Opracowanie modeli wzrostu i rozwoju zbóż w Polsce z zastosowaniem danych pozyskiwanych za pomocą teledetekcji

Grant Nr 5 T12E 026 23

Kierownik projektu: prof. dr hab. Katarzyna Dąbrowska - Zielińska

Czas trwania: 22.11.2002 - 21.11. 2005

Celem projektu było zbudowanie modeli wzrostu i rozwoju roślin do prognozowania plonu zbóż, wykorzystujących dane satelitarne rejestrowane codziennie z pokładu satelitów NOAA i obejmujące powierzchnię całego kraju. W pierwszej kolejności zastosowano model rekurencyjny PROBE obliczający wartości LAI, a następnie wielkość plonów na podstawie danych meteorologicznych. Następnie obliczono wartości LAI ze statystycznej zależności pomiędzy wskaźnikiem LAI a wyprowadzonymi ze zdjęć satelitarnych i pomiarów naziemnych wskaźnikami glebowo-roślinnymi. W trzeciej kolejności wprowadzono obliczone wartości LAI do modelu PROBE, w celu poprawienia dokładności wyników uzyskanych pierwotnie. Następnie przekształcono model PROBE w taki sposób, aby dane potrzebne do jego działania pochodziły z danych satelitarnych i meteorologicznych.

Model ten nazwany PLONSAT opisuje procesy zachodzące na wielkich obszarach rolniczych. Badania zostały skoncentrowane na obszarze zlokalizowanym w Wielkopolsce, na którym przeprowadzono wiele eksperymentów teledetekcyjnych. W trakcie badań terenowych wykonane zostały pomiary wybranych parametrów charakteryzujących wzrost i rozwój roślin oraz warunki wilgotnościowe gleby, jak również parametrów, które odpowiadają wielkościom rejestrowanym z poziomu satelitarnego (temperatura radiacyjna roślin, odbicie spektralne), oraz niektórych parametrów meteorologicznych. Wykonano także kartowanie struktury upraw oraz notowano aktualną fazę rozwojową roślin i ich kondycję.

Zdjęcia NOAA, odbierane przez stację satelitarną znajdującą się w IGiK, zostały poddane korekcji atmosferycznej z wykorzystaniem programu modelującego atmosferę 6S. Zdjęcia satelitarne ENVISAT MERIS, zakupione w ESA w ramach projektu CAT-1 1427, zostały wykorzystane do wykonania klasyfikacji upraw rolnych. Dzięki temu była możliwa lokalizacja i wybór tych pikseli ze zdjęć satelitarnych NOAA, w których przeważają uprawy zbożowe. Z danych NOAA zostały wyprowadzone wskaźniki takie jak roślinny NDVI i wilgotności H/LE. Na podstawie tych wskaźników został zbudowany model szacowania APAR i LAI. Następnie wyprowadzono algorytm szacowania plonów zbóż ze wskaźnika LAI otrzymywanego dla fazy rozwojowej charakteryzującej się maksymalną biomasą. Do modelu PLONSAT wprowadzono wartości LAI oraz wartości dobowej ewapotranspiracji obliczone dla każdego zobrazowania NOAA. W wyniku działania modelu otrzymano dobowe wartości APAR, LAI, ewapotranspiracji, a następnie został obliczony plon zbóż dla wybranych województw.

Nowa metoda szacowania produkcji zbóż na podstawie danych otrzymywanych z opracowanych modeli wzrostu i rozwoju roślin będzie dostarczać informacji jeszcze przed żniwami, co pozwoli zainteresowanym jednostkom gospodarczym na podjęcie odpowiednich decyzji ekonomicznych. Dane te mogą być wykorzystywane do właściwego zarządzania dużymi obszarami rolniczymi w Polsce zgodnie z polityką Unii Europejskiej.


Klasyfikacja upraw rolnych na podstawie zdjęcia ASTER z dnia 05.05.2003 w oparciu o kanały 2 3 4 5 7	Klasyfikacja upraw rolnych na podstawie zdjęcia MERIS z dnia 04.05.2003 r.

Ewapotranspiracja dobowa w woj. lubuskim i wielkopolskim w 2003 r	Wartość LAI w woj. lubuskim i wielkopolskim w 2003 r.

Symulacja LAI i ET za pomocą modelu PROBE