基于APSIM模型旱地小麦叶面积指数相关参数的优化

摘要

[目的]模型的有效应用依赖于参数的快速、准确估算.本研究拟解决作物生长模型参数本土化率定过程中运算量大、耗时长、精度低、效率低的问题.[方法]依据甘肃省定西市安定区2个试验点(李家堡镇麻子川村和凤翔镇安家沟村),多年(2002—2005年和2015—2017年)大田试验数据以及定西市安定区1971—2017年气象资料,利用混合蛙跳算法智能的迭代搜索原理,对APSIM模型旱地小麦叶面积指数相关参数进行了优化,并采用相关性分析方法对模型校正结果进行检验.[结果]利用青蛙群体即相对独立又合作协调的子群内局部深度搜索与子群间全局信息交流生物进化学习策略,有效提高了运算的速度,实现了对APSIM模型中与旱地小麦叶面积指数相关参数的快速、准确估算.相关参数主要包括:主茎上节出现所需的热时间间隔、小麦出苗后初始化的节数、小麦出苗后初始化的叶片数、小麦出苗后初始化的叶面积指数、某日正在生长的节数和最大比叶面积.分别使用穷举试错法所得参数值和混合蛙跳算法所得参数值模拟叶面积指数,参数优化后,叶面积指数模拟值和实测值之间的RMSE(root mean square error)平均值由0.069降低到0.027,NRMSE(normalized root mean square error)平均值由8.09％降低到4.56％,ME(model effective index)平均值由0.979提高到0.993.[结论]相对于参数率定常用穷举试错法,混合蛙跳算法具有自发学习特征的智能迭代行为,实现了参数的自动率定,提高了效率.基于该算法进行APSIM模型旱地小麦叶面积指数相关参数的优化,使得模型对叶面积指数的模拟精度显著提高,证明该算法的使用对作物生理生态系统复杂模型的校正效果良好,为改善模型参数率定过程存在的运算量大、耗时长、精度低、效率低的缺点提供了一种行之有效的方法.