基于R语言APSIM模型进阶应用与参数优化、批量模拟技术教程

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前言

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、农田管理优化、作物品种和株型筛选、农田固碳和温室气体排放等领域扮演着越来越重要的作用。APSIM (Agricultural Production Systems sIMulator)模型是世界知名的作物生长模拟模型之一。APSIM模型有Classic和Next Generation两个系列模型，能模拟几十种农作物、牧草和树木的土壤-植物-大气过程，被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、农业生态等诸多与农业生产和科研有关的领域。APSIM模型内核算法是基于Fortran语言开发的，软件界面是基于C#进行开发，组件式驱动，各个模块可以自由组合。

一：APSIM模型应用与R语言数据清洗

1)作物生长模型的
2)作物生长模型的发展现状
3)APSIM模型的开发历程
4)APSIM模型的模块及模拟流程
5)APSIM模型操作
APSIM的安装
APSIM模型操作界面讲解
6)R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
1）APSIM气象文件.met的介绍
2）日照转辐射算法
3）APSIM气象文件转化
4）APSIM模型陆气交换和能量平衡过程
一：使用R语言进行气象文件的生成
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
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
1)APSIM模型的生育期尺度
2)APSIM模型的积温计算
3)APSIM模型的生育期算法
4)APSIM模型的生育期影响因子及算法
5)APSIM模型光合生产算法
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

1 APSIM模型的物质分配算法
2 APSIM模型产量模拟模块
1)APSIM模型的穗粒数模拟
2)APSIM模型的产量模拟
3)APSIM模型的产量相关参数
一：作物潜在生物量和潜在产量的模拟
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
一：APSIM模型输入参数和土壤文件的制备
二：APSIM模型土壤参数在数据缺失情况下的近似估算
三：使用R语言批量修改APSIM模型土壤参数
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
一：APSIM模型N2O排放模拟
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
一：APSIM模型土壤碳库模型参数率定 
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
1)APSIM模型播期和播种密度设置
2)APSIM模型施肥设置（化肥+有机肥）
3)APSIM模型的灌溉设置
4)APSIM模型秸秆还田设置
5)APSIM模型多年模拟和轮作模拟
一：APSIM模型模拟气候变化对作物生长的影响
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
三：APSIM模型模拟作物单做、连作和轮作
四：APSIM模型模拟玉米大豆复合种植（间作）
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
1)APSIM模型NG版本与Classic版本的区别
2)APSIM模型NG版本Clock模块、气象土壤模块、Factors模型、品种模块
3)APSIM模型NG版本管理模型设置
一：APSIM模型NG版本设置多种管理情景组合
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
1)APSIM模型的主要遗传参数
2)APSIM模型的参数优化方法
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
二：使用R语言批量读取模拟结果以及对APSIM模型进行评价
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
1)APSIM模型源代码的结构解析
2)APSIM模型源代码编译
一：更改APSIM模型源代码参数进行编译
二：运用编译源代码后的模型进行模拟