[發明專利]一種基于土壤水分對氣象時滯的農業干旱監測方法

有效

• 申請號: 202110257127.1
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113095621B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 陸建忠;田晴;陳曉玲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06F17/14;G06F17/18;G06Q50/02
• 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

本發明涉及一種基于土壤水分對氣象時滯的農業干旱監測方法，包括以下步驟：準備研究區數據，利用彭曼公式計算蒸散發數據，將降水和蒸散發插值，植被健康指數重采樣，保證研究區內其月均值數據具有相同的空間分辨率。借助交叉小波分析方法估算土壤水分對降水、土壤水分對蒸散發的滯后時間；依次計算降水、蒸散發、土壤水分相對于歷史總體水平的相對值，結合時間滯后情況計算研究區的農業干旱指數。將本發明與傳統干旱指數進行相關性分析，并在時間、空間、作物受旱災面積方面證明本發明的可靠性。本發明構建了一種全新的農業干旱指數，以實現更準確的農業干旱識別、監測與災害損失評估，可為自然災害監測評估，防災減災決策制定提供重要科學依據。

技術領域

本發明屬于空間信息技術在水利工程學領域應用技術，特別涉及一種基于土壤水分對氣象時滯的農業干旱監測方法。

背景技術

農業干旱是由于土壤水分不足導致農作物減產的現象，會制約糧食生產并導致全球性的糧食安全問題。干旱指數被廣泛應用于識別和監測干旱狀況，以便定量評估干旱的強度、持續時間和空間范圍，目前已成為監測干旱事件的有效方法。

傳統的干旱指數被廣泛應用于全球的干旱研究中，如帕爾默干旱指數、標準化降水指數、標準化降水蒸散指數。上述指數多是為特定應用如氣象干旱而設計的，僅考慮了降水和蒸散發比較單一的氣象因子，在反映農業干旱機制和干旱對農作物的影響方面存在不足，并且由于土壤中殘留水分的影響，植被對降水不足的滯后響應使農業干旱可能滯后于傳統干旱指數。在綜合考慮土壤水分和水文、氣象因子構建農業干旱指數方面已有大量研究成果，如基于降水、徑流和土壤水分因子構建了綜合干旱指數，并通過熵權法確定每個因子的權重；或基于地表溫度與植被狀況的反比關系，然后考慮了植被對土壤水分的響應，將土壤水分設定為乘數因子，建立了土壤水分農業干旱指數。但多因子之間可能存在的滯后關系仍需要深入探索。

根據應用領域可以將干旱分為各種類別，導致干旱的本質原因是降水不足，導致農業干旱的直接原因是土壤水分不足，降水量是土壤水分的重要來源之一，同時土壤水分通過影響潛熱通量和顯熱通量的分配對蒸散發和降水具有重要的反饋作用，降水作為土壤水的輸入因子，蒸散發作為土壤水的輸出因子，因此，土壤水分、降水、蒸散發之間具有復雜的響應與反饋關系。降水量、蒸散發和土壤水分是構建農業干旱指數，對農業干旱進行監測時必須考慮的潛在因子。

綜合以上研究，已有不少學者對利用干旱指數進行農業干旱監測進行了研究。構建包含土壤水分、降水量及蒸散發因子，并考慮時間滯后效應的農業干旱指數，以實現更準確的農業干旱識別、監測與災害損失評估，對自然災害監測評估、防災減災決策制定具有重要應用價值。

發明內容

本發明目的在于提出一種基于土壤水分對氣象時滯的農業干旱監測方法，基于土壤水分、降水量和蒸散發因子，并考慮土壤水分對降水量和蒸散發因子的時間滯后效應，構建一種全新的農業干旱指數，實現對農業干旱的進行監測。

本發明采用的技術方案如下，一種基于土壤水分對氣象時滯的農業干旱監測方法，包括以下步驟，

步驟1，數據預處理；

準備研究區數據，包括長時序土壤水分數據、降水數據、蒸散發數據、植被健康指數數據、地面氣候數據，其中地面氣候數據包括日照時間、平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度、平均風速、平均水氣壓和平均相對濕度；

步驟2，農業干旱指數的構建與計算，包括如下子步驟；

(21)滯后時間的計算

(22)對降水數據和蒸散發數據進行歸一化，以消除不同數據絕對值大小的影響并促進干旱標準的統一性；

(23)定義農業干旱指數為CADI_i，計算公式如下：