基於遙感蒸散發與作物估產的灌溉及作物用水效率評價

《基於遙感蒸散發與作物估產的灌溉及作物用水效率評價》是依託清華大學，由尚松浩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於遙感蒸散發與作物估產的灌溉及作物用水效率評價
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：尚松浩
• 項目類別：面上項目

項目摘要

灌區灌溉水利用效率與作物水分利用率的定量評價是農業水資源高效利用的基礎。以乾旱區代表性灌區為研究區，綜合遙感信息與現場試驗、調查信息，發展適合非均勻下墊面特點且具有較強物理基礎的灌區遙感蒸散發模型、基於遙感植被指數序列特徵值的灌區主要作物分布遙感識別模型與遙感估產模型。在模型驗證的基礎上，利用模型計算分析灌區節水改造10餘年來蒸散發的時空變化及主要作物空間分布、生育期與產量的空間變化及其年際變化，揭示灌區不同下墊面（特別是農田與天然植被）蒸散發、主要作物產量的動態變化特徵、主要影響因素及其對灌區節水改造的回響。在此基礎上，定量評價灌區灌溉水利用效率的年際變化與作物水分利用率的空間與年際變化，分析其主要影響因素及動態變化規律，提出提高灌區及主要作物用水效率的具體途徑。

結題摘要

灌區灌溉水利用效率與作物水分生產率的定量評價是灌溉水高效利用的基礎。針對這一問題，研究提出了基於遙感信息與模型的農業用水效率評價分析框架並套用於內蒙古河套灌區，該框架包括基礎數據（遙感數據、統計數據、現場調查及試驗觀測數據）、模型（遙感蒸散發模型、作物分布遙感識別模型和作物遙感估產模型）和評價（灌溉用水效率評價、作物水分生產率評價）等3個部分。將混合雙源梯形遙感蒸散發模型（HTEM）與大氣邊界層模型（ABL）相耦合，建立了一個新的混合雙源遙感蒸散發模型（HTEM-ABL）。該模型利用日內2個衛星過境時刻的陸面溫度信息，可以不用地面溫度觀測資料作為輸入，在地面氣象站點稀疏、下墊面強異質性條件下有很好的適用性。根據計算結果，分析了灌區蒸散發時空變化規律、不同下墊面蒸散發的動態變化特徵、影響因素及其對灌區節水改造的回響特性。在灌區主要作物分布現場調查的基礎上，建立了基於植被指數—物候指數特徵空間、支持向量機和隨機森林的灌區主要作物分布遙感識別模型，分析了主要作物及其生育期的空間分布特徵與年際變化。根據河套灌區主要作物產量統計資料及現場調查的結果，利用隨機森林方法建立了主要作物遙感估產模型，分析了主要作物產量的空間分布特徵及其年際變化。在灌溉農田蒸散發量計算結果的基礎上，得到灌溉水有效利用效率（灌溉農田消耗的灌溉水量/總引水量）動態變化，分析了灌區灌溉水有效利用效率的主要影響因素，並建立了相應的估算模型。根據主要作物生育時間計算出整個生育期內的作物蒸散發量，進而根據產量計算出主要作物生產率（產量/生育期蒸散發）及作物種植適宜度，分析其空間分布特徵，提出了基於主要作物種植適宜度的灌區作物分布最佳化方法，可以實現節水增產的目標。研究成果可為乾旱區灌區灌溉用水效率的定量評價及高效利用提供理論基礎。