DSSAT作物模型高阶实战：基于Python的批量模拟、参数优化与算法改进全解析

随着数字农业和智慧农业的发展基于过程的作物生长模型Process-based Crop Growth Simulation Model在模拟作物对气候变化的响应与适应、农田管理优化、作物品种和株型筛选、农业碳中和、农田固碳减排等领域扮演着越来越重要的作用。Decision Support Systems for Agrotechnology Transfer (简称DSSAT)模型是世界知名的作物生长模拟模型之一。现有版本V4.7能模拟27种主要农作物的生长发育和产量形成过程被广泛应用于精细农业、水肥管理、气候变化、粮食安全、土壤碳周转、环境影响、农业可持续性、农业生态等诸多与农业生产和科研有关的领域。DSSAT模型内核算法是基于Fortran语言开发的软件界面是基于C进行开发。了解和熟悉DSSAT模型的关键算法和软件的操作是学习DSSAT模型的基础。此外想要成为一名优秀的作物模型使用者与科研团队不可或缺的人才除了掌握对作物模型相关知识之外还要掌握模型的快速模拟和高效数据分析能力。Python是一门应用场景广泛、简单易学的程序语言在DSSAT模型的气候、土壤、管理措施等数据准备自动化模拟和结果分析上都发挥着重要的作用。第一部分将从DSSAT模型算法和模型软件两个方面熟悉掌握DSSAT模型的使用。进阶内容为如何利用Python程序语言来快速使用DSSAT模型让大家不需要使用界面操作就可以快速批量运行DSSAT模型方便各个领域可以更好地交叉融合、扩展应用。第一部分DSSAT模型建模实践技术应用内容专题一 DSSAT模型与高级应用1.作物生长模型的概念2.作物生长模型的发展现状3.DSSAT模型的开发历程4.DSSAT模型的模块及模拟流程5.作物生长模型的前沿应用作物生长模型的算法改进作物生长模型站点尺度和栅格尺度的模拟作物生长模型与机器学习的集成作物生长模型与遥感、表型数据的同化专题二 DSSAT模型安装与编译1 DSSAT模型操作1)DSSAT的安装2)DSSAT模型操作界面2 DSSAT模型源码操作与编译1DSSAT模型源码安装2DSSAT源码的介绍与修改3DSSAT源码的编译专题三 DSSAT气象文件准备DSSAT自带的气象数据的准备1DSSAT气象文件的介绍2日照转辐射算法3DSSAT气象文件转化专题四 DSSAT模型的物候发育模块DSSAT生育期算法1DSSAT模型的生育期尺度2DSSAT模型的积温计算3DSSAT模型的生育期算法4DSSAT模型的生育期影响因子及算法专题五 DSSAT土壤文件准备1 DSSAT模型的土壤输入参数2 DSSAT模型土壤参数在数据缺失情况下的近似估算3 DSSAT模型土壤输入文件准备专题六 DSSAT土壤水-碳-氮模块1 DSSAT模型的土壤模块2 DSSAT模型土壤水分模块的主要算法3 DSSAT模型土壤养分动态过程模拟及N2O排放的模拟1氮素的矿化和固定过程2氮素的硝化作用与反硝化作用3土壤N2O的模拟4土壤磷动态与模拟4 DSSAT模型土壤碳库模型及土壤有机碳SOC的模拟1土壤碳库模型的发展历程2土壤碳的周转模型3土壤CO2排放和土壤有机碳的模拟专题七 DSSAT管理文件准备1 DSSAT模型的农田管理措施的准备1DSSAT模型播期和播种密度设置2DSSAT模型施肥设置化肥有机肥3DSSAT模型的灌溉设置4DSSAT模型秸秆还田设置2 DSSAT模型的作物生长模拟1光温潜在产量的模拟2不同管理措施下作物生长的模拟专题八 DSSAT作物生长模拟算法1 DSSAT模型光合生产和物质分配算法2 DSSAT模型产量形成算法3 DSSAT模型养分吸收、分配和养分效应算法4 DSSAT水分效应算法专题九 DSSAT作物参数设置和优化1 DSSAT模型的主要遗传参数包括物种参数、生态型参数、品种参数2 DSSAT软件自带的参数优化方法3 DSSAT软件自带的参数敏感性分析方法专题十 DSSAT模型结果分析与模型评价1 对DSSAT模拟的模拟结果进行分析2 对模拟结果的进行模型评价3 对模型的结果进行做图专题十一 更多案例模拟与疑难解答1 不同作物、不同情景的模拟2 实例回顾、训练、巩固3 答疑与讨论大家提前把问题整理好第二部分进阶基于Python语言快速批量运行DSSAT模型及交叉融合、扩展应用技术专题一 Python语言与数据科学1 Python语言与数据科学1)python语言发展脉络2)Python语言在作物模型中的应用2 1 Python软件安装及入门1)Anaconda软件安装2)Python库的安装与基本语法3)Python的字符操作与正则表达式4)Python的数据清洗与存储5)各种数据格式的读写及操作专题二 Python准备DSSAT气象文件1 Python操作和准备气象文件1DSSAT气象文件的编写分析2使用Python编写DSSAT气象文件3日照转辐射算法的编写4DSSAT气象文件的批量转化专题三 Python准备DSSAT土壤文件1 DSSAT模型的土壤模块及土壤输入参数2 使用Python近似估算土壤输入参数3 使用Pyhon语言操作和准备土壤输入文件4 使用Python快速批量生产土壤文件5 使用Python调用全球土壤数据库的数据并转化成DSSAT土壤文件专题四 Python准备DSSAT管理文件1 使用Python对农田管理措施播期、密度、施肥、灌溉、有机肥、秸秆还田等进行设置2 使用Python进行管理文件批量准备只需要填写excel就能批量模拟专题五 Python准备DSSAT参数文件及批量模拟文件1 DSSAT模型的主要遗传参数包括物种参数、生态型参数、品种参数2 主要的参数优化方法3 使用Python语言进行参数文件准备4 使用Python语言对批量模拟文件的编写专题六 Python对模拟结果进行数据清洗、整理1 使用Python读取DSSAT文件的模拟结果2 对模拟结果进行数据清洗、分类和整理专题七 Python对模拟结果进行数据分析及绘图1 使用Python对模拟结果进行分析2 使用Python计算模拟结果的MSE、RMSE、MAE、d-value、EF值3 使用Python对模拟结果进行可视化模拟结果的动态图和11图等