遥感同化动力学模型的南疆骏枣氮素动态监测方法与运移模拟

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41561088
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    43.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0113.遥感科学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Southern Xinjiang has become the most important production base of high quality red dates due to the superior natural conditions. However, a series of problems have been caused because long-term unreasonable fertilization, such as inefficient use of nitrogen, decline of yield and quality, and environmental pollution. In those problems, detection of nitrogen changes is the premise of more fully fertilizing of nitrogen. This project focuses on jun jujube which is widely planted in southern Xinjiang. First of all, using EFAST(extended Fourier amplitude sensitive test) method to analysis global sensitivity and uncertainty of the EU_TOTATE_N model(Nitrogen dynamic model) parameters, correct and optimize parameters of the model. Using mathematical methods to study the influence mechanism and the function relation between salt, excessive nitrogen and nitrogen absorption, migration of the jujube tree in order to improve EU_TOTATE_N model. The second, the method of assimilating remote sensing into nitrogen dynamic model is implemented from researching different methods for retrieving Leaf Area Index, the selection of the assimilation time and space and the accuracy, efficiency and the ability to deal with uncertainty of some mainstream assimilation algorithms. And lastly, on the basis of above research results, using GF data to continuously monitor the dynamic change of nitrogen in time and space and using visualization technologies to simulate the migration process. Those problems including migration mechanism between the soil and jujube nitrogen, problems of discrete time, mechanism of remote sensing monitoring nitrogen are expected to be solved. The result of this project research have important scientific significance for promoting mechanism and high-precision of N remote sensing monitoring, moreover, it can provide theory basis for optimally fertilizing of jun jujube in southern Xinjiang.
南疆是我国重要的优质红枣生产基地,但长期不合理的施肥导致氮素利用效率低下、红枣产值下降和环境污染等一系列问题,快速有效地监测氮素变化是科学施肥的前提。项目以种植面积最广的骏枣为研究对象,首先,采用EFAST方法分析EU_TOTATE_N模型(氮动力学模型)参数的全局敏感性和不确定性,利用数学建模手段研究盐分和过量氮对枣树氮吸收和运移的影响机理及定量关系,以优化和改进EU_TOTATE_N模型;其次,从同化观测量叶面积指数反演、同化时间和空间尺度及主流同化算法的精度、效率和处理不确定性问题能力的系统分析等方面开展研究,实现遥感和氮动力学模型同化方法;最后,完成区域尺度的氮素时空动态变化监测与运移模拟,揭示土壤和枣树氮素之间的运移机制,解决氮素遥感监测时间不连续、机理性不强的问题。项目研究不仅对促进枣树氮素遥感监测机理化和精确化具有重要的科学意义,而且可为南疆枣园科学施肥提供理论依据。

结项摘要

首先,在广泛使用的肥料量的情况下,使用三个生长季节田间试验数据矫正和验证了WOFOST模型。模拟的萌芽期,开花期和成熟期的物候发育阶段的误差分别是–2,–3和–3天。叶片,茎,果实,总生物量和叶面积指数(LAI)的模拟生长动态与测量值吻合很好,显示的RMSE(均方根误差)值分别为0.14、0.33、0.37、0.62 t/ha和0.19, R^2(决定系数)值分别为0.95、0.98、0.99、0.99和0.95。.其次,假设LAI变化由氮素和其他营养差异导致,进而产生产量差异,尝试将接近最大发育阶段的单个遥感反演的LAI同化到经过校准的WOFOST模型,以提高当地枣园田间尺度的果实产量估算。与未同化模拟相比,强迫LAI后的同化提高了产量估算精度,2016年预测产量的R^2为0.62,RMSE为0.74(11.3%)t/ha,2017年的R^2为0.59,RMSE为0.87(11.3%)t/ha。.最后,研究的主要贡献是开发了SUBPLEX同化框架,将主要生长阶段的时间序列的遥感LAI同化到校准的WOFOST模型中,并将SUBPLEX算法的产量估算精度与广泛使用的集成卡尔曼滤波器(EnKF)同化进行了比较。结果表明,与未同化模拟相比,SUBPLEX和EnKF同化均显著提高了产量估算性能。SUBPLEX(R^2=0.78,RMSE=0.64(8.3%)t/ha和RPD(标准偏差(SD)/RMSE)=2.13)的同化精度略高于EnKF同化(R^2=0.73,RMSE=0.71(9.2%)t/ha和RPD=1.91)。该研究可以提供基于SUBPLEX算法的新同化方案来改善田间尺度的水果作物产量估算。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
基于去包络线和连续投影算法的枣园土壤电导率光谱检测研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    干旱地区农业研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;白铁成
  • 通讯作者:
    白铁成
Assimilation of Remotely-Sensed LAI into WOFOST Model with the SUBPLEX Algorithm for Improving the Field-Scale Jujube Yield Forecasts
利用 SUBPLEX 算法将遥感 LAI 与 WOFOST 模型同化以改进田间规模的枣产量预测
  • DOI:
    10.3390/rs11161945
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    BAI Tiecheng;Wang Shanggui;Meng Wenbo;Zhang Nannan;Wang Tao;Chen Youqi;Benoît Mercatoris
  • 通讯作者:
    Benoît Mercatoris
Comparison of Near-Infrared Spectrum Pretreatment Methods for Jujube Leaf Moisture Content Detection in the Sand and Dust area of Southern Xinjiang
南疆沙尘地区枣叶水分含量检测近红外光谱预处理方法比较
  • DOI:
    10.3964/j.issn.1000-0593(2019)04-1323-06
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Spectroscopy and Spectral Analysis
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    Bai Tiecheng;Wang Tao;Chen You qi;Mercatoris Benoit
  • 通讯作者:
    Mercatoris Benoit
Improving Jujube Fruit Tree Yield Estimation at the Field Scale by Assimilating a Single Landsat Remotely-Sensed LAI into the WOFOST Model
通过将单个陆地卫星遥感 LAI 同化到 WOFOST 模型中,改进田间规模的枣果树产量估算
  • DOI:
    10.3390/rs11091119
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Bai Tiecheng;Zhang Nannan;Mercatoris Benoit;Chen Youqi
  • 通讯作者:
    Chen Youqi
Jujube yield prediction method combining Landsat 8 Vegetation Index and the phenological length
Landsat 8植被指数与物候长度结合的枣产量预测方法
  • DOI:
    10.1016/j.compag.2019.05.035
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    COMPUTERS AND ELECTRONICS IN AGRICULTURE
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Bai, Tiecheng;Zhang, Nannan;Chen, Youqi
  • 通讯作者:
    Chen, Youqi

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    白铁成
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
    张楠楠;张晓;姚娜;喻彩丽;白铁成
  • 通讯作者:
    白铁成
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 作者:
    施明登;周鹏;白铁成
  • 通讯作者:
    白铁成

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密植香梨树生长与氮动力学效应模拟研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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