Синтез оптимальной радиационной модели роста растений по критерию минимума передающейся в почву интегральной солнечной радиации

Актуальность. На основе спутниковых данных дистанционного зондирования было высказано предположение о том, что между NDVI и FPAR имеется линейная связь. Однако значительное влияние на эту взаимосвязь сезонных факторов конкретной экосистемы создает неопределенность в оценке продуктивности растений средствами дистанционного зондирования. Эта неопределенность оценок общей выращенной продукции (GPP) по показателю, вычисляемому как отношение GPP к поглощенной растительностью фотосинтетически активной радиации, может быть объяснена суточными изменениями поступающей оптической радиации как по составу, так и по величине. Показано, что показатель GPP может быть определен косвенно путем вычисления экстремума теплового потока почвы, по- ступающего извне.

Методы. Предложен новый подход к синтезу оптимального радиационного режима роста растений, базирующийся на методологии оптимизации изоморфно- голономных систем. Основу предлагаемого метода синтеза радиационного режима роста растений составляет учет суммарной радиации, поступающей сверху на крону растения. Особенность этого подхода заключается в поиске минимума той части внешне поступающей фотосинтетически активной радиации, которая достигает почвы и не тратится на фотосинтез при условии гарантированного производства исходно заданного продукта. Сформулирована оптимизационная задача достижения экстремальной величины суммарной радиации, поступающей извне в почву, в виде задачи безусловной вариационной оптимизации с общим целевым функционалом оптимизации. Дано примерное решение оптимизационной задачи, при которой целевой функционал достигает минимума, т.е. максимальное количество внешней радиации расходуется на процесс фотосинтеза.

Результаты. Получено решение, при котором целевой функционал достигает минимума, т.е. максимальное количество внешней радиации расходуется на процесс фотосинтеза. Показано, что применение известного способа безусловной вариационной оптимизации при гарантированной заданной величине GPP позволяет определить оптимальный радиационный режим роста растений.

1. Feng Zhang, Guangsheng Zhou and Christer Nilsson. Remote estimation of the fraction of absorbed photosynthetically active radiation for a maize canopy in Northeast China. Journal of Plant Ecology - 2015. Vol. 8. No.4, pp. 429-435.

2. Field CB, Randerson JT, Malmström CM (1995) Global net primary production: combining ecology and remote sensing. Remote Sens Environ 51:74-88.

3. Zhang F., Zhou G, Wang Y (2008) Dynamics simulation of net primary productivity by a satellite data-driven CASA model in Inner Mongolian typical steppe, China. J Plant Ecol 32:786-97.

4. Vina A, Gitelson AA (2005) New developments in the remote estimation of the fraction of absorbed photosynthetically active radiation in crops Geophys Res Lett 32:L17403.

5. Fensholt R, Sandholt I, Rasmussen MS (2004) Evaluation of MODIS LAI, fAPAR and the relation between fAPAR and NDVI in a semiarid environment using in situ measurements. Remote Sens Environ 91:490-507.

6. Hiroki Iwata, Masahito Ueyama, Chie Iwama, Yoshinobu Harazono. A variation in the fraction of absorbed photosynthetically active radiation and a comparison with MODIS data in burned black spruce forests of interior Alaska. Polar Science 7 (2013) 113-124. http://ees.elsevier.com/polar

7. Anatoly A. Gitelson, Yi Peng, Timothy J. Arkebauer, and Andrew E. Suyker. Productivity, absorbed photosynthetically active radiation, and light use efficiency in crops: Implications for remote sensing of crop primary production. Published in Journal of Plant Physiology 177 (2015), pp. 100-109; doi 10.1016/j. jplph.2014.12.015.

8. Mo, X., Liu, S., Lin, Z., Zhao, W., 2004. Simulating temporal and spatial variation of evapotranspiration over the Luch Basin. J. Hydrol. 285 (1-4), 125-142.

9. X. Mo, S. Liu, Z. Lin, Y.Xu, Y.Xiang, T.R. McVicar. Prediction of crop yield, water consumption and water use efficiency with a SVAT-crop growth model using remotely sensed data on the North China Plain / Ecological Modeling 183 (2005) 301-322.

10. Асадов Х.Г., Абдуллаева С.Н., Тарвердиева У.Х. Метод саризационной оптимизации голономных информационно – измерительных и мехатронных систем. «Вестник ПНЦПУ. Электротехника. Информатика. Системы управления». 2020, №35, стр.169-179.

11. Асадов Х.Г., Абдуллаева С.Н., Тарвердиева У.Х. Вопросы оптимизации изоморфно информационно – измерительных систем. «Известия Вузов. Электромеханика». 2020, Т.63, №6, стр.51-56.