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申请/专利权人：中国水利水电科学研究院

摘要：本发明公开了一种基于天气预报与表型信息监测的灌溉制度优化系统，考虑了1～90d中任意预报周期参照作物需水量预报模型，且各预报模型参数以分布式校验参数为主，可为任意预报周期下规模化参照作物需水量预报提供技术支持。本发明中灌溉制度优化状态量中涉及了区域水分亏缺图分析模块如土壤墒情、土壤盐渍化与氮营养指数等高通量表型监测数据，充分考虑了区域尺度上水‑盐‑肥等时空变异影响，确保规模化模拟初始状态量准确可靠，为规模化农业用水优化管理提供了技术方法与数据支撑。

主权项：1.一种基于天气预报与表型信息监测的灌溉制度优化系统，其特征在于，包括依次通信连接的数据采集模块、参照作物需水量预报模块、区域水分亏缺图谱动态分析模块、实时动态灌溉制度优化模块、灌溉需水量计算模块和灌溉预报查询发布模块；所述数据采集模块用于采集指定灌溉分区灌溉制度动态优化的基础数据，所述基础数据包括天气预报数据和高通量表型监测数据；所述参照作物需水量预报模块用于根据数据采集模块采集的基础数据计算指定灌溉分区任意站点不同预报周期的参照作物需水量预报值；所述区域水分亏缺图谱动态分析模块用于根据数据采集模块采集的基础数据分析指定灌溉分区某种作物生育时段内基于高通量表型监测信息的水-肥-盐灌溉状态量的时空分布情况，为该作物灌溉制度动态优化各生育期的状态量提供基础数据；所述实时动态灌溉制度优化模块用于在水分亏缺图谱条件下动态优化指定灌溉分区不同预报周期指定作物的灌溉制度方案；所述灌溉需水量计算模块用于计算指定灌溉分区不同预报周期的灌溉需水量；所述灌溉预报查询发布模块用于对指定灌溉分区不同预报周期的灌溉需水量进行查询与发布；所述数据采集模块包括天气预报数据采集及解析单元、高通量表型监测数据采集单元和灌溉水有效利用系数采集单元；所述天气预报数据采集及解析单元用于采集指定灌溉分区内及分区邻近区域1～90d预见期的天气预报数据，并将天气预报数据中的天气类型与风力等级分别解析为日照时数和2m高处风速；所述高通量表型监测数据采集单元用于采集指定灌溉分区涉及水-肥-盐的高通量表型监测数据；所述灌溉水有效利用系数采集单元用于采集指定灌溉分区的灌溉水有效利用系数历史监测数据；所述天气预报数据包括最高气温、最低气温、天气类型、风力等级和降水量，所述日照时数的解析公式为：n＝aN 其中n表示预测日照时数，a表示天气类型系数，N表示理论日照时数，ωs表示日落时相位角；所述2m高处风速的解析公式为： 其中U2表示2m高处风速，Uz表示Zm高处风速，Z表示风速测定高度；所述涉及水-肥-盐的高通量表型监测数据包括各作物的作物分布、灌溉面积、土壤墒情、氮营养指数和土壤盐渍化数据；所述参照作物需水量预报模块计算指定灌溉分区任意站点不同预报周期的参照作物需水量预报值的方法为：S1、在任意站点特定的预报周期下，根据数据采集模块获得的最高气温、最低气温、日照时数和2m高处风速，采用PMF模型、PMT模型、HG模型、MC模型、MK模型和PT模型分别计算指定灌溉分区某气象站点下不同预报周期的参照作物需水量；所述PMF模型计算得到的参照作物需水量ET0,PMF为： Rso＝as+bsRa 其中Δ表示饱和水汽压与气温关系曲线的斜率，Rn表示作物表面净辐射，G表示土壤热通量，γ表示湿度计常数，T表示2m高处日平均气温，es表示饱和水汽压，ea表示实际水汽压，Rs表示太阳短波辐射，Rso表示晴空太阳辐射，Ra表示天顶辐射，Tmax,K表示24h最高绝对温度，Tmin,K表示24h最低绝对温度，as、bs均为短波辐射比例系数，GSC表示太阳辐射常数，dr表示日地相对距离，表示纬度，δ表示太阳磁偏角，Tmax表示2m高处最高气温，Tmin表示2m高处最低气温，RHmean表示平均相对湿度；所述PMT模型计算得到的参照作物需水量ET0,PMT为： 其中KRS表示地区调整系数；所述HG模型计算得到的参照作物需水量ET0,HG为： 其中C、E、Tx均为HG模型的地区校正参数；所述MC模型计算得到的参照作物需水量ET0,MC为：ET0,MC＝K·W1.8T其中K、W均为MC模型的地区校正参数；所述MK模型计算得到的参照作物需水量ET0,MK为： 其中a、b均为MK模型的地区校正参数，λ表示蒸发潜热；所述PT模型计算得到的参照作物需水量ET0,PT为： 其中p、q均为PT模型的地区校正参数；S2、以均方根误差RMSE最小为目标，选择该气象站点在不同预报周期的适宜参照作物需水量预报模型ETopsij：ETopsij＝fPMF,PMT,HG,MC,MK,PTij其中ETopsij表示第j个气象站点在第i个预报周期的适宜参照作物需水量预报模型，f·表示以均方根误差RMSE最小为目标的参照作物需水量预报模型选取函数；S3、根据适宜参照作物需水量预报模型ETopsij计算得到最近一年该气象站点不同预报周期的参照作物需水量预报值；S4、根据最近一年该气象站点不同预报周期的参照作物需水量预报值和参照作物需水量实际值计算动态修正系数 其中表示第m年第j个气象站点在第i个预报周期的动态修正系数，表示第m-1年第j个气象站点在第i个预报周期的参照作物需水量实际平均值，表示第m-1年第j个气象站点在第i个预报周期的参照作物需水量预报平均值；S5、根据动态修正系数对下一年各气象站点不同预报周期的参照作物需水量进行预报： 其中表示第m年第j个气象站点在第i个预报周期的参照作物需水量预报值，表示第m年第j个气象站点在第i个预报周期的适宜参照作物需水量预报模型；所述实时动态灌溉制度优化模块包括水-肥-盐一体化模型构建单元和作物灌溉制度模拟单元；所述水-肥-盐一体化模型构建单元用于构建指定灌溉分区天气预报数据驱动的水-肥-盐一体化模型；所述作物灌溉制度模拟单元用于模拟指定灌溉分区不同预报周期的主要农作物灌溉制度方案；所述作物灌溉制度模拟单元以指定灌溉分区的土壤墒情、氮营养指数和土壤盐渍化数据为状态量，根据各主要农作物生育时段水分敏感性设置土壤水分灌溉下限，并根据灌溉方式确定灌水定额，模拟指定灌溉分区不同预报周期的主要农作物灌溉制度方案；在进行下个预报周期灌溉制度模拟时，上个预报周期时段内数据模拟采用实际气象数据、实际降水量及实际灌溉量，并结合指定灌溉分区的土壤墒情、氮营养指数和土壤盐渍化数据的实际监测值，根据施肥管理与盐渍化控制要求，对模拟计算的灌水定额进行修正。

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