[發明專利]基于遙感NDPI時間序列監測冬小麥干熱風災害的方法

有效

• 申請號: 202011023331.9
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112101681B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 陳晉;王帥;劉勵聰;饒玉晗
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/067;G06Q50/02
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 嚴勇剛;何春蘭

本發明提供了一種基于遙感NDPI時間序列監測冬小麥干熱風災害的方法，包括：生成NDPI時間序列并對每個小麥像元未發生干熱風災害的NDPI時間序列求均值以得到各像元的候選NDPI參考曲線；對候選NDPI參考曲線進行SG濾波，并采用加權形狀模型擬合的方法將各像元SG濾波后的候選NDPI參考曲線匹配到發生干熱風災害當年的NDPI曲線上，以得到各像元的標準NDPI參考曲線；最后分離得到由干熱風引起的冬小麥NDPI下降量。本發明在生成標準NDPI參考曲線時充分利用了歷史年份的NDPI數據并克服了由田間管理措施、氣候變化等引起的NDPI年際變化。在量化干熱風災害時采用雙重差分模型避免了NDPI自身下降趨勢的干擾，為遙感大尺度上快速監測冬小麥干熱風災害提供了一種行之有效的方法。

技術領域

本發明涉及一種冬小麥干熱風災害的監測方法，主要利用遙感NDPI時間序列來實現冬小麥干熱風災害的大尺度快速監測。屬于農業氣象災害遙感監測的范疇。

背景技術

小麥干熱風災害是在小麥揚花灌漿期間出現的高溫、低濕并伴有一定風力的災害性天氣，可使小麥水分代謝失衡，嚴重影響各種生理功能，使千粒重明顯下降，導致顯著減產。當小麥受到干熱風災害脅迫時，一方面會導致花粉不育、組織脫水、CO₂同化降低和光呼吸作用增強，另一方面，會使得旗葉的光合速率、蒸騰速率和氣孔導度下降，進而導致灌漿期縮短和千粒重降低，產量下降可達5％～20％。

在氣候變暖的背景下，干熱風災害發生的強度和頻率都有增加的趨勢，監測和評估冬小麥的干熱風災害成為十分緊迫的問題。現有對冬小麥干熱風災害的研究，主要集中在三個方面：(1)干熱風氣象指標的研究；(2)冬小麥干熱風災害的田間控制實驗；(3)冬小麥干熱風災害的作物模型模擬。其中，干熱風氣象指標的研究已趨于成熟，并且已在全國范圍內建立了《小麥干熱風災害等級》氣象行業標準。而冬小麥干熱風災害的田間控制實驗和作物模型模擬研究在分離影響冬小麥受災程度的因子以及探究干熱風災害對小麥的影響機理方面起著不可或缺的作用，但它們也具有一定的局限性，例如脫離小麥的真實生產環境，以及難以快速、大范圍地應用到冬小麥受災程度的監測和評估中。

遙感作為一種先進的觀測手段，可以以非接觸、快速以及經濟高效的方式提供大尺度的信息，因此非常適合用于在大尺度上監測和評估冬小麥遭遇災害性天氣后的受災程度。遙感植被指數(Vegetation?Index，縮寫為VI)是根據植被的吸收和反射特征(如紅色和近紅外波段)計算出來的，已經被廣泛用于植被活力和生長狀態監測。歸一化差值植被指數(Normalized?difference?vegetation?index，縮寫為NDVI)和增強型植被指數(EnhancedVegetation?Index，縮寫為EVI)是當前最常用的遙感植被指數。然而，這兩種指數都未使用對植物葉片水分含量敏感的短波紅外波段(Short-wave?infrared?band，縮寫為SWIR)，因此它們對冬小麥干熱風脅迫的響應是有限的。

歸一化差值物候指數(Normalized?difference?phenology?index，縮寫為NDPI)是由王聰等人提出的新型遙感指數，它與NDVI具有相同的構建形式，但是把紅光波段的反射率替換為紅光和短波紅外波段反射率的加權組合。因此，NDPI在監測植被活力和生長狀態時，不僅可以減少雪和土壤背景的影響，還對植被葉片含水量的變化敏感，非常適合用來用作冬小麥對干熱風災害的響應指標。

NDPI的計算公式為：

上述公式中，ρ_red、ρ_NIR、和ρ_SWIR分別是MODIS日反射率數據中在紅光波段、近紅外波段和短波紅外波段(波長范圍：1628–1652nm)接收到的地表反射率；所述MODIS日反射率數據指的是美國地球觀測系統系列衛星Aqua和Terra上搭載的中分辨率成像光譜儀(Moderate-resolution?imaging?spectroradiometer，縮寫為MODIS)獲取的經過Nadir雙向反射率分布函數調整后的地表日反射率數據。