[發(fā)明專利]同化蒸散發(fā)和葉面積指數(shù)的區(qū)域土壤水分監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410304983.8
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN105321120A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王利民;劉佳;楊福剛;鄒金秋;滕飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06Q10/04
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

1.一種同化蒸散發(fā)和葉面積指數(shù)的區(qū)域土壤水分監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：標(biāo)定實(shí)驗(yàn)區(qū)作物生長模型，對遙感數(shù)據(jù)與地面參數(shù)進(jìn)行幾何匹配，使用地統(tǒng)計(jì)空間插值法實(shí)現(xiàn)SWAP模型固有格式的氣象、土壤、作物和控制參數(shù)在區(qū)域內(nèi)各個網(wǎng)格單元化，完成作物模型的空間化；

S2：對實(shí)驗(yàn)區(qū)整個生育期內(nèi)的MODISET和MODISLAI產(chǎn)品按時間序列疊加，對每個柵格單元生成時間序列曲線；

S3：基于濾波算法，重構(gòu)S2中獲得的時間序列MODISLAI曲線，以消除數(shù)據(jù)缺失和云污染的影響；

S4：將S2中的MODISET時序曲線和S3中濾波后的MODISLAI時序曲線進(jìn)行一階差分并計(jì)算單調(diào)性；

S5：在S1進(jìn)行作物模型標(biāo)定的基礎(chǔ)上，逐像素單元運(yùn)行SWAP作物模型，對模擬得到的MODISET和MODISLAI時間序列進(jìn)行一階差分并計(jì)算單調(diào)性；

S6：按S4和S5各自獲得的MODISET和MODISLAI曲線一階差分單調(diào)性異同建立代價函數(shù)，選擇出苗日期和灌溉時間為待優(yōu)化參數(shù)，采用SCE-UA優(yōu)化算法使得代價函數(shù)快速收斂，最終在收斂條件被滿足時，獲得參數(shù)的最優(yōu)值；

S7：將優(yōu)化后的出苗日期和灌溉時間代入作物模型，逐像素單元模擬獲得土壤水分。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S1中所采用的作物模型為SWAP模型，采集研究區(qū)內(nèi)的土壤、氣象和作物參數(shù)，對遙感影像和采集的模型參數(shù)通過同名點(diǎn)進(jìn)行空間幾何配準(zhǔn)，對于不敏感模型參數(shù)直接使用經(jīng)驗(yàn)值，對于只對土壤水分敏感，對LAI和ET時序曲線特征不敏感的模型參數(shù)使用反距離權(quán)重插值法對遙感影像的每個像素賦予參數(shù)值，完成參數(shù)區(qū)域化標(biāo)定，將區(qū)域化的參數(shù)代入模型完成作物模型的空間化；

所述氣象要素為日最高氣溫、最低氣溫、日照總輻射、水汽壓、風(fēng)速和降水。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S2中的MODISET和LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)分別為MOD16A2和MCD15A3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S3中采用上包絡(luò)線濾波，濾波過程按如下公式(1):

Yj*=Σi=-mi=mCiYj+iN---(1)]]>

式中，Y_j+i表示原始LAI曲線上的一塊窗口內(nèi)的值，m為窗口的半徑，N為卷積數(shù)目，窗口的寬度為2m+1，表示濾波后窗口中心的LAI值，C_i表示第i個LAI值的濾波系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S4或S5中所采用的一階差分單調(diào)性計(jì)算如下公式(2)：

式中，Dif_i表示時間節(jié)點(diǎn)i處的曲線一階差分單調(diào)性，代表此處是否為增函數(shù)，若為1則增長，若為-1則下降，若為0表示沒有變化；jnd表示曲線上的最小差別閾值；上標(biāo)Obs表示為觀測的MODIS產(chǎn)品曲線，上標(biāo)Sim則表示SWAP模型模擬的數(shù)值曲線；ET為ET時間序列上時間節(jié)點(diǎn)i處的值，對于LAI按照同樣的方法構(gòu)建。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S6中所要建立的代價函數(shù)按如下公式(3)計(jì)算：

式中，J為代價函數(shù)的目標(biāo)函數(shù)值，i為MODIS數(shù)據(jù)的觀測日期。