大学生创新创业训练计划项目结项报告书.docx

大学生创新创业训练计划项目结项报告书（2021年度）项目名称：基于SEBAL模型的典型芒果经济林实际蒸散量反演项目类别： 口创新计划。创业训练 创业实践项目级别： 口国家级 ）自治区级 口校级申请单位：地理与海洋研究院项目负责人：廖文灿指导教师：闫妍填报日期：2022年5月1日南宁师范大学创新创业学院制一、项目简表项目名称基于SEBAL模型的典型芒果经济林实际蒸散量反演计划起止年月2020年 5月至 2022年6月实际完成时间2022 年5月负责人姓名廖文灿性别男出生年月2000年3月所在学院 专业班级地理科学与规划学院 地理信息科学19地信2班学号姓名性别学号所在学院/专业班级联系方式贾皓仪女地理科学与规划学院 19地信2班周周女地理科学与规划学院 19城规班温靖宇女地理科学与规划学院 19城规班第一指导 教师姓名IW职称副研究 员单位地理与海洋研究院电子信箱联系电话第二指导 教师姓名职称单位电子信箱联系电话电子信箱项目组实际参加人员姓名联系电话（一）项目计划达到的目标（成果）本项目拟采用1998年Bastiaanssen等基于单层模型开发的陆面能量平衡算法 SEBAL（Surface Energy Balance Algorithm for Land）,利用 Landsat8 遥感影像对地面参数 包括地面反照率、比辐射率、地面温度、NDVI进行反演计算。接着利用这些参数计算瞬间净 辐射和土壤热通量，通过多次校正，确定最后感热通量。最后通过地表能量平衡公式计算瞬 间蒸散量。基于SEBAL模型，结合气象站点的观测数据，反演百育镇影像拍摄时刻的瞬时 蒸散量，并与站点观测实际蒸散量进行对比分析。由于SEBAL模型结构简单，仅用遥感数据以及少量的气象数据就能计算出感热通量， 进而计算出蒸散量，而且还拥有较高的准确度，对于计算芒果经济林蒸散量是可行的。并且, 由于该模型能准确测定和获取区域蒸散量，因此对提高农业水资源利用效率和水资源管理具 有十分重要的现实意义。由于芒果生产总体规模小，标准化程度较低，很多技术都比较落后 （朱杰2019；大数据看百色芒果发展2020） o且近年来随着全球气候变暖导致干旱极 端事件频发，以及城镇化发展农业用水占淡水比例下降（魏强2017） o如何对水资源可持续 利用已成为了果农、政府关注的热点问题之一。本项目运用SEBAL模型对芒果经济林做实 际蒸散量分析，为其节水灌溉、提高水分生产力（单位水资源获得的产量或产值）提供科学 依据。具有实效性，针对性等特点。然后我们根据蒸散量估计不同生长阶段的作物的需水量, 与实际灌溉用水量对比，揭示作物的用水效率，为加强管理方的水分高效利用提供指导。这 对于科学灌溉，节约用水具有重要意义（二）项目实际达到的目标（成果）以广西百色市百育镇为研究区，参考蒋丽.基于SEBAL模型的广西百色市典型芒果经济林 地区的蒸散量反演研究一一以百育镇为例.南宁师范大学.2020,研究区各项地表参数反演 结果：NDVI结果范围是-0.730935到0.749941,均值为0.39：地标比辐射率的结果是 0.449012至U 0.995475,均值为0.96；地表反照率的范围是0.到0.774046,均值为0.17； 地表温度的取值在301.5654K至U 319.6466K之间，均值为309.35K。SEBAL模型各参数反 演结果：净辐射通量结果为430.07W/nf到968.81W/nf,平均值为830.11 W/肝；土壤热通量 结果范围为36.80W/m倒452.16W/nf,平均值为122.93W/nf；显热通量结果范围为OW/nf 到1013.55W/nf,平均值为373.50W/nf；潜热通量结果范围为OW/nf到836.54W/nf,平均 值为333.34W/HV；卫星过境时刻的瞬时蒸散量结果范围为Omm/h到1.24035mm/h,平均值 为0.49512mm/h。