地和水田)面积变化幅度影响的效率相差不大。随着耕作期降水量增加(增温)幅度的增加,耕地和水田动态度表现出增加的趋势,同时水田动态度的增加幅度较大,而旱地动态度表现出减少的趋势。耕作期气温变化幅度对耕地、旱地和水田动态度的影响在强度和程度上大于降水量对其的影响。随着区域耕作期降水量增加(增温)幅度的升高,旱改水面积变化度表现出增加的趋势,而水改旱面积变化度表现不显著。
[硕士论文] 黄杰飞
软件工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:随着气候环境对农业生产的影响日益密切,如何高效处理海量增长的气象数据,提高农业气象灾害预警的科学性成为农业气象灾害研究的热门。由于气象数据具有数据量大、类型繁多、冗余度高、价值密度低等特点,所以传统的数据分析方法往往达不到很高的处理效率。本文的主要工作就是针对气象大数据的特点,结合数据分析的研究成果,进一步研究了更加高效的大数据处理技术并应用于农业气象灾害预警。
  本文介绍了气象大数据的处理架构,概述了大数据处理技术,分析了现有大数据预处理技术、分类技术及各自性能。概述了自适应增强技术和分布式处理架构,分析了组合分类器和并行化技术在大数据处理中的作用,为进一步研究农业气象灾害预警提供准备工作。
  针对气象数据类型复杂、属性繁多的特点,结合粗糙集理论和并行化处理技术,本文首先提出一种基于信息熵的并行化属性约简算法。通过信息熵属性约简算法消除重复、冗余的气象数据,实现对知识的压缩和再提炼,并利用MapReduce架构将任务进行划分,实现算法的分布式处理。仿真结果表明,该并行化算法能够有效的运用于气象大数据约简,且具有更快的处理速度。
  针对农业气象灾害分类预测效率低下的问题,本文提出了基于MapReduce的K最近邻组合分类预测模型。该模型在自适应增强思想的基础上,将K最近邻(k-Nearest Neighbor,KNN)分类算法进行融合,通过寻找最优的KNN基分类器个数,构造KNN组合分类器,并利用MapReduce并行化架构,实现算法的分布式处理。仿真结果表明,该并行化组合分类模型,准确率更高,处理速度更快。
  最后,利用本文提出的大数据处理技术,以低温、寡照气象灾害等级指标为例,对农业气象灾害的等级进行分类预测,实现农业气象灾害的评估与预警。
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