星-地结合对水稻高温热害监测模型的研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0739

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (1): 133-141.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0739

星-地结合对水稻高温热害监测模型的研究

白玛仁增¹^,²(), 顿玉多吉¹^,³, 德例归吉⁴, 德吉央宗¹^,²(), 益西多吉³, 边巴次仁¹

1.西藏自治区气候中心，拉萨 850000
2.中国气象局成都高原气象研究所拉萨分部，拉萨 850000
3.西藏自治区气象局，拉萨 850000
4.墨竹工卡县气象局，拉萨 850000

收稿日期:2022-08-25 修回日期:2022-10-29 出版日期:2023-01-05 发布日期:2022-12-27
通讯作者: 德吉央宗
作者简介:白玛仁增，男，1994年出生，西藏乃东人，助理工程师，硕士，主要从事遥感应用和作物模型。通信地址：850000 西藏自治区拉萨市城关区林廓北路2号，Tel：0891-6330101，E-mail：466797027@qq.com 。
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究项目“亚洲水塔动态变化与影响子专题西藏高原典型湖泊动态变化影响”(2019QZKK020809);中央引导地方科技项目“基于融雪过程的西藏雪灾时空动态定量预警技术”(XZ202102YD0012C);第二次青藏高原综合科学考察研究项目“西风-季风协同作用及其环境效应”(2019QZKK0106);国家自然科学基金项目“基于多源卫星数据藏北高原地表温度与湿地变化特征研究”(41465006);西藏自治区科技厅重点项目“藏北典型生态区生态环境遥感监测评估”(XZ201703-GA-01)

Constructing the Monitoring Model of High Temperature Damage on Rice by Combining Data from Satellites and Ground Automatic Weather Stations

Pema Rigzin¹^,²(), Dhonyo Dorji¹^,³, Delek Kunkyi⁴, Dekyi Yangzom¹^,²(), Yeshe Dorji³, Penpa Tsring¹

1. Tibet Climate Center, Lhasa 850000
2. Institute of Plateau Meteorology, CMA, Lhasa 850000
3. Tibet Meteorological Bureau, Lhasa 850000
4. Muozhugongka County Meteorological Bureau, Lhasa 850000

Received:2022-08-25 Revised:2022-10-29 Online:2023-01-05 Published:2022-12-27
Contact: Dekyi Yangzom

摘要/Abstract

摘要：

全球气温变暖和高温事件的频繁出现，水稻遭受高温热害而造成严重损失的概率随之增加。笔者基于星-地结合的方法研究水稻高温热害监测模型，模型利用遥感的手段提取水稻种植区、反演水稻抽穗开花期、估算最高气温和平均气温，同时结合自动气象站的数据与遥感估算气温重构更精确、更完整、更客观的最高、平均气温的数据，最终根据水稻高温热害指标判断水稻高温热害并完成模型的构建。此模型能实现水稻抽穗开花期高温热害的定性、定量、程度的监测。对2017年安徽省高温热害的监测和检验结果显示，模型达到了较好的使用效果。

关键词: 水稻, 高温热害, 模型, 遥感, 自动气象站

Abstract:

With global warming and frequent occurrence of high temperature events, the probability of rice suffering from high temperature damage and serious losses also increases. This paper studies the monitoring model of rice high temperature damage based on the combination of data from automatic weather stations and satellites. The model used remote sensing to extract rice-planting areas, invert rice heading and flowering stages, and estimate the maximum and average temperature. At the same time, the data of automatic weather stations combined with remote sensing estimation of temperature were used to reconstruct more accurate, more complete and more objective data of the maximum and average temperature. Finally, according to the rice high temperature damage indexes, the rice high temperature damage was estimated and the model was constructed. This model can realize the qualitative, quantitative and degree monitoring of high temperature damage at the heading and flowering stages of rice. The model achieved good results in monitoring and verifying the high temperature damage in Anhui Province in 2017.

Key words: rice, high temperature damage, model, remote sensing, automatic weather station

中图分类号:

P414.4，S5

白玛仁增, 顿玉多吉, 德例归吉, 德吉央宗, 益西多吉, 边巴次仁. 星-地结合对水稻高温热害监测模型的研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(1): 133-141.

