本發(fā)明涉及農(nóng)作物播種時間預(yù)測，尤其涉及一種基于apsim模型的夏玉米宜播期確定方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球氣候變化的持續(xù)發(fā)展，未來氣候變化對作物生長和產(chǎn)量的影響已成為許多科學(xué)研究的焦點。研究表明，未來氣候變化對作物產(chǎn)量的影響是多方面的。涉及溫度升高、降水變化、極端天氣事件增多等多個方面。首先，氣候變暖對作物生長產(chǎn)生了顯著影響。溫度升高可能加快作物生長速度，但也可能引發(fā)作物生長過程中的熱應(yīng)激，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。尤其是高溫對小麥、玉米等主要糧食作物的生長影響更為顯著，可能導(dǎo)致收量下降，嚴重影響糧食安全。其次，降水模式的改變也對作物生長產(chǎn)生了直接影響。氣候變化引發(fā)的降水不規(guī)律，包括降水量的增加或減少、降水季節(jié)的變化等，都可能導(dǎo)致土壤濕度波動，影響植物的水分吸收和利用效率，進而影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。特別是干旱和洪澇等極端天氣事件頻率的增加，更是給作物生長帶來了巨大挑戰(zhàn)。

2、夏玉米是全球范圍內(nèi)最重要的糧食作物之一，其播期對氣候變化具有重要影響。隨著全球氣候的變暖和不確定性增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。夏玉米播期與氣候變化之間的關(guān)系成為了研究的熱點之一。首先，氣候變化對夏玉米播期產(chǎn)生了直接影響。溫度升高和降水模式的變化可能會導(dǎo)致播種時間的提前或推遲。研究表明，氣溫升高會促使夏玉米種子的發(fā)芽和生長加速，從而導(dǎo)致早播。但是，降水不足或極端降水事件可能會延遲種植季節(jié)。因此，農(nóng)民需要適應(yīng)氣候變化，調(diào)整播種時間以最大程度地利用有利的氣候條件。其次，夏玉米播期的變化也會影響農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量。如果播種時間過早或過晚，可能會導(dǎo)致種子在不利氣候條件下萌發(fā)，影響幼苗生長和成熟期的到來。這可能導(dǎo)致產(chǎn)量下降和質(zhì)量減損。因此，了解氣候變化對播期的影響對于優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。夏玉米播期與氣候變化的關(guān)系也與農(nóng)業(yè)可持續(xù)性密切相關(guān)，不合時宜的播種時間可能會增加農(nóng)民的風(fēng)險，降低農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的韌性。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，實際種植生產(chǎn)中給農(nóng)民指導(dǎo)適播期的方式有多種，主要包括以下幾種：(1)氣象部門的專題氣象預(yù)報：中央氣象網(wǎng)、地方氣象局等氣象部門會定期發(fā)布專題氣象預(yù)報，提供關(guān)于低溫、凍害、播種適溫等關(guān)鍵天氣信息。農(nóng)民可以根據(jù)這些氣象預(yù)報，結(jié)合自己種植的作物特性，選擇最佳的播種時間。(2)農(nóng)業(yè)管理組織的播期預(yù)測：農(nóng)業(yè)管理組織，如農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站、農(nóng)科院等，會基于農(nóng)藝專家的專業(yè)知識和經(jīng)驗，結(jié)合當?shù)氐臍夂驐l件、土壤狀況、作物品種特性等因素，為農(nóng)民提供播期預(yù)測。這些預(yù)測通常會通過宣傳資料、培訓(xùn)會議等形式傳達給農(nóng)民。(3)種植者的經(jīng)驗判斷：當?shù)赜薪?jīng)驗的種植者會根據(jù)自己的種植經(jīng)驗和觀察，判斷播種時間。他們會根據(jù)當?shù)氐奶鞖庾兓?、土壤濕度、作物生長情況等因素，結(jié)合自己的種植經(jīng)驗，給出播種時間建議。這種經(jīng)驗判斷的方式在某些地區(qū)仍然具有一定的參考價值。(4)智能農(nóng)業(yè)技術(shù)：隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展，智能農(nóng)業(yè)技術(shù)也被越來越多地應(yīng)用于適播期的指導(dǎo)中。例如，通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，農(nóng)民可以實時監(jiān)測土壤溫度、濕度等參數(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，通過智能算法預(yù)測最佳的播種時間。(5)農(nóng)業(yè)咨詢服務(wù)：農(nóng)業(yè)咨詢服務(wù)機構(gòu)或?qū)＜視檗r(nóng)民提供個性化的播種時間建議。農(nóng)民可以通過咨詢電話或在線平臺等方式，向?qū)＜易稍冇嘘P(guān)播種時間的問題，并根據(jù)專家的建議進行播種。(6)作物生長模型和模擬技術(shù)：如之前所述，作物生長模型和模擬技術(shù)可以幫助農(nóng)民預(yù)測不同播種時間對作物產(chǎn)量和質(zhì)量的影響。農(nóng)民可以使用這些技術(shù)，結(jié)合當?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件，選擇最佳的播種時間。(7)農(nóng)業(yè)合作社或社區(qū)組織：農(nóng)業(yè)合作社或社區(qū)組織通常會為成員提供播種時間的建議和指導(dǎo)。這些組織可能會組織專家進行實地考察，為成員提供針對性的播種時間建議。但是對于夏玉米最佳播種時間預(yù)測的準確性和穩(wěn)定度總是有限的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于apsim模型的夏玉米宜播期確定方法，能夠通過建立apsim模型，模擬未來氣候情況下夏玉米的產(chǎn)量和物候?qū)τ诓煌シN時間的響應(yīng)，進而確定最佳播種時間，進一步提高夏玉米的產(chǎn)量。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于apsim模型的夏玉米宜播期確定方法，包括以下步驟：

