cropmath

name	cropmath
description	作物机理公式计算与验证——覆盖 RiceGrow（水稻生长）、CH4MOD（稻田甲烷排放）、AgroC（农田碳循环）、SIMPLE（简化作物模型）四个模型家族共 62 个公式。当用户询问作物模型公式、参数计算、数值验证、模型代码编写、DSSAT/APSIM/WOFOST 相关公式解释，或需要对光合作用、呼吸、蒸散、甲烷排放、氮循环、产量形成等机理过程进行数值计算时使用。

CropMath — 作物机理公式计算

本技能提供 62 个经过验证的作物机理公式，覆盖 4 个模型家族。可用于公式解释、参数查询、数值验证和代码生成。

Formula Catalog

RiceGrow（水稻生长模型，29 个公式）

光合作用: RG_FPAR（光能截获率）、RG_RINT（截获PAR）、RG_FCO2（CO2因子）、RG_FPA（生理年龄因子）、RG_K_PDT（消光系数）、RG_AMAX（最大同化速率） 温度响应: RG_FTMP（温度响应因子，分段三角函数） 温度胁迫: RG_HTF（高温结实因子）、RG_LTF（低温结实因子） 物候发育: RG_RTE_BETA（相对热效应）、RG_PC（临界日长）、RG_RPE（光周期效应）、RG_DPE（每日生理效应）、RG_EMGDD（出苗热量需求） 呼吸: RG_RMTO（维持呼吸系数）、RG_RM（维持呼吸）、RG_RG（生长呼吸）、RG_GCR（日干物质增量） 叶面积: RG_SLA（比叶面积）、RG_LAIP_EXP（潜在LAI）、RG_R_LAI_STRESS（实际LAI增长率）、RG_LAI_SLA（SLA法LAI） 干物质分配: RG_HI（收获指数）、RG_PIP（穗分配指数）、RG_PISH（地上部分配）、RG_PIGL（绿叶分配）、RG_PIRO（地下部分配）、RG_PIS_STEM（茎鞘分配） 产量: RG_YIELD_DRY（稻谷干重产量）

CH4MOD（稻田甲烷排放模型，11 个公式）

CH4_TSOIL_AIR（土壤温度）、CH4_TI（温度指数）、CH4_FEH（氧化还原因子）、CH4_CR（根系碳底物）、CH4_WI（水分因子）、CH4_OMNC（新鲜有机质分解）、CH4_OMSC（土壤有机质分解）、CH4_PROD（甲烷产生）、CH4_EBL（冒泡排放）、CH4_FP（植株传输因子）、CH4_E_TOTAL（总排放）

AgroC（农田碳循环模型，14 个公式）

光合作用: AG_CO2_FERT（CO2施肥）、AG_PAR（冠层PAR）、AG_PHOTO_OPT（最适光合速率）、AG_GPP（总初级生产力） 胁迫: AG_TEMP_CROP（温度因子）、AG_WATER_CROP（水分因子） 呼吸: AG_PLANT_RM（维持呼吸） 氮循环: AG_N_DEMAND（需氮量）、AG_N_SHOOT（地上部氮分配）、AG_NUE（氮利用效率） 土壤碳: AG_SOIL_TEMP（温度因子）、AG_SOIL_WATER（水分因子）、AG_SOIL_PH（pH因子）、AG_POOL_DECOMP（碳库分解）

SIMPLE（简化作物模型，8 个公式）

SIMPLE_DTT（有效积温）、SIMPLE_FTEMP（温度响应）、SIMPLE_FCO2（CO2响应）、SIMPLE_FWATER（水分响应）、SIMPLE_FHEAT（高温响应）、SIMPLE_FSOLAR（光截获）、SIMPLE_BIOMASS（生物量增量）、SIMPLE_YIELD（产量）

