基于R语言APSIM模型进阶应用与参数优化、批量模拟实践技术

APSIM (Agricultural Production Systems sIMulator)模型是世界知名的作物生长模拟模型之一。APSIM模型有Classic和Next Generation两个系列模型,能模拟几十种农作物、牧草和树木的土壤-植物-大气过程,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。

APSIM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,组件式驱动,各个模块可以自由组合。了解和熟悉APSIM模型的关键算法和软件的操作是学习APSIM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。R语言是一门应用场景广泛、简单易学的程序语言,APSIM模型开发了许多R语言辅助包,在APSIM模型的气候、土壤、管理措施等数据准备,自动化模拟,参数优化和结果分析上都发挥着重要的作用。

【内容简介】:

专题一、****R语言APSIM模型高级应用及批量模拟技术****

  1. 作物生长模型的概念
  2. 作物生长模型的发展现状
  3. APSIM模型的开发历程
  4. APSIM模型的模块及模拟流程
  5. APSIM模型操作

APSIM的安装

APSIM模型操作界面讲解

R语言编程与数据清洗(数据筛选、合并、切片、重复值、缺失值处理)

****专题二、APSIM气象文件准备与R语言融合应用

APSIM自带的气象数据的准备

  1. APSIM气象文件.met的介绍
  2. 日照转辐射算法
  3. APSIM气象文件转化
  4. APSIM模型陆气交换和能量平衡过程

案例一:使用R语言进行气象文件的生成

案例二:使用R语言将气象共享网数据/NC等数据批量生产APSIM气象文件

案例三:使用R语言批量修改气象文件及调用APSIM文件

专题三、APSIM模型的物候发育和光合生产模块

APSIM物候发育和光合生产

  1. APSIM模型的生育期尺度
  2. APSIM模型的积温计算
  3. APSIM模型的生育期算法
  4. APSIM模型的生育期影响因子及算法
  5. APSIM模型光合生产算法

案例一:使用APSIM classic 和NG版本模拟生育期和生物量

****专题四、APSIM物质分配与产量模拟

1 APSIM模型的物质分配算法

2 APSIM模型产量模拟模块

  1. APSIM模型的穗粒数模拟
  2. APSIM模型的产量模拟
  3. APSIM模型的产量相关参数

案例一:作物潜在生物量和潜在产量的模拟

案例二:不同品种参数下作物产量的模拟

专题五、APSIM土壤水平衡模块

APSIM模型的土壤水分平衡算法

  1. 土壤水蒸散和植物蒸腾算法
  2. 土壤水径流和排水算法
  3. 土壤水力参数的测试

案例一:APSIM模型输入参数和土壤文件的制备

案例二:APSIM模型土壤参数在数据缺失情况下的近似估算

案例三:使用R语言批量修改APSIM模型土壤参数

案例四:APSIM模型模拟土壤水分动态

专题六、APSIM土壤碳、氮平衡模块

APSIM模型土壤养分动态过程模拟及温室气体排放的模拟

  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

案例一:APSIM模型N2O排放模拟

案例二:APSIM模型模拟土壤No3和NH4的动态变化

专题七、APSIM土壤碳、氮平衡模块

APSIM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. 土壤有机碳的模拟

案例一:APSIM模型土壤碳库模型参数率定

案例二:APSIM模型模拟秸秆还田对土壤碳库变化的影响

专题八、APSIM农田管理模块与情景模拟

APSIM模型的农田管理措施的准备

  1. APSIM模型播期和播种密度设置
  2. APSIM模型施肥设置(化肥+有机肥)
  3. APSIM模型的灌溉设置
  4. APSIM模型秸秆还田设置
  5. APSIM模型多年模拟和轮作模拟

案例一:APSIM模型模拟气候变化对作物生长的影响

案例二:APSIM模型模拟多年轮作下土壤有机碳和温室气体排放的影响

案例三:APSIM模型模拟作物单做、连作和轮作

案例四:APSIM模型模拟玉米大豆复合种植(间作)

案例五:使用R语言对APSIM管理文件进行批量修改及批量运行

专题九、APSIM模型Next Generation(NG)版本

APSIM模型Next Generation(NG)版本异同

  1. APSIM模型NG版本与Classic版本的区别
  2. APSIM模型NG版本Clock模块、气象土壤模块、Factors模型、品种模块
  3. APSIM模型NG版本管理模型设置

案例一:APSIM模型NG版本设置多种管理情景组合

案例二:APSIM模型NG版本复现Classic版本的案例

专题十、 APSIM模型参数优化和结果分析与模型评价

APSIM模型的参数优化

  1. APSIM模型的主要遗传参数
  2. APSIM模型的参数优化方法

案例一:使用频率派和贝叶斯派(MCMC)等多种方法对APSIM模型Classic和NG版本进行参数优化

案例二:使用R语言批量读取模拟结果以及对APSIM模型进行评价

案例三:使用R语言对模拟结果进行可视化(模拟结果的动态图和1:1图等)

专题十一、 APSIM模型源代码解析

APSIM模型源代码解析

  1. APSIM模型源代码的结构解析
  2. APSIM模型源代码编译

案例一:更改APSIM模型源代码参数进行编译

案例二:运用编译源代码后的模型进行模拟

专题十二、 更多案例模拟与疑难解答

  1. 实例回顾、训练、巩固
  2. 答疑与讨论(大家提前把问题整理好)
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