[发明专利]一种农业干旱监测与预警预报方法

说明书

技术领域

本发明属于农业技术领域，尤其涉及一种农业干旱监测与预警预报方法。

背景技术

干旱是世界范围内最为严重的气候灾害之一，已经严重地影响了人类社会、经济的可持续发展，并且威胁着人类赖以生存的自然环境。我国的农业大省，降水季节波动与年际变化显著，空间分布不均匀，农业干旱发生频繁且危害严重，给当地带来了巨大的经济损失，如何减轻旱灾风险是面临的长期而艰巨的任务。干旱监测预报是防旱抗旱工程规划和实施的基础，快速准确掌握区域干旱状况，有利于决策和管理部门快速响应，减少由于干旱而造成的各方面的损失。因此，研究探讨切实可行的干旱监测方法，对促进农业生产、保障粮食安全、提升政府应对自然灾害能力和社会的可持续发展有十分重要的意义。

传统的基于台站网络的监测方法对大范围的旱情监测和评估缺乏实效性和代表性，难以满足大范围监测的需要。遥感可以快速、高效地获取监测区连续面空间上的信息,对旱情的监测、评估和预警具有快速、及时、宏观等特点。但由于干旱发生发展以及自然条件的复杂性，采用单一的遥感数据进行干旱监测，无论光学遥感还是微波遥感，都存在一定的局限性和不确定性。不同传感器可提供地物不同特征的遥感信息，它们之间存在一定的互补性，因此，多源数据协同利用在一定程度上可弥补单一数据源的不足，提高遥感干旱监测精度和实用性。但是如何将数据源的信息进行有效耦合，最大程度发挥不同传感器的优势？这是当前遥感干旱监测亟待解决的问题，同时也是国际科学的前沿问题和遥感反演的一个重要研究方向。

国内外研究现状：

从20世纪60年代开始，国内外就有人尝试从地面遥感、航空遥感和卫星遥感等不同层次，使用可见光、红外、微波(L,C,X)等遥感波段，通过地区蒸发估计、作物表面温度、土壤热容量、植物水分胁迫及叶片含水量等监测方法，对作物生长的土壤含水状况、作物缺水或供水状况、植被指数等指标所反映的作物生长状况的分析，直接或间接地对作物旱情进行研究。其方法具体可归结为反射率法、热惯量法、植被指数法(如NDVI[10,11]、VCI[12]、NDWI、AVI)、温度-植被指数法(如VSWI、VTCI、TDVI)、微波法，以及结合气象数据的作物缺水指数法和水分亏缺指数法。

由于各反演方法都是在特定的条件下建立并发展起来的，因而不可避免地带有一定的局限性。反射率法操作简便快捷，但易受周围环境及自身成分性质等的影响，只适用于地形平坦，地貌单一且土壤组成比较典型的地区；植被指数法一般在植被覆盖度较高的地区或时段，能够取得比较好的效果；热惯量法适合于裸地或植被生长初期土壤水分的反演；作物缺水指数法和水分亏缺指数需要气象数据的配合；温度-植被指数法可以有效地克服土壤背景的影响，在不同的植被覆盖区都可取得较好结果，但计算所用的光学数据受天气条件的限制。云层的影响不但制约了反演精度，而且造成结果在空间上分布不连续，这也是光学遥感普遍存在的问题。微波遥感可全天候全天时监测，但是微波信号易受地表植被干扰，且主动微波遥感成本较高，雷达参数与目标特征参数间的关系复杂，很多不确定性问题有待深入研究；被动微波遥感是大尺度土壤水分监测的一种非常有效的手段，但空间分辨率较低，在区域尺度上的应用受到限制。

鉴于微波和光学遥感在干旱监测的优势与不足，联合光学和微波遥感数据开展土壤水分反演成为当前研究的一个热点。Dabrowska-Zielinska等人使用 AVHRR、ATSR、RADARSAT等数据反演土壤湿度；Zhang等人基于ASAR影像数据和光学影像数据，结合水云模型构建了小麦土壤含水量的反演算法；马等构建了以L波段土壤发射率和NDVI为自变量的土壤水分反演模型，余等将ASAR和 TM数据联合反演土壤水分。这些成果表明，联合光学与微波的遥感数据得到的反演结果相对单一数据源反演结果均有所提高。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的研究在模型构建时，土壤水分、温度由实地采集，而地物的反射和发射信息来自星载或机载传感器。由于受环境的影响以及校正算法的不确定性，来自卫星的信息可能会在一定程度上失真，加上光学和微波数据获取的非同步性，导致构建的反演模型的适用性偏低；现有技术不能通过构建稳健可靠的光学-微波协同的反演模型，开展地面控制性实验，获取同步的地物的反射、发射、土壤水分、植被覆盖度等信息。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种农业干旱监测与预警预报方法。

本发明是这样实现的，一种农业干旱监测与预警预报方法，所述农业干旱监测与预警预报方法包括：