Natural Language Formula Index

用户常说的描述 → 对应公式 ID。按使用频率排序。

用户可能说的（中文/英文）	公式 ID	公式名
光能截获率 / light interception / 光截获	RG_FPAR	光能截获率
截获的PAR / intercepted PAR	RG_RINT	截获光合有效辐射
CO2影响 / CO2效应 / CO2 factor	RG_FCO2	CO2影响因子
最大同化速率 / 最大光合速率	RG_AMAX	实际最大同化速率
温度响应 / 温度影响	RG_FTMP	温度响应因子
高温对结实的影响 / 高温胁迫 / heat stress on fertility	RG_HTF	高温结实因子
低温对结实的影响 / 低温胁迫 / cold stress on fertility	RG_LTF	低温结实因子
发育速率 / 相对热效应 / thermal effectiveness	RG_RTE_BETA	相对热效应
临界日长 / critical daylength	RG_PC	临界日长
光周期效应 / photoperiod effect	RG_RPE	相对光周期效应
每日生理效应 / daily physiological effect	RG_DPE	每日生理效应
出苗需要多少积温 / emergence thermal requirement	RG_EMGDD	出苗热量需求
维持呼吸 / maintenance respiration	RG_RM	维持呼吸
生长呼吸 / growth respiration	RG_RG	生长呼吸
每天干物质增加多少 / daily dry matter increment	RG_GCR	日干物质增量
比叶面积 / specific leaf area / SLA	RG_SLA	比叶面积
叶面积指数 / LAI / 潜在LAI	RG_LAIP_EXP	潜在叶面积指数
收获指数 / harvest index / HI	RG_HI	收获指数
穗分配 / panicle partitioning	RG_PIP	穗分配指数
稻谷产量 / 干重产量 / grain yield	RG_YIELD_DRY	稻谷干重产量
气温推算土温 / 土壤温度 / soil temperature from air	CH4_TSOIL_AIR	土壤温度估算
甲烷温度指数 / methane temperature index	CH4_TI	甲烷温度指数
氧化还原电位 / redox potential factor	CH4_FEH	氧化还原电位因子
根系碳底物 / root carbon substrate	CH4_CR	根系分泌碳底物
水分分解因子 / water decomposition factor	CH4_WI	水分分解因子
甲烷产生 / methane production	CH4_PROD	甲烷产生量
冒泡排放 / ebullition emission	CH4_EBL	甲烷冒泡排放
植株传输甲烷 / plant methane transport	CH4_FP	植株传输因子
甲烷总排放 / total methane emission	CH4_E_TOTAL	甲烷总排放
CO2施肥效应 / CO2 fertilization	AG_CO2_FERT	CO2施肥因子
冠层PAR / canopy absorbed PAR	AG_PAR	冠层吸收PAR
总初级生产力 / GPP / gross primary production	AG_GPP	总初级生产力
作物需氮量 / nitrogen demand	AG_N_DEMAND	作物需氮量
氮利用效率 / NUE / nitrogen use efficiency	AG_NUE	氮利用效率
土壤碳分解温度 / soil carbon temperature factor	AG_SOIL_TEMP	土壤碳分解温度因子
土壤pH影响 / soil pH factor	AG_SOIL_PH	土壤pH分解因子
碳库分解 / carbon pool decomposition	AG_POOL_DECOMP	碳库呼吸损失
有效积温 / daily thermal time / GDD	SIMPLE_DTT	每日有效积温
高温响应 / heat stress response	SIMPLE_FHEAT	SIMPLE高温响应
水分响应 / water stress response	SIMPLE_FWATER	SIMPLE水分响应
光截获比例 / solar interception	SIMPLE_FSOLAR	SIMPLE光截获比例
生物量增量 / biomass increment	SIMPLE_BIOMASS	日生物量增量
产量 / yield	SIMPLE_YIELD	SIMPLE产量

When to use this Skill

Use this Skill when the user asks about any of the following — even if they do NOT know the formula ID or technical term:

• 光合作用 / photosynthesis — 光能截获、PAR吸收、CO2影响、最大同化速率
• 温度 / temperature — 温度响应、高温/低温胁迫、积温、热效应
• 呼吸 / respiration — 维持呼吸、生长呼吸、日干物质增量
• 叶面积 / leaf area — 比叶面积、LAI、叶面积增长
• 物候 / phenology — 发育速率、日长效应、生理年龄、出苗
• 干物质分配 / partitioning — 收获指数、穗/叶/茎/根分配
• 产量 / yield — 稻谷产量、生物量
• 甲烷排放 / methane — 甲烷产生、冒泡排放、植株传输、总排放
• 土壤温度 / soil temperature — 气温推算土温
• 氮循环 / nitrogen — 需氮量、氮分配、氮利用效率
• 碳循环 / carbon — GPP、碳库分解、土壤碳
• 水分胁迫 / water stress — 水分因子、干旱响应
• pH / 土壤酸碱度 — pH对分解的影响
• CO2效应 — CO2施肥效应、CO2响应
• 作物模型代码 — RiceGrow、CH4MOD、AgroC、SIMPLE 的实现
• DSSAT / APSIM / WOFOST — 相关公式解释

用户可能用中文或英文提问，可能描述生理过程而非公式名。 例如："帮我算一下水稻的光能截获率"、"气温30度时土壤温度多少"、 "甲烷排放怎么算"、"这个公式 1-exp(-k*LAI) 是什么意思"。

Instructions

Step 1: Identify the relevant formula from natural language

Most users will NOT know formula IDs. They describe what they want to calculate in everyday language. Follow this matching process:

1a. Extract the user's intent — what quantity do they want to compute?