利用监测站的实测数据进行精度验证，误差为5.59%,表现良好，所得出 的蒸散发量也在合理范围内，表明SEBAL模型对于百育镇芒果林的蒸散发量反演具有较好 的适应性。分析百育镇蒸散发量在空间上的分布特征，发现该区域蒸散发量较大的区域为植 被覆盖度高或水体区域，地表温度较高的地方蒸散发量较低，基本符合地表各特征参数的分 布特征。二、项目总结报告(一)总结报告(含项目研究思路、主要内容、主要特色和创新点、项目成果应用情况或 应用前景、对今后工作的意见和建议等，约3()00字左右)研究思路：广西百色市田阳县是"中国芒果之乡”，为中国三大芒果生产基地之一。主要生产 区集中在北回归线上的右江河谷地带，是全国著名的干热河谷之一，虽然光照充足，热量丰 富1,但是存在高温天气，有干旱情况，季节性缺水情况严重2。作为广西特色产业和千亿 元产业，芒果经济林的种植和生产是区域经济和社会发展的重要支撑。近年，由于气候干热、 降雨时空分布不均匀，造成某些时段内蒸发量大于降雨量、水分收入小于支出的水分收支不 平衡现象，水分损耗过度，出现气象干旱3,威胁芒果果实发育。然而旱季正是芒果果实生长发育的时期，因此，在有限的水分条件下，要保证芒果经济林实 现水资源的高效和可持续利用，则需要定量估测连片芒果经济林不同生长阶段的蒸散量状况, 明确其在不同生长阶段的作物需水量及灌溉用水量，从而实现有效利用水资源、提高作物产 量并实现水资源合理调配。蒸散量(Evapotranspiration,ET)即是灌溉工程中的作物需水量，它 联系了自然界中的农业生态系统能量与水循环过程，是农业水资源管理的关键环节。本研究以广西田阳县芒果经济林为研究对象，查找文献资料，了解芒果经济林的区域分布。 再通过遥感影像和地面观测数据，利用SEBAL模型对芒果经济林的蒸散量 (Ev叩transpiration, ET)进行反演。并根据蒸散量估计不同生长阶段的作物的需水量，与实 际灌溉用水量对比，揭示作物的用水效率，为加强管理方的水分高效利用提供指导。对于科 学灌溉，节约用水具有重要意义。研究内容：通过遥感、查找文献方式提取芒果经济林作物信息,；2.本项目拟采用1998年 Bastiaanssen等基于单层模型开发的陆面能量平衡算法SEBAL(Surfacc Energy Balance Algorithm for Land),利用遥感数据对地面参数包括地面反照率、比辐射率、地面温度、NDVI 进行反演计算。接着利用这些参数计算瞬间净辐射和土壤热通量，通过多次校正，确定最后 感热通量。最后通过地表能量平衡公式计算瞬间蒸散量；3.通过实地考察、查找分析数据估 计作物实际灌溉用水量。主要特色：由于芒果生产总体规模小，标准化程度较低，很多技术都比较落后(朱杰2019； 大数据看百色芒果发展2020)o且近年来随着全球气候变暖导致干旱极端事件频发，以 及城镇化发展农业用水占淡水比例下降。如何对水资源可持续利用已成为了果农、政府关注的热点问题之一。本项目运用SEBAL模型对芒果经济林做实际蒸散量分析，为其节水灌溉、 提高水分生产力（单位水资源获得的产量或产值）提供科学依据。具有实效性，针对性等特 点。项目成果：以广西百色市百育镇为研究区，参考蒋丽.基于SEBAL模型的广西百色市典型 芒果经济林地区的蒸散量反演研究一一以百育镇为例.南宁师范大学.2020,研究区各项地表 参数反演结果：NDVI结果范围是-0.730935至U （）.749941,均值为0.39；地标比辐射率的结果 是0.449012至IJ 0.995475,均值为0.96；地表反照率的范围是0.到0.774046,均值为0.17；地 表温度的取值在301.5654K到319.6466K之间，均值为309.35K。SEBAL模型各参数反演结 果：净辐射通量结果为430.07W/nT到968.81W/m）平均值为830.11 W/肝；土壤热通量结果范 围为36.80W/nV到452.16W/m2,平均值为122.93W/m2；显热通量结果范围为OW/nf到 1013.55W/m2,平均值为373.50W/nf；潜热通量结果范围为（）W/m?