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不完整气象资料下基于作物模型的产量预报方法

秦鹏程 刘敏 万素琴 苏荣瑞

秦鹏程, 刘敏, 万素琴, 等. 不完整气象资料下基于作物模型的产量预报方法. 应用气象学报, 2016, 27(4): 407-416. DOI: 10.11898/1001-7313.20160403..
引用本文: 秦鹏程, 刘敏, 万素琴, 等. 不完整气象资料下基于作物模型的产量预报方法. 应用气象学报, 2016, 27(4): 407-416. DOI: 10.11898/1001-7313.20160403.
Qin Pengcheng, Liu Min, Wan Suqin, et al. Methods for yield forecast based on crop model with incomplete weather observations. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(4): 407-416. DOI:  10.11898/1001-7313.20160403.
Citation: Qin Pengcheng, Liu Min, Wan Suqin, et al. Methods for yield forecast based on crop model with incomplete weather observations. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(4): 407-416. DOI:  10.11898/1001-7313.20160403.

不完整气象资料下基于作物模型的产量预报方法

DOI: 10.11898/1001-7313.20160403
资助项目: 

中国气象局产量预报专项建设 2015

湖北省气象局科技项目 2015Q05

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201306035

详细信息
    通信作者:

    秦鹏程, email: qinpengcheng027@163.com

Methods for Yield Forecast Based on Crop Model with Incomplete Weather Observations

  • 摘要: 针对基于作物模型开展产量实时预报后期气象资料的获取问题,提出通过相似类比,从历史气象资料库中获取替代资料的方案,基于CERES-Rice模型系统评估了平均值处理方案和历史相似类比方案的可预报性和误差分布特征。结果表明:水稻产量对成熟前2个月内的气象条件较为敏感,基于气象资料和作物模型开展产量预测,在5%误差范围内可获得60%以上的预测概率;以多年气候平均值替代起报日后期气象资料,在成熟前2个月起报预测概率约为60%,成熟前1个月约为70%,但预报误差系统性偏高;采用气候相似类比方法,从历史气象资料中获取起报日后期替代资料,可有效降低预报误差的系统偏差,若引入后期气候趋势信息,成熟前2个月起报预测概率可达80%以上,较采用历史平均值有显著提高。研究结果为基于作物模型和气象观测及气候预测信息开展产量预报提供了技术方案。
  • 图  1  不完整气象观测资料下基于作物模型的产量预报技术流程

    Fig. 1  Flow diagram of yield forecast based on crop model with incomplete weather observations

    图  2  1981—2010年不同起报时间模拟的最终产量

    (不同颜色曲线代表1981—2010年不同年份的模拟结果,下同)

    Fig. 2  Simulated final yield at different forecast day for 1981-2010

    (different color represents result of different year)

    图  3  1981—2010年不同起报时间模拟的产量与利用实际气象资料模拟结果的相对偏差

    Fig. 3  Relative yield bias between simulated yield at different forecast day and that with weather observations for 1981-2010

    (different color represents different year)

    图  4  95%置信水平下不同起报时间产量预报能力

    Fig. 4  Predictability of yield at different forecast day at 95% confidence level

    图  5  产量偏差频率分布特征

    Fig. 5  Characteristics of frequency distribution of yield bias

    图  6  产量偏差年代际分布特征

    Fig. 6  Characteristics of yield bias among different decades

    图  7  气候要素采用近10年平均 (a) 和近5年平均 (b) 产量偏差年代际分布特征

    Fig. 7  Yield bias among different decades using synthetic weather data from latest 10-year mean (a) and 5-year mean (b)

    图  8  95%置信水平下不同起报时间产量预报能力后期气象资料采用近10年平均 (a) 及近5年平均 (b)

    Fig. 8  Predictability of yield at different forecast day at 95% confidence level using synthetic weather data from latest 10-year mean (a) and 5-year mean (b)

    图  9  不同起报时间相似类比获取的气候要素与实际气候要素的偏差

    Fig. 9  Bias between observed climate variables and those generated by the historical analogue approach at different forecast day

    表  1  起报日至成熟期气象资料处理方案

    Table  1  Methodology for generating weather data from the initial forecast day to maturity

    处理方案 基准值
    近30年平均 近10年平均 近5年平均 气候预测
    平均值处理 Mean30 Meanb10 Meanb5
    历史相似类比 Ana30 Anab10 Anab5 Anab0
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    表  2  不同处理方案的可预报性及误差分布

    Table  2  Predictability and error distribution of different methodology

    气象资料
    处理方案
    不同起报时间 (移栽后日数/d) 可预报性 误差分布特征
    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 平均相对
    偏差/%
    偏度
    系数
    年际趋
    势/%
    Mean30 0.55 0.55 0.55 0.56 0.59 0.60 0.63 0.67 0.74 0.79 0.88 0.99 3.53 0.86 0.26
    Meanb10 0.46 0.46 0.46 0.48 0.51 0.53 0.56 0.60 0.69 0.74 0.87 0.99 4.01 0.63 0.08
    Meanb5 0.51 0.51 0.52 0.53 0.57 0.57 0.60 0.64 0.72 0.75 0.86 0.98 3.70 0.53 0.05
    Anam30 0.54 0.54 0.54 0.55 0.59 0.58 0.63 0.67 0.71 0.74 0.82 0.94 3.63 0.54 0.27
    Anab10 0.56 0.58 0.56 0.57 0.60 0.60 0.61 0.67 0.71 0.73 0.82 0.94 3.56 0.45 0.07
    Anab5 0.59 0.59 0.59 0.61 0.62 0.63 0.64 0.67 0.72 0.74 0.83 0.94 3.44 0.32 0.04
    Anab0 0.77 0.79 0.81 0.81 0.83 0.83 0.86 0.87 0.87 0.89 0.92 0.97 2.28 0.20 0.03
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-23
  • 修回日期:  2016-05-30
  • 刊出日期:  2016-07-31

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