3、步驟1、根據(jù)氣候條件的差異對播種區(qū)域進行劃分為多個區(qū)域；

4、步驟2、從劃分出的區(qū)域中為每個區(qū)域選擇具有代表性的氣象站點用于apsim模型的校準和驗證；

5、步驟3、獲取每日氣候歷史數(shù)據(jù)；

6、步驟4、獲取基于cmip6的gcm的未來模擬氣候數(shù)據(jù)；

7、步驟5、對apsim模型進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入，初步構(gòu)建apsim玉米作物生長模型；

8、步驟6、對apsim玉米作物生長模型進行參數(shù)率定和模型驗證，根據(jù)輸出產(chǎn)量，采用試錯法校準apsim玉米作物生長模型的性能；

9、步驟7、將校準后的apsim玉米生長模型，使用現(xiàn)場試驗文獻中的管理措施和產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進行驗證，通過測定系數(shù)、根均值平方誤差、標準化根均等方差和模型效率用于評估apsim玉米作物生長模型性能；

10、步驟8、在已經(jīng)調(diào)整好的apsim玉米作物生長模型中模擬未來時期的劃分出的區(qū)域不同情況下夏玉米的產(chǎn)量和物候的時間變化；

11、步驟9、基于計算機進行多次模擬預(yù)測，得出夏玉米的最佳播種期。

12、優(yōu)選的，所述步驟1中劃分的區(qū)域表明了不同區(qū)域的生物物理條件包括氣候、品種、土壤的差異。

13、優(yōu)選的，所述步驟2中氣象站點的水力參數(shù)包括土壤容重、田間持水量、凋萎系數(shù)、飽和含水率。

14、優(yōu)選的，所述步驟3中每日氣候歷史數(shù)據(jù)包括每日太陽輻射、每日最高溫度、每日最低溫度、每日降水量。

15、優(yōu)選的，所述每日太陽輻射是使用angstom-prescott方程計算的：

16、

17、其中，ra是每日太陽輻射；n和n是實際和理論的每日日照持續(xù)時間，a和b是使用所選站點觀測的太陽輻射校準的系數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述步驟4中使用統(tǒng)計降尺度模型的方法降低gcm中所選站點的月度柵格氣候數(shù)據(jù)的每月尺度。

19、優(yōu)選的，所述步驟5中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入包括氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、田間管理數(shù)據(jù)。

20、優(yōu)選的，所述步驟6中利用歷史上不同年度、不同地域、不同作物生育期內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、田間管理數(shù)據(jù)、作物生育數(shù)據(jù)及產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行相關(guān)參數(shù)的率定和模型的驗證，驗證公式如下；

21、

22、其中oi和si分別被觀察和模擬值，o和s分別是觀察值和模擬值的平均值，是觀察值和模擬值的數(shù)量，rmse越小，模擬值和觀察值之間的偏差越小，e越接近1，則模型越準確。

23、本發(fā)明的有益效果是：

24、本方案通過建立apsim玉米生長作物模型，結(jié)合gcm對未來氣候進行生長模擬，具有一下六個有益效果，(1)提高預(yù)測準確性：利用apsim模型，該系統(tǒng)能夠綜合考慮氣候變化、土壤類型、種植制度等多種因素對夏玉米生長和產(chǎn)量的影響。通過模擬不同氣候條件下的夏玉米生長和產(chǎn)量情況，系統(tǒng)可以更準確地預(yù)測未來氣候條件下夏玉米的最佳播種時間。(2)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策：通過預(yù)測最佳播種時間，農(nóng)民和農(nóng)業(yè)管理者可以根據(jù)這些信息調(diào)整種植計劃，優(yōu)化資源配置，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。(3)減少生產(chǎn)風(fēng)險：考慮未來氣候的不確定性，如溫度升高、降水減少和極端氣候事件增多等因素，系統(tǒng)可以幫助農(nóng)民減少生產(chǎn)風(fēng)險，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。通過提前預(yù)測最佳播種時間，農(nóng)民可以避免在不利的氣候條件下播種，減少因氣候因素導(dǎo)致的產(chǎn)量損失。(4)促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展：通過優(yōu)化播種時間和種植結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以促進農(nóng)業(yè)資源的合理利用和環(huán)境保護，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。(5)基于apsim模型的系統(tǒng)可以模擬不同管理措施對作物生長的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。農(nóng)民和農(nóng)業(yè)管理者可以根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整管理措施，如施肥、灌溉等，以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。(6)增強適應(yīng)性：面對全球氣候變化的不確定性，該系統(tǒng)可以幫助農(nóng)民和農(nóng)業(yè)管理者增強適應(yīng)性，更好地應(yīng)對氣候變化帶來的挑戰(zhàn)。通過提前預(yù)測和規(guī)劃，農(nóng)民可以做好準備，減少氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響。