基於數據價值分析的根區土壤水分預測研究

《基於數據價值分析的根區土壤水分預測研究》是依託武漢大學，由查元源擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於數據價值分析的根區土壤水分預測研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：查元源
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

作物根區土壤水分是控制作物生長的關鍵因素，對農田土壤及地下水中的水、肥遷移轉化過程具有重要影響。然而，在氣象、土壤、植被等空間變異因子的共同作用下，根區土壤水在空間和時間上均呈現不同尺度的變異性，使得準確刻畫根區土壤水分問題存在較大的科學挑戰。針對土壤水參數難以實測、預測模型建模困難、觀測數據類型多樣三個難題，本研究主要探討（1）以數據融合方法減少輸入參數不確定性，（2）以貝葉斯模型平均方法優選預測模型，最終（3）以數據價值分析方法量化不同觀測數據對根區土壤水分預測精度的影響。本研究將系統地揭示根區土壤水分預測模型、輸入參數與不同尺度土壤水分觀測數據的相互依賴關係，最佳化土壤根區水分預測模式，指導設計科學的數據採集方案，以較小的觀測和模擬成本，最終實現提高作物根區土壤水分預測精度的目標。項目研究成果對於提高農業用水效率、保護農業水環境有重要實際意義。

結題摘要

本項目立足於準確刻畫根區土壤水分運動過程，依託廣西崇左精準農業研究基地，主要開展了以下研究：（1）通過收集和分析長時間序列的根區土壤水數據，探究了根區土壤水的時空變異規律和信息價值的冗餘性；（2）探究了初始條件的不確定性在不同的土壤質地、氣象條件和剖面長度下的變化規律以及對根區含水率數據價值的影響，並提出了基於可獲得觀測的土壤水模型初始化優選方案，從而最大的減少初始土壤水分剖面不確定性的影響；（3）基於水量平衡與數據同化技術，提出了一種FDR土壤水感測器觀測校準算法，有效地校準了未標定的FDR土壤水感測器觀測，從而對土壤水分實現更高精度的模擬和預測，提高了根區含水率的數據價值；（4）通過蒙特卡洛模擬多角度探討了土壤水分觀測在不同的氣象條件、下邊界條件、土壤質地以及觀測位置下的數據價值，提出了一套考慮土壤非均質性的根區土壤含水量時空採樣方案，量化不同深度和時間含水率數據價值，可用於指導監測方案。上述研究對指導農業活動、提高農業用水效率、保護農業水環境有重要實際意義。