Look for clues in their words:

• "光能截获" / "light interception" → RG_FPAR
• "土壤温度" / "soil temperature" / "气温推算" → CH4_TSOIL_AIR
• "甲烷排放" / "methane emission" → CH4_E_TOTAL
• "水分因子" / "水分分解" / "water factor" → CH4_WI (or AG_WATER_CROP / SIMPLE_FWATER depending on context)
• "呼吸" / "respiration" → RG_RM or AG_PLANT_RM
• "产量" / "yield" → RG_YIELD_DRY or SIMPLE_YIELD
• "氮利用效率" / "NUE" → AG_NUE
• "积温" / "thermal time" → SIMPLE_DTT
• "光合" / "photosynthesis" → RG_AMAX or AG_GPP
• "高温胁迫" / "heat stress" → RG_HTF or SIMPLE_FHEAT
• "CO2效应" / "CO2 response" → RG_FCO2 or SIMPLE_FCO2
• "LAI" / "叶面积" → RG_LAIP_EXP or RG_LAI_SLA

1b. Check the model context — which model family is relevant?

• RiceGrow = 水稻生长（最全面，29个公式）
• CH4MOD = 稻田甲烷排放
• AgroC = 农田碳循环
• SIMPLE = 简化作物模型

1c. If still uncertain, read references/formulas.md to search by keyword, category, or Chinese/English name. The file is organized by model family and physiological category.

1d. If the user provides a formula ID (e.g., RG_FPAR), look it up directly in references/formulas.md.

Step 2: Explain the formula

• State the formula ID, Chinese name, and English name.
• Show the mathematical expression.
• List each parameter with its name, unit, and valid range.
• Explain the biological/physical meaning in the user's context.

Step 3: Verify calculations (when requested)

When the user provides parameter values and asks for a calculation, use the calculator script:

python <skill_dir>/scripts/calc.py <FORMULA_ID> param1=value1 param2=value2

Replace <skill_dir> with the absolute path to this skill's directory.

Example:

python <skill_dir>/scripts/calc.py RG_FPAR k=0.5 LAI=3.0

The script outputs:

• formula: the formula ID
• name: Chinese and English name
• expression: mathematical expression
• unit: result unit
• result: computed value
• answer_label: standard label for the result

Step 4: Generate code (when requested)

When the user needs Python/R code for a formula:

1. Read the formula definition from references/formulas.md.
2. Generate a clean implementation with type hints and docstrings.
3. Include parameter validation using the documented ranges.
4. Use math module for mathematical functions (exp, log, sin, cos, sqrt).

Best Practices

1. Always verify calculations — use the calculator script rather than computing manually. LLMs make arithmetic errors.
2. Respect parameter ranges — warn the user if their input values fall outside documented ranges.
3. Cite the source — each formula has a source field referencing the original paper or model code.
4. Explain piecewise logic — many formulas have conditional branches (e.g., temperature stress). Walk through which branch applies for given inputs.
5. Chain formulas carefully — some formulas depend on outputs of others (e.g., RG_AMAX needs FCO2, FPA, FT). Document the dependency chain.

Natural Language Interaction Examples

Example 1: Simple calculation

User: "帮我算一下水稻的光能截获率，k=0.5, LAI=3.0"

Agent:

1. Match "光能截获率" → RG_FPAR (from Natural Language Formula Index)
2. Run: python <skill_dir>/scripts/calc.py RG_FPAR k=0.5 LAI=3.0
3. Output: "光能截获率 (Light interception fraction) = 0.78 (fraction)"

Example 2: Process description

User: "气温30度的时候，稻田土壤温度大概多少？"

Agent:

1. Match "气温→土壤温度" → CH4_TSOIL_AIR
2. Run: python <skill_dir>/scripts/calc.py CH4_TSOIL_AIR Tair=30.0
3. Output: "土壤温度 ≈ 27.2°C（公式: Tsoil = 4.4 + 0.76 × Tair）"

Example 3: Conceptual question

User: "什么是甲烷的冒泡排放？"

Agent:

1. Match "冒泡排放" → CH4_EBL
2. Read references/formulas.md for CH4_EBL definition
3. Explain: 公式含义、参数、适用条件，不调用 calc.py

Example 4: Uncertain match

User: "水分因子怎么算？"

Agent:

1. "水分因子" 匹配到多个公式: CH4_WI, AG_WATER_CROP, SIMPLE_FWATER
2. Ask user: "有三个水分相关公式，你想算哪个？
   • CH4MOD 的水分分解因子（稻田甲烷排放用）
   • AgroC 的作物水分胁迫因子
   • SIMPLE 的水分响应因子"
3. User 选择后继续

Example 5: Code generation

User: "帮我写一个 Python 函数，输入气温，输出稻田土壤温度"

Agent:

1. Match → CH4_TSOIL_AIR
2. Read references/formulas.md for formula definition
3. Generate Python function with type hints, docstring, and parameter validation