تحليل حساسيت جامع پارامترهاي گياهي مدل WOFOST براي گياهان ذرت و گندم در شبيه‌سازي عملكرد محصول

Global Sensitivity Analysis of WOFOST Model Parameters for Maize and Wheat Yield Simulation

مدل شبيه ­سازي رشد محصول WOFOST به طور گسترده­اي در تخمين عملكرد محصولات زراعي در مقياس مزرعه ­اي و منطقه ­اي و شرايط مختلف اقليمي بكار مي­رود. در فرآيند مدل ­سازي، همواره به سبب وجود تعداد زياد پارامترها و از طرفي كمبود داده‌هاي اندازه‌گيري شده نمي‌توان تمامي پارامترهاي مدل را تخمين زد. بنابراين معمولاً در فرآيند مدل­سازي پارامترهاي حساس مدل شناسايي و سپس تخمين‌زده (واسنجي) مي­شوند. روش­هاي جامع تحليل حساسيت ابزاري مناسب جهت رتبه­بندي پارامترهاي مدل­ها از لحاظ تأثير آنها در خروجي­ها و در نظر گرفتن تمام فضاي پارامتري مدل­ها مي­باشند. در اين روش‌ها علاوه بر در نظر گرفتن تأثير پارامترهاي مدل به تنهايي، تأثير تركيب پارامترهاي مختلف نيز در تحليل حساسيت لحاظ مي­شود. در اين مطالعه از روش تحليل حساسيت منطقه­ اي يكي از روش­هاي پركاربرد تحليل حساسيت جامع، جهت تحليل حساسيت پارامترهاي مدل WOFOST براي دو گياه ذرت علوفه­اي و گندم زمستانه استفاده شده است. شاخص حساسيت پارامترها بر اساس آزمون كولموگروف-اسميرنوف و در سطح احتمال معني‌داري %95 بر اساس روش منطقه ­اي تحليل حساسيت محاسبه شده و سپس نتايج تحليل حساسيت در مزارع مورد مطالعه بررسي گرديد. تغييرات شاخص حساسيت در دو مزرعه مورد مطالعه از حداقل 006/0 (غير حساس) تا حداكثر 37/0 (حساسيت زياد) بدست آمده است. براي گياه ذرت نتايج نشان داد كه تأثيرگذارترين پارامترها در شبيه­سازي عملكرد مربوط به تأثير دما (پارامترهاي TSUMEA و TSUMAM) و فرآيند جذب نور (SLA، AMAX و EFF) در گياه مي­باشند؛ اما براي گياه گندم بيشتر پارامترهاي مرتبط با جذب نور (SLA، RGRLAI، AMAX، EFF و KDIF)، بيشترين اهميت را در شبيه­سازي عملكرد آن دارند.

The dynamical simulation model of WOFOST is widely used for yield estimation at farm and regional scales as well as different climate conditions. In modelling processes, there are lots of parameters which have to be estimated (calibrated) and also in the other hand there are limitations for providing enough observational data. Therefor it is required to choose sensitive parameters for model calibration. In this study, a global sensitivity analysis has presented for maize and wheat simulation in WOFOST model. Global sensitivity analysis methods are useful tools to rank the model parameters based on their influence on model outputs and considering the entire range of parameters. In other words, these methods consider the influence of a unique parameter as well as the influence of its combinations with the other parameters. In this paper, Regional Sensitivity Analysis (RSA) method is applied as a global method and its results are discussed. The variations of sensitivity index for the two crops are obtained from minimum 0.006 (insensitive) to 0.37 (high sensitive). Furthermore, Results for maize crop showed that the parameters which are related to temperature process (TSUMAM, TSUMEA) and absorbed radiation (SLA, AMAX, EFF) are among the most influential parameters in simulation of maize crop yield. In case of wheat crop, only the parameters which are related to absorbed radiation process (SLA, RGRLAI, AMAX, and EFF) are identified as most influential parameters.