[發明專利]一種基于土壤水分虧缺的農業干旱監測方法

有效

• 申請號: 201811599653.0
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109596811B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 孟令奎;白玨瑩;張文
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

本發明公開了一種基于土壤水分虧缺的農業干旱監測方法，提出了一種改進的土壤水分虧缺農業干旱監測指數(mSWDI)，該指數顧及了土壤耗水系數和土壤收縮特性，主要針對遙感土壤水分產品。其包括以下的步驟：計算一個時間周期內的遙感土壤含水量均值；估算33kpa、1500kpa時的土壤含水量；顧及土壤收縮特性和土壤耗水系數，計算土壤可用含水量；結合土壤水分均值、田間持水量、可用含水量，計算mSWDI；根據mSWDI分值判斷農業干旱程度。本發明顧及了動態的潛在蒸散發和不同的作物類型造成的土壤可用含水量的變動和高粘土含量具有的土壤收縮特性導致的土壤可用含水量高估，使農業干旱監測的空間和時間尺度更具有可比性。

技術領域

本發明屬于農業干旱監測技術領域，具體地說，提出了一種改進的土壤水分虧缺農業干旱監測指數(mSWDI)，該指數顧及了土壤耗水系數和土壤收縮特性，主要針對遙感土壤水分產品，是一種普適性更強的干旱監測方法。

背景技術

傳統的農業干旱監測是基于氣象站點或土壤水分監測站點等，根據點信息進行空間插值進而監測全國干旱情況，不能滿足農業干旱的評估和農業管理。遙感技術的出現為我國監測農業干旱帶來的新的發展和便利。

由降雨減少導致的土壤水分虧缺是農業干旱的第一表征，土壤水分缺乏，沒有充足的土壤水分供給植物，將影響植物的正常生長。所以，相比其他參數，土壤水分是一個非常關鍵和及時的因素。微波遙感技術不受天氣因素影響，而且可以探測地表往下幾厘米處的土壤水分含量，對土壤水分的變動十分敏感。微波遙感是一種很有價值的全球尺度或區域尺度的土壤水分監測工具。同時，被動微波遙感具有覆蓋范圍廣、數據處理簡單、時間分辨率很高(1-3天)等優勢，帶來了豐富的土壤水分產品，如SMAP土壤水分產品。其中，L波段已經被認為是最優越的土壤水分探測波段，因為它可以探測到地表5cm處的土壤水分，具有相對較高的探測精度，能有效的反映土壤水分的空間變化，十分適用于基于土壤水分的相關應用。另外，還有許多模式產品也可以提供高時間分辨率的土壤水分產品，比如，全球陸面數據同化系統(GLDAS)。總之，大量的土壤水分產品的出現給基于土壤水分監測農業干旱帶來了契機。

許多學者已經開始研究基于微波遙感土壤水分的農業干旱指數，包括土壤水分異常變化分析和絕對值分析，土壤水分和溫度植被相結合的干旱指數研究，如，高分辨率土壤水分虧缺指數(HSMDI)，土壤水分農業干旱指數(SMADI)，土壤水分和土壤特征相結合的干旱指數研究，如，土壤水分指數(SMI)，改正的土壤水分指數(mSMI)，土壤水分虧缺指數(SWDI)。還有學者將微波遙感土壤水分與站點氣象驅動數據相結合進行農業干旱預測。其中，土壤水分虧缺指數(SWDI)利用動態變化的土壤水分和土壤農業水文特性(田間持水量和土壤凋萎系數)，直接根據根區可用的土壤水分判斷是否有充足的水分可被植物吸收，物理意義明確，在不同時間尺度和空間尺度上具有可比性，計算簡單且可以短周期監測干旱情況，被認為是非常有價值的干旱指數。許多學者通過將SWDI和微波遙感土壤水分產品相結合進行農業干旱監測研究。但作物的可用含水量還與作物類型和土壤水分消耗有關，另外，粘土含量過高，會給可用含水量估值帶來誤差。因此，SWDI還需要進一步發展，需要考慮土壤膨脹特性和土壤耗水因素等，使其具有更強的通用性和干旱監測能力，空間尺度具有更強的可比性。

發明內容

本發明提供了一種顧及土壤耗水系數和土壤收縮特性的土壤水分虧缺指數(mSWDI)，解決了動態的潛在蒸散發和不同的作物類型造成的土壤可用含水量的變動和高粘土含量具有的土壤收縮特性導致的土壤可用含水量高估，可以快速進行農業干旱監測。

本發明所采用的技術方案是：一種基于土壤水分虧缺的農業干旱監測方法，提供了一個顧及土壤耗水系數和土壤收縮特性的土壤水分虧缺指數(mSWDI)，適用于遙感土壤水分產品，具體包括以下步驟：

步驟(1)，計算一個時間周期內的遙感土壤水分數據均值；

步驟(2)，估算33kpa、1500kpa時的土壤含水量；