近日，中國農科院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所農業(yè)遙感創(chuàng)新團隊和智慧農業(yè)創(chuàng)新團隊在區(qū)域作物產量模擬的遙感數據同化技術研究方面取得重要進展，提出了遙感信息與作物生長模型數據同化新算法，并成功構建了作物估產同化系統(tǒng)，實現(xiàn)了區(qū)域作物單產的高精度模擬。相關研究成果在線發(fā)表在《環(huán)境遙感（Remote Sensing of Environment）》上。
據介紹，由于一般經驗統(tǒng)計作物遙感估產方法不能對作物生長過程進行定量描述，為了充分發(fā)揮作物生長模型機理性強、時間連續(xù)、遙感數據空間連續(xù)等優(yōu)勢，進一步提高基于遙感信息與生長模型同化的區(qū)域作物單產定量模擬與估算精度，考慮到大范圍作物模型參數獲取和校正存在一定困難，常用的卡爾曼濾波同化算法存在不收斂、奇異值等不足，四維變分算法存在背景誤差為固定值等缺陷，所構建的作物估產同化系統(tǒng)不能完全滿足作物生長時空變異客觀存在所需的高精度模擬要求。
該研究創(chuàng)新地提出了一種基于四維擴展和可變時間窗口的集合平方根濾波新同化算法VW-4DEnSRF，在對作物生長模型參數敏感性分析和參數校正基礎上，成功構建了基于WOFOST作物生長模型和VW-4DEnSRF新算法的作物估產同化系統(tǒng)。最終，以河北衡水市為研究區(qū)，以冬小麥為研究對象，將GF-1和HJ-1國產衛(wèi)星數據反演的葉面積指數信息作為外部遙感同化數據，在最優(yōu)尺度網格下利用構建的作物估產同化系統(tǒng)實現(xiàn)了區(qū)域冬小麥產量定量模擬和估算。研究結果表明，基于WOFOST模型和所提VW-4DEnSRF算法構建的作物估產同化系統(tǒng)在單點尺度和區(qū)域尺度作物單產模擬中都達到較高精度水平，證明了所提數據同化新算法及同化系統(tǒng)在大范圍作物單產定量模擬中具有一定可行性和有效性。
圖為VW-4DEnSRF新同化算法框架及區(qū)域冬小麥單產定量模擬結果
據悉，該研究提出的VW-4DEnSRF同化算法及構建的估產同化系統(tǒng)是對國際現(xiàn)有遙感與作物生長模型數據同化算法和同化系統(tǒng)的有益補充，對提高遙感與作物生長模型數據同化的作物產量模擬估算精度和水平具有重要科學意義，對今后開展大范圍作物產量模擬預測、區(qū)域作物生長監(jiān)測評價和保障國家糧食安全等具有重要應用價值。