Pema Rigzin, Dhonyo Dorji, Delek Kunkyi, Dekyi Yangzom, Yeshe Dorji, Penpa Tsring. Constructing the Monitoring Model of High Temperature Damage on Rice by Combining Data from Satellites and Ground Automatic Weather Stations[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(1): 133-141.

图/表 17

参考文献 34

[1]	徐匡迪, 沈国舫. 依靠稻作科技创新,推动中国水稻产业发展——在首届国际水稻大会上作的主题报告[J]. 中国稻米, 2002, 6:8-11.
[2]	霍治国, 王石立, 郭建平, 等. 农业和生物气象灾害[M]. 北京: 气象出版社, 2009:73.
[3]	张宇, 王馥棠. 气候变暖对中国水稻生产可能影响的研究[J]. 气象学报, 1998, 3:114-121.
[4]	张舵, 王建. 气候变暖将使中国水稻玉米小麦等作物产量下降[J]. 北京农业, 2009, 20:47.
[5]	LOBELL D B, ASNER G P. Climate and management contributions to recent trends in US agricultural yield[J]. Science, 2003, 299:5609.
[6]	TUBIELLO F N, JEAN-FRANÇOIS Soussana, HOWDEN S M. Crop and pasture response to climate change[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(50):19686-19690. doi: 10.1073/pnas.0701728104 pmid: 18077401
[7]	ROSENZWEIG C, PARRY M L. Potential impact of climate-change on world food-supply[J]. Nature, 1994, 367:133-138. doi: 10.1038/367133a0 URL
[8]	PIAO S L, CIAIS P, HUANG Y, et al. The impacts of climate change on water resources and agriculture in China[J]. Nature, 2010, 467:43-51. doi: 10.1038/nature09364 URL
[9]	孙正玉, 霍金兰, 孙明, 等. 2013年夏季高温对盐城水稻生产的影响[J]. 大麦与谷类科学, 2014(3):12-14.
[10]	潘建华, 刘晓琼. 四川省2006年盛夏罕见高温干旱分析[J]. 高原山地气象研究, 2006, 26:12-14.
[11]	MATSUI T, OMASA K. Rice (Oryza sativa L.) cultivars tolerant to high temperature at flowering: Anther characteristics[J]. Annals of botany, 2002, 89(6):683-687. doi: 10.1093/aob/mcf112 URL
[12]	谢晓金, 李秉柏, 申双和, 等. 高温热害对扬稻6号剑叶生理特性的影响[J]. 中国农业气象, 2009, 30:84-87.
[13]	曹云英, 段骅, 杨立年, 等. 减数分裂期高温胁迫对耐热性不同水稻品种产量的影响及其生理原因[J]. 作物学报, 2008, 34(12):2134-2142. doi: 10.3724/SP.J.1006.2008.02134
[14]	JAGADISH S V, CRAUFURD P Q, WHEELER T R. High temperature stress and spikelet fertility in rice (Oryza sativa L.)[J]. Journal of experimental botany, 2007, 58(7):1627-1635. doi: 10.1093/jxb/erm003 URL
[15]	魏金连, 潘晓华. 夜间温度升高对早稻生长发育及产量的影响[J]. 江西农业大学学报, 2008, 30(3):6.
[16]	MOHAMMED A R, TARPLEY L. High nighttime temperatures affect rice productivity through altered pollen germination and spikelet fertility[J]. Agricultural and forest meteorology, 2009, 149: 999-1008. doi: 10.1016/j.agrformet.2008.12.003 URL
[17]	郑建初, 盛婧, 汤日圣, 等. 南京和安庆地区高温发生规律及高温对水稻结实率的影响[J]. 江苏农业学报, 2007, 23(1):1-4.
[18]	杜子璇, 刘静, 刘伟昌. 基于信息扩散理论的长江中下游地区高温热害风险分析[J]. 气象与环境科学, 2012, 35(2):8-14.
[19]	褚荣浩, 申双和, 李萌, 等. 安徽省中季稻生育期高温热害发生规律分析[J]. 中国农业气象, 2015(4):506-512.
[20]	包云轩, 刘维, 高苹, 等. 基于两种指标的江苏省水稻高温热害发生规律的研究[A]. 2011年第二十八届中国气象学会年会[C]. 2011.
[21]	郭建茂, 白玛仁增, 梁卫敏, 等. 两湖地区水稻抽穗开花期高温热害时空分布[J]. 中国农业气象, 2019, 40(1):51-61.
[22]	杨炳玉, 申双和, 陶苏林, 等. 江西省水稻高温热害发生规律研究[J]. 中国农业气象, 2012, 33(4):615-622.
[23]	JAGADISH S V, MUTHURAJAN R, OANE R, et al. Physiological and proteomic approaches to address heat tolerance during anthesis in rice (Oryza sativa L.)[J]. Journal of experimental botany, 2010, 61(1):143-156. doi: 10.1093/jxb/erp289 URL
[24]	姚萍, 杨炳玉, 陈菲菲, 等. 水稻高温热害研究进展[J]. 农业灾害研究, 2012, 2(4):23-25,38.
[25]	刘伟昌, 张雪芬, 余卫东, 等. 水稻高温热害风险评估方法研究[J]. 气象与环境科学, 2009, 1:33-38.
[26]	汤日圣, 郑建初, 张大栋, 等. 高温对不同水稻品种花粉活力及籽粒结实的影响[J]. 江苏农业学报, 2006(4):369-373.
[27]	张佳华, 姚凤梅, 李秉柏, 等. 星-地光学遥感信息监测水稻高温热害研究进展[J]. 中国科学:地球科学, 2011, 41(10):1396-1406.
[28]	尹东屏, 严明良, 裴海瑛, 等. 副热带高压控制下的高温天气特征分析[J]. 气象科学, 2006, 26:559-563.
[29]	田小海, 松井勤, 李守华, 等. 水稻花期高温热害研究进展与展望[J]. 应用生态学报, 2007, 18:2632-2636.
[30]	王加龙, 陈信波. 水稻耐热性研究进展[J]. 湖南农业科学, 2006, 6:23-26.
[31]	张明伟. 基于MODIS数据的作物物候期监测及作物类型识别模式研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2006.
[32]	白玛仁增, 德吉央宗, 索朗央金, 等. 基于卫星遥感和自动气象站数据反演稻田气温——以安徽省为例[J]. 中国农学通报, 2021, 37(2):88-95.
[33]	徐岩岩. 基于MODIS数据提取东北地区水稻物候时空变化特征[D]. 北京: 中国气象科学研究院, 2012.
[34]	莫惠栋. 我国稻米品质的改良[J]. 中国农业科学, 1993, 26:8-14.

