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陕西苹果花期机理性预报模型的适用性评价

邬定荣 霍治国 王培娟 王景红 姜会飞 柏秦凤 杨建莹

邬定荣, 霍治国, 王培娟, 等. 陕西苹果花期机理性预报模型的适用性评价. 应用气象学报, 2019, 30(5): 555-564. DOI: 10.11898/1001-7313.20190504..
引用本文: 邬定荣, 霍治国, 王培娟, 等. 陕西苹果花期机理性预报模型的适用性评价. 应用气象学报, 2019, 30(5): 555-564. DOI: 10.11898/1001-7313.20190504.
Wu Dingrong, Huo Zhiguo, Wang Peijuan, et al. The applicability of mechanism phenology models to simulating apple flowering date in Shaanxi Province. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(5): 555-564. DOI:  10.11898/1001-7313.20190504.
Citation: Wu Dingrong, Huo Zhiguo, Wang Peijuan, et al. The applicability of mechanism phenology models to simulating apple flowering date in Shaanxi Province. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(5): 555-564. DOI:  10.11898/1001-7313.20190504.

陕西苹果花期机理性预报模型的适用性评价

DOI: 10.11898/1001-7313.20190504
资助项目: 

国家重点研究发展计划 2018YFC1505605

中国气象科学研究院科技发展基金 2019KJ008

国家重点研究发展计划 2017YFC1502801

详细信息
    通信作者:

    霍治国, 邮箱:huozg@cma.gov.cn

The Applicability of Mechanism Phenology Models to Simulating Apple Flowering Date in Shaanxi Province

  • 摘要: 以陕西苹果花期为研究对象,针对4个机理性物候模型——顺序模型(SM)、平行模型(PM)、深度休息模型(DRM)和热时模型(TTM),基于各果区代表站的花期数据及同期气象数据订正模型参数,利用内部检验和交叉验证(留一验证)方法,评价模型在模拟花期上的适用性。结果表明:内部检验时各站点的最适模型不同,总体上,SM和TTM均方根误差略低(3.30 d);交叉验证时模型表现相当,各模型平均的均方根误差为4.52 d,略优于内部检验。使用单站外推和求平均后外推将TTM参数应用至果区内其他站,这两种方法的均方根误差均优于国外同类研究(10.0 d),其中单站外推的均方根误差(5.90 d)又高于求平均后外推(7.21 d)。综合考虑模型的复杂性与模拟精度,推荐使用TTM并分果区模拟陕西苹果花期。
  • 图  1  研究区域和观测站分布(苹果分区参照文献[32])

    Fig. 1  The target area and location of sites(regional division of apple planting from Reference [32])

    图  2  4个校正站开花期观测值和内部检验的模拟值

    Fig. 2  Observed flowering date at 4 parameter-calibration sites and values given by 4 models in internal validation

    图  3  4个校正站开花期的观测值与交叉验证的模拟值

    Fig. 3  Observed flowering date at 4 parameter-calibration sites and values given by 4 models in cross validation

    图  4  TTM参数在4个外推站应用的模拟结果

    (a)单站外推,(b)参数求平均值后外推至4个站

    Fig. 4  Simulated flowering date applied by TTM at 4 parameter-validation sites

    (a)based on values of a single site, (b)based on average values of 4 sites

    表  1  各站的观测年份和年数

    Table  1  Years and number of observations at each site

    所属果区 站名 观测年份 观测年数
    关中果区 礼泉 1973—1974,1976,1980,1982—1983,1989,1992,1998,2000—2001,2003—2004,2007—2014 21
    凤翔 2001—2009 9
    渭北西部果区 旬邑 1994—2014 21
    长武 1995—2002 8
    渭北东部果区 白水 2001—2009,2011—2014 13
    铜川 2001—2005,2007—2009 8
    延安果区 洛川 1998—2014 17
    宝塔 2001—2003,2005,2007,2009 6
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    表  2  SM,PM和DRM的参数寻优空间

    Table  2  Parametric optimization spaces of SM, PM and DRM

    参数 最小值 最大值
    Tb/℃ -20 -5
    Topt/℃ 2.0 6.9
    Tmax/℃ 7 11
    Rc 3 20
    a 0.1 3.0
    b 5 15
    c -5 10
    Rf 10 40
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    表  3  4个模型在校正站的内部检验结果

    Table  3  Internal validation results of 4 models at 4 parameter-calibration sites

    站点 统计量 SM PM DRM TTM
    旬邑 均方根误差/d 4.02 4.43 4.75 3.63
    R2 0.438*** 0.446*** 0.402* 0.412**
    洛川 均方根误差/d 2.8 3.48 2.78 3.07
    R2 0.618*** 0.474** 0.611*** 0.536***
    礼泉 均方根误差/d 2.86 4.27 3.17 2.88
    R2 0.834*** 0.698*** 0.802*** 0.836***
    白水 均方根误差/d 3.5 4.63 3.78 3.67
    R2 0.638*** 0.369* 0.556*** 0.531***
    注:*,**和***分别表示达到0.05, 0.01和0.001显著性水平。
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    表  4  4个模型在校正站的交叉验证结果

    Table  4  Cross validation results of 4 models at 4 parameter-calibration sites

    站名 统计量 SM PM DRM TTM
    旬邑 均方根误差/d 5.36 4.75 6.65 6.41
    R2 0.273*** 0.335** 0.247* 0.193*
    洛川 均方根误差/d 4.2 4.09 3.48 3.79
    R2 0.241* 0.259* 0.406** 0.365**
    礼泉 均方根误差/d 3.82 3.73 3.74 3.53
    R2 0.718*** 0.728*** 0.735*** 0.761***
    白水 均方根误差/d 6.34 5.24 4.21 5.19
    R2 0.32* 0.43* 0.48** 0.32*
    注:*,**和***分别表示达到0.05, 0.01和0.001显著性水平。
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    表  5  TTM内部检验时4个校正站的参数取值、热驱动阈值F*和准确率

    Table  5  Parameter values, thermal threshold(F*) and simulation accuracy in internal validation of TTM at 4 parameter-calibration sites

    站点 下限气温/℃ 静止期始期 热驱动阈值F* 内部验证准确率/%
    旬邑 2.5 03-11 206.0 61.9
    洛川 2.0 02-24 317.5 94.1
    礼泉 2.9 02-13 287.7 81.0
    白水 2.7 03-09 218.3 69.2
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    表  6  TTM参数在4个外推站应用时的均方根误差(单位:d)

    Table  6  Root mean square errors of simulated flowering date applied by TTM at 4 parameter-validation sites(unit:d)

    站点 单站外推 求平均后外推
    长武 6.24 9.80
    宝塔 5.08 5.69
    凤翔 5.34 4.51
    铜川 5.34 7.62
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-10
  • 修回日期:  2019-07-24
  • 刊出日期:  2019-09-30

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