本發(fā)明涉及土壤水分估算，特別是涉及一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法。

背景技術(shù)：

1、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)活動的一個主要場所，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需精準(zhǔn)把控農(nóng)田中的關(guān)鍵過程。農(nóng)田中首先值得關(guān)注的是影響糧食產(chǎn)量的作物生長過程。土壤水是農(nóng)作物生存的基礎(chǔ)，土壤水本身也是水資源中不可忽視的一部分，因此也有必要研究土壤水的運(yùn)動規(guī)律。研究土壤水的運(yùn)動規(guī)律以提高農(nóng)業(yè)用水效率，加強(qiáng)對作物生長狀態(tài)的把控以保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，是發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)需要考慮的兩大方面。

2、模型和觀測是科學(xué)研究的兩個必要手段，它們互有優(yōu)缺、互為補(bǔ)充。綜合利用觀測提供的寶貴信息以及模型的預(yù)測能力，是許多研究人員努力的方向。數(shù)據(jù)同化(dataassimilation,da)技術(shù)的發(fā)展便提供了一種將模型和觀測相融合的機(jī)會。數(shù)據(jù)同化通過權(quán)衡觀測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果，不斷校正、優(yōu)化模型參數(shù)，同時為系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)提供最優(yōu)估計，大大提高了模型對未來的預(yù)測精度。數(shù)據(jù)同化也可利用模型能夠連續(xù)模擬的優(yōu)勢，對稀疏觀測進(jìn)行插值，從而得到在時空上連續(xù)的變量信息?？傊?，數(shù)據(jù)同化能夠同時利用動態(tài)觀測的數(shù)據(jù)價值以及模型在物理特性和時間演化規(guī)律方面的一致性約束。最新數(shù)據(jù)和歷史知識(模型是知識的總結(jié))的雙重約束使數(shù)據(jù)同化的結(jié)果既有時空上的連續(xù)性，又能避免單純模型的盲目性。

3、土壤水運(yùn)動和作物生長過程的研究是比較困難的，單純依靠模型或者觀測無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對制定實(shí)時灌溉策略的需求，也無法準(zhǔn)確評估全球變化背景下糧食產(chǎn)量的波動。有必要研究將土壤含水量、葉面積指數(shù)(leafarea?index,lai)、生物量、蒸散量等多源、多尺度的農(nóng)業(yè)相關(guān)觀測融合進(jìn)土壤水運(yùn)動或作物生長模型中的數(shù)據(jù)同化技術(shù)，也有必要探究多源、多尺度觀測對農(nóng)田關(guān)鍵過程的指示作用及模型關(guān)鍵變量的約束作用。

4、同化遙感光譜信息的時相(即同化時間尺度)對同化結(jié)果有較大的影響，現(xiàn)有的同化系統(tǒng)在未考慮時相信息利用觀測數(shù)據(jù)時，未根據(jù)植物的生長物候期調(diào)整同化頻率，因此存在不必要的同化過程，效率大大減慢，這在更精細(xì)分辨率上進(jìn)行模型模擬會帶來更高的計算成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在不必要的同化過程，效率大大減慢并在更精細(xì)分辨率上進(jìn)行模型模擬會帶來更高的計算成本的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，包括：

4、利用校準(zhǔn)后的wofost模型得到待測區(qū)域的降尺度的根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)；

5、根據(jù)農(nóng)作物不同的生長階段確定同化頻率；

6、根據(jù)同化頻率獲取待測區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)，所述觀測數(shù)據(jù)包括：土壤水分與葉面積指數(shù)；

7、利用集合卡爾曼濾波融合根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)并生成同化數(shù)據(jù)；

8、根據(jù)所述同化數(shù)據(jù)確定待測區(qū)域的土壤水分。

9、優(yōu)選地，所述wofost模型的校準(zhǔn)過程為：

10、確定待測區(qū)域的天氣數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、作物管理數(shù)據(jù)和太陽輻射；

11、根據(jù)所述天氣數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、作物管理數(shù)據(jù)和太陽輻射對所述wofost模型進(jìn)行校準(zhǔn)。

12、優(yōu)選地，所述天氣數(shù)據(jù)包括：

13、日最高、最低氣溫、降雨量、風(fēng)速和日照時數(shù)。

14、優(yōu)選地，所述wofost模型基于cnn卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

15、優(yōu)選地，所述同化頻率包括：

16、高頻率同化、正常頻率同化和物候期同化。

17、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

18、本發(fā)明提供了一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，包括：利用校準(zhǔn)后的wofost模型得到待測區(qū)域的降尺度的根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)；根據(jù)農(nóng)作物不同的生長階段確定同化頻率；根據(jù)同化頻率獲取待測區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)，所述觀測數(shù)據(jù)包括：土壤水分與葉面積指數(shù)，利用集合卡爾曼濾波融合根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)并生成同化數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同化數(shù)據(jù)確定待測區(qū)域的土壤水分。本發(fā)明構(gòu)建土壤水分與葉面積指數(shù)多源觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合同化wofost作物模型，并在考慮不同物候同化量影響程度框架下優(yōu)化同化模型，從而提升作物模型模擬土壤水運(yùn)動過程效果。

技術(shù)特征：

1.一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述wofost模型的校準(zhǔn)過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述天氣數(shù)據(jù)包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述wofost模型基于cnn卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，其特征在于，所述同化頻率包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種考慮物候的聯(lián)合同化策略估算土壤水分的方法，涉及土壤水分估算技術(shù)領(lǐng)域。利用校準(zhǔn)后的WOFOST模型得到待測區(qū)域的降尺度的根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)；根據(jù)農(nóng)作物不同的生長階段確定同化頻率；根據(jù)同化頻率獲取待測區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)，所述觀測數(shù)據(jù)包括：土壤水分與葉面積指數(shù)；利用集合卡爾曼濾波融合根區(qū)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)并生成同化數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同化數(shù)據(jù)確定待測區(qū)域的土壤水分。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在不必要的同化過程，效率大大減慢并在更精細(xì)分辨率上進(jìn)行模型模擬會帶來更高的計算成本的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李旭青,李凌飛,唐瑞尹,武建軍,王棋,文斌,羅巍,宋玉彬,吳艷萍,區(qū)惠平,顧會濤,王玉博,焦夢龍,趙程煒,陳旭穎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北華航天工業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19