高温热害等级	日最高气温/℃	日平均气温/℃	高温持续天数/d
1	≥35	≥30	3≤d<5
2	≥35	≥30	5≤d<8
2	≥37	≥32	3≤d<5
3	≥35	≥30	d≥8
3	≥37	≥32	5≤d<8
4	≥37	≥32	d≥8

高温热害等级	日最高气温/℃	日平均气温/℃	高温持续天数/d
1	≥35	≥30	3≤d<5
2	≥35	≥30	5≤d<8
2	≥37	≥32	3≤d<5
3	≥35	≥30	d≥8
3	≥37	≥32	5≤d<8
4	≥37	≥32	d≥8

像元类型	满足条件
水稻像元	LSWI≥EVI-0.05
	2×EVI₍_d_0-_d₄₀₎>EVI_max
	MODIS_QA
	MCD12Q1!=WATER
	~NDVI_all>0.7

像元类型	满足条件
水稻像元	LSWI≥EVI-0.05
	2×EVI₍_d_0-_d₄₀₎>EVI_max
	MODIS_QA
	MCD12Q1!=WATER
	~NDVI_all>0.7

地区	遥感提取值/万hm²	实际统计值/万hm²	误差/%
阜阳	7.38	7.57	-2.51
亳州	0.4	0.36	11.11
宿州	0.81	0.75	8.00
淮北	0.02	0.02	0.00
蚌埠	10.35	11.19	-7.51
淮南	18.93	20.52	-7.75
滁州	34.41	37.88	-9.16
合肥	28.13	31.01	-9.29
六安	35.06	32.48	7.94
安庆	22.83	25.35	-9.94
池州	15.79	14.77	6.91
铜陵	6.76	7.11	-4.92
芜湖	15	13.71	9.41
马鞍山	11.05	10.25	7.80
宣城	12.82	13.89	-7.70
黄山	3.74	3.37	10.98
安徽省	223.48	230.23	-2.93

