农业系统模拟APSIM全流程详解(气象/土壤/碳氮平衡/NG版本)附R批量处理代码

随着数字农业和智慧农业的发展,基于过程的农业生产系统模型在模拟作物对气候变化的响应与适应、优化农田管理、筛选作物品种与株型、评估农田固碳及温室气体排放等方面发挥着日益重要的作用。APSIM(Agricultural Production Systems sIMulator)模型作为国际知名的作物生长模拟模型,包含Classic和Next Generation两个系列,能够模拟数十种作物、牧草及树木的土壤-植物-大气过程,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、农业可持续性及农业生态等领域。该模型内核算法采用Fortran语言开发,界面基于C#构建,采用组件式驱动,各模块可自由组合。掌握APSIM的关键算法与软件操作是学习该模型的基础。此外,要成为优秀的作物模型使用者及科研团队中不可或缺的人才,除了具备模型相关知识外,还需掌握快速模拟与高效数据分析能力。R语言应用广泛、简单易学,APSIM提供了多个R语言辅助包,在气候、土壤、管理措施等数据准备、自动化模拟、参数优化及结果分析方面发挥重要作用。

一、APSIM模型应用与R语言数据清洗

①作物生长模型的概念

②作物生长模型的发展现状

③APSIM模型的开发历程

④APSIM模型的模块及模拟流程

⑤APSIM模型操作:APSIM的安装、APSIM模型操作界面讲解

⑥R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)

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

①APSIM气象文件.met的介绍

②日照转辐射算法

③APSIM气象文件转化

④APSIM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

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

①APSIM模型的生育期尺度

②APSIM模型的积温计算

③APSIM模型的生育期算法

④APSIM模型的生育期影响因子及算法

⑤APSIM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

四、APSIM物质分配与产量模拟

APSIM模型的物质分配算法

APSIM模型产量模拟模块

①APSIM模型的穗粒数模拟

②APSIM模型的产量模拟

③APSIM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

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

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

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

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

①APSIM模型播期和播种密度设置

②APSIM模型施肥设置(化肥+有机肥)

③APSIM模型的灌溉设置

④APSIM模型秸秆还田设置

⑤APSIM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

九、APSIM模型Next Generation(NG)版本

APSIM模型Next Generation(NG)版本异同

①APSIM模型NG版本与Classic版本的区别

②APSIM模型NG版本Clock模块、气象土壤模块、Factors模型、品种模块

③APSIM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

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

①APSIM模型的主要遗传参数

②APSIM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)

十一、APSIM模型源代码解析

APSIM模型源代码解析

①APSIM模型源代码的结构解析

②APSIM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

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