到836.54W/nf,平均值为 333.34W/m2；卫星过境时刻的瞬时蒸散量结果范围为Omm/h到1.24035mm/h,平均值为 0.49512mm/ho利用监测站的实测数据进行精度验证，误差为5.59%,表现良好，所得出的蒸 散发量也在合理范围内，表明SEBAL模型对于百育镇芒果林的蒸散发量反演具有较好的适 应性。分析百育镇蒸散发量在空间上的分布特征，发现该区域蒸散发量较大的区域为植被覆 盖度高或水体区域，地表温度较高的地方蒸散发量较低，基本符合地表各特征参数的分布特 征。应用情况：资源的稀缺会对社会生产生活造成较大的影响，高效利用水资源对各方面都有重 要意义，蒸散发量的研究一直是学者们不断深入探讨的，其中各种经济作物的蒸散发量是研 究的热点，已经提出了很多种关于经济作物蒸散发量的估算模型，但关于芒果经济林的蒸散 发量估算研究还不是很多，特别是广西百色地区的研究，还很稀缺。本研究内容是利用SEBAL 模型反演芒果经济林蒸散发量，为今后的的水资源管理和利用提供科学参考。意见和建议：本研究中，与实测数据进行验证时误差较大，可能的原因在误差分析时已详细 列举，以期为后续研究提供参考。本研究内容为典型芒果经济林的蒸散量反演，但却没有将 芒果经济林区分开来，而直接对整个区域进行了反演。虽然说该区域主要经济作物是芒果， 芒果种植面积也达到了相当的规模，但是如果能高精度的将芒果经济林单独划分进行反演， 就能更精确地进行芒果林的蒸散量反演。于SEBAL模型的计算复杂，一步一步按公式计算 可能会造成误差的累积，如果能用编程手段或者建模方式，应该会使操作步骤更加简化，反 演时间会更少，能处理更多影像，从而能分析出更多内容。SEBAL模型物理概念清楚，是当前利用遥感数据反演蒸散信息较好的一种方法，其仅需少量 的气象数据就可实现业务化运行，是对流域ET进行监测的有效手段。但该模型也有一些不 足:如许多参数都采用简化的经验公式进行估算其区域可行性与计算精度需要进一步的检验: 在感热通量的计算中对“热点”与“冷点”的选择比较人为化有些情况不易选择对计算结果 存在较大影响:对大气辐射的校正过于简单等。这些需要在以后的研究中逐步改进。（二）参与大学生创新创业训练计划项目心得体会从2020年5月份开始，我们小组四个人开始了大学生创新创业训练计划项目：基于SEBAL 模型的典型芒果经济林实际蒸散量反演，指导老师是我校的闫妍老师。到现在，已经过去了 将近两年的时间，我们从刚开始的一无所知和一筹莫展，到后来的目标明确，方案清晰，渐 入佳境，这其中在我们身上发生了很多事情，也收获了很多。回想过去参加研究项目的过程, 从开始的寻找课题到申请立项撰写项目申请书，到查阅相关参考文献，确定实验项目、实施 方案和寻找创新点；并制定详细的研究方案和步骤；对项目进行相关调查和研究；到最后确 定项目的可行性，一步步走来，这其中的感受只有经历过的人才懂，其中的经验和成长也只 有经历过的人才会分享和拥有。这是一次难得的经历，一次让我们得到锻炼和成长的经历。 转眼到了项目结题的阶段，回顾这一路以来的努力和收获，现将我们的心得体会分享如下：在研究方面，最深的体会就是要善于勤于思考，主动动手动脑。创新创业训练项目不是 基础课上做过实验，只要按着老师讲的步骤做就行了。做的课题对于我们中非地信专业的同 学来说，可能是一个没有接触过的新领域。在这个过程中需要自己去找文献查资料，去弄明 白实验的原理，然后确定要创新的方向，按照这个方向一点点努力，所以每一步都需要独立 思考。其中会遇到很多困难，这个时候除了寻找帮助，最重要的还是自己思考。最开始的时 候，我们很急于求成，所以一开始就凭着自己的想法和理解规划框架，结果前面两个星期一 事无成，把自己的理解跟老师交流后，才知道已经偏离了正确道路，没有一点可行性。后来 我们听取老师的指导和建议，戒骄戒躁，一点点、一步一步地来，先查阅文献资料，弄明白 其中原理，再勤于思考，在文献资料中获得有用的信息，得到启发，然后再运用到自己研究 的项目中，一定要学会借鉴。