近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）遙感衛(wèi)星應(yīng)用國(guó)家工程研究中心高光譜團(tuán)隊(duì)聯(lián)合新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，在新疆主棉區(qū)生長(zhǎng)季中期棉花產(chǎn)量預(yù)測(cè)方面取得進(jìn)展。

　　棉花廣泛種植于包括我國(guó)在內(nèi)的眾多發(fā)展中國(guó)家，為世界各國(guó)提供大量天然纖維和食用油。棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有助于促進(jìn)聯(lián)合國(guó)2030可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）的實(shí)現(xiàn)，減少極端貧困（SDG1），實(shí)現(xiàn)零饑餓（SDG2）。及時(shí)準(zhǔn)確的棉花產(chǎn)量預(yù)測(cè)對(duì)國(guó)家農(nóng)業(yè)政策的制定起到重要指導(dǎo)作用，在國(guó)際貿(mào)易、人道主義援助、糧食安全等方面的意義重大。

　　為此，研究團(tuán)隊(duì)在“棉花一張圖”工作的基礎(chǔ)上，利用Sentinel-2光學(xué)遙感影像、多尺度衛(wèi)星日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿IF）產(chǎn)品等多源遙感數(shù)據(jù)，探究了SIF的時(shí)空預(yù)測(cè)（STP）產(chǎn)品在棉花產(chǎn)量預(yù)測(cè)方面的可行性。研究團(tuán)隊(duì)首先提出STP-SIF問(wèn)題（圖1），分析其潛在的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并設(shè)計(jì)時(shí)序數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的深度學(xué)習(xí)方法（圖2）；其次，生產(chǎn)STP-SIF產(chǎn)品，并探討產(chǎn)品在棉花生長(zhǎng)季中期產(chǎn)量預(yù)測(cè)上的準(zhǔn)確性。

圖1 SIF時(shí)空預(yù)測(cè)（STP-SIF）示意圖

圖2 STP-SIF問(wèn)題的潛在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　研究結(jié)果表明，所提方法實(shí)現(xiàn)了從棉花生長(zhǎng)季中期到末期SIF的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；基于已知的SIF和歸一化差異水分指數(shù)NDWI，實(shí)現(xiàn)STP-SIF產(chǎn)品季中棉花產(chǎn)量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)（圖3）。在收獲前1-2個(gè)月，棉花產(chǎn)量的最佳預(yù)測(cè)精度R2分別可達(dá)0.70(1個(gè)月)和0.66（2個(gè)月）。

圖3 收獲前1-2個(gè)月的棉花產(chǎn)量預(yù)測(cè)制圖

　　該項(xiàng)研究是STP-SIF問(wèn)題的首次探究，初步驗(yàn)證了該問(wèn)題的弱空間尺度依賴性，有望為農(nóng)作物生長(zhǎng)季中后期SIF的預(yù)測(cè)提供可行框架。

　　研究成果以“Regional-scale cotton yield forecast via data-driven spatio-temporal prediction (STP) of solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF)”為題，發(fā)表于遙感TOP期刊《環(huán)境遙感（Remote Sensing of Environment）》。空天院為第一完成單位?？仗煸翰┦靠敌r為第一作者，研究員黃長(zhǎng)平為通訊作者，空天院研究員張立福及石河子大學(xué)副教授張澤、教授呂新、博士研究生王匯涵等參與研究。

　　研究工作得到中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、新疆兵團(tuán)科技項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員等項(xiàng)目資助。

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425723004121