星-地结合对水稻高温热害监测模型的研究

Constructing the Monitoring Model of High Temperature Damage on Rice by Combining Data from Satellites and Ground Automatic Weather Stations

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关键词	描述
LST	陆地表面温度
LST_TD	TERRA白天过境的LST
LST_TN	TERRA晚上过境的LST
LST_AD	AQUA白天过境的LST
LST_AN	AQUA晚上过境的LST
T_MAX	最高气温
T_MEAN	平均气温

序号	回归方程	R²	F
Ⅰ	T_MAX=0.807LST_AN+15.422	0.588	1302.523
Ⅱ	T_MAX=0.954LST_AN-0.284LST_TN+17.862	0.650	844.174
Ⅲ	T_MAX=0.758LST_AN-0.327LST_TN+0.373LST_AD+9.924	0.728	808.642

序号	回归方程	R²	F
Ⅰ	T_MEAN=0.831LST_AN+9.352	0.766	2974.953
Ⅱ	T_MEAN=0.919LST_AN-0.170LST_TD+11.909	0.795	1737.895
Ⅲ	T_MEAN=0.810LST_AN-0.193LST_TN+0.206LST_AD+7.570	0.825	1076.365

序号	RMSE		MAE		N
序号	T_MAX	T_MEAN	T_MAX	T_MEAN	N
Ⅰ	252	1.93	2.07	1.63	100
Ⅱ	2.32	1.60	1.88	1.25	100
Ⅲ	2.21	1.54	1.73	1.15	100

[1]	罗先富, 刘文强, 潘孝武, 董铮, 刘三雄, 刘利成, 阳标仁, 盛新年, 李小湘. 应用剩余杂合体衍生的近等基因系定位水稻株高QTL[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 1-5.
[2]	黄钰, 陈斌, 肖关丽. 云南哈尼族地方水稻‘月亮谷’对褐飞虱取食危害的生理反应[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 123-129.
[3]	李兴华, 王欢, 张盛, 蔡星星, 周强, 周楠. 氮肥用量与运筹方式对晚籼稻产量及花后干物质积累与转运的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 6-13.
[4]	薛文瑞, 杨自辉, 张永, 郭树江, 王强强, 张剑挥. 民勤荒漠绿洲植被覆盖对地下水和降水变化的响应[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 102-109.
[5]	吴炫柯, 汪仁军, 黄维, 刘永裕, 姚裕群. 基于SURFER技术的广西葡萄高温热害空间分布研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 118-121.
[6]	周小红. 基于多元回归分析的农作物产量估测模型研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 152-156.
[7]	王一凡, 劳晓璨, 余丽萍, 叶海龙. 水稻‘甬优15’分期播种的气象条件适宜性试验研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(7): 106-109.
[8]	李雪枫, 王坚, 叶晓园, 张秀婷, 王丽学. 苦瓜植株水浸提液对水稻种子萌发和秧苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(6): 1-7.
[9]	喻家玥, 陈娆, 贾天宇. 农民专业合作社社员满意度及其影响因素研究——以北京市怀柔区为例[J]. 中国农学通报, 2022, 38(6): 141-148.
[10]	闫蕴韬, 何兮, 张海清, 贺记外. 水稻种子耐贮性研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5): 1-8.
[11]	梁长梅, 王建伟, 温鹏飞, 杨华. 高压静电场诱导采后葡萄果实总黄烷-3-醇积累模型构建[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5): 152-156.
[12]	白苇, 胡杨, 胡卿卿, 崔金丽, 张宝英, 杨素梅. 冀北油葵主要栽培因素对产量的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5): 17-22.
[13]	张勇, 徐智, 高丽芳, 邓亚琴, 王瑞雪, 王宇蕴. 有机类肥料部分替代化肥影响新垦红壤生菜地产量因素的研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5): 79-85.
[14]	翟彩娇, 张蛟, 崔士友, 陈澎军. 盐逆境对耐盐水稻穗部性状及产量构成因素的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(4): 1-9.
[15]	刘现, 杨航, 李健翔, 俞鉴签. 基于图像的金桔重量预测方法研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(34): 138-143.