在知识的思考与学习方面，我们认识到光靠学习书本知识是不够的，真正要动手做一个 产品它需要各个方面的知识，而且实验和理论值有差距的，在实验中我们会发现很多理论的 知识与实际得到的结果是存在偏差的，必须要靠经验以及不断的摸索去解决。比如：实验中 没有将芒果经济林区分开来，而直接对整个区域进行了反演虽然说该区域主要经济作物是芒 果，芒果种植面积也达到了相当的规模，但是如果能高精度的将芒果经济林单独划分进行反 演，就能更精确地进行芒果林的蒸散量反演；且显热通量计算中需要选取“冷热”像元，本 实验中是人为选取，主观性较强，也会造成一定误差。这些不足之处也都是在做过实验后才 体会出的理论与实际的差距。在创新方面，创新点可以从很多方面着手，不一定要很高深很前沿的东西，只要不是照 搬别人的东西在自己力所能及的范围内就好。有时候，闭门造车会导致思维出现“停滞不前” 的现象，这时候不要着急也不要想着放弃，要试着与小组成员和导师交流，发散思维多方位 思考，集思广益、大胆猜想，这时候就会有一种“柳暗花明又一村”的感觉。其实这段时间对这个项目的付出和努力，让我们觉得收获、体会最多的应该是团队合作 方面。一个人不管怎样都是需要团队协作才能把事情做得漂亮，也许一个人也能完成，但是 可能要花上十倍百倍的时间，而且完成的可能也没有那么漂亮。“众人拾柴火焰高”这句话是 有道理的。团队合作中需要我们成员间的不断磨合，学会倾听大家的意见和分享你的看法， 尊重每一个组员的想法、意见与建议，开心地交流合作。一开始，我们组的四个人的合作也 并不默契，由于大二专业分流，有成员的专业方向与实验的侧重点出现了偏差，我们之间就 缺少了交流的机会，每个人都有自己的想法，但是都放在了心里，没有及时地说出来，这就 导致实验的总体进度有些停滞不前。直到一段时间后，我们开会讨论交流才发现我们前段时 间都在各忙各的，都没有办法交流到一起，整个项目也是进展缓慢。这时我们才意识到我们 的团队合作，人员分配方面出了问题。所以我们及时调整，做到及时交流，每一个人有想法 都可以及时的提出来我们大家一起讨论交流，这样做之后，真的事半功倍，并且在做项目的 过程中也感到很开心很快乐。在项目研究过程中，我们深深感受到团队合作的重要性和必要性，同时也学到了很多东 西，在一定程度上提高了自己的学习和创新能力。很感谢这个项目给我们锻炼与成长的机会， 同时也要感谢闫妍老师一路以来的陪伴与悉心的指导。三、项目成果目录（一）项目成果形式及数量1.研究论文（）份；2.0调查报告（1）份；3.软著（）份；4. 设计实物（）份；5. 硬件研制（）份；6. 获得专利（）份；7.图册（）份；8. 获奖 （）份9. 策划书（）份10. 其他 （）件，名称：（二）诚信承诺我承诺在大学生创新实验计划项目实施过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人 项目成果中除特别注明和引用外，均为本人成果，不存在剽窃、抄袭他人成果，伪造、篡改 实验数据等违规行为。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。项目负责人（签名）：廖文灿2022年5月1日四、项目经费使用情况资助经费总额（元）6000实际使用经费（元）0经费结余（元）6000经费开支情况一览表序号支出科目金额（元）主要用途合计五、结项意见指导教师 意见项目己完成规定内容.取得研究数据.得出相应的研究结论,同意结项。指导教肺（签名力闫妍2022年5月12日专家组 意 见是否同意结项：回同意 口不同意项目评定结果：口优回良 口中 差评审意见：完成项目研究内容达到结题要求,实现项目目的,一致同意通过。刊史向专家组组长（签名）：.£专家组成员（签名）：书处 商真彳心如今'2022年5月13日所在学院 意见（a 兔n、负贡人（签名），屣1与麟瞅（1/2022年5月13日创新创业学院 意见单位（趣章）年 月 日备注