[发明专利]一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法

说明书

本发明涉及一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法，包括以下步骤：准备研究区数据，利用彭曼公式计算蒸散发数据，将降水和蒸散发插值，植被健康指数重采样，保证研究区内其月均值数据具有相同的空间分辨率。借助交叉小波分析方法估算土壤水分对降水、土壤水分对蒸散发的滞后时间；依次计算降水、蒸散发、土壤水分相对于历史总体水平的相对值，结合时间滞后情况计算研究区的农业干旱指数。将本发明与传统干旱指数进行相关性分析，并在时间、空间、作物受旱灾面积方面证明本发明的可靠性。本发明构建了一种全新的农业干旱指数，以实现更准确的农业干旱识别、监测与灾害损失评估，可为自然灾害监测评估，防灾减灾决策制定提供重要科学依据。

技术领域

本发明属于空间信息技术在水利工程学领域应用技术，特别涉及一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法。

背景技术

农业干旱是由于土壤水分不足导致农作物减产的现象，会制约粮食生产并导致全球性的粮食安全问题。干旱指数被广泛应用于识别和监测干旱状况，以便定量评估干旱的强度、持续时间和空间范围，目前已成为监测干旱事件的有效方法。

传统的干旱指数被广泛应用于全球的干旱研究中，如帕尔默干旱指数、标准化降水指数、标准化降水蒸散指数。上述指数多是为特定应用如气象干旱而设计的，仅考虑了降水和蒸散发比较单一的气象因子，在反映农业干旱机制和干旱对农作物的影响方面存在不足，并且由于土壤中残留水分的影响，植被对降水不足的滞后响应使农业干旱可能滞后于传统干旱指数。在综合考虑土壤水分和水文、气象因子构建农业干旱指数方面已有大量研究成果，如基于降水、径流和土壤水分因子构建了综合干旱指数，并通过熵权法确定每个因子的权重；或基于地表温度与植被状况的反比关系，然后考虑了植被对土壤水分的响应，将土壤水分设定为乘数因子，建立了土壤水分农业干旱指数。但多因子之间可能存在的滞后关系仍需要深入探索。

根据应用领域可以将干旱分为各种类别，导致干旱的本质原因是降水不足，导致农业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来源之一，同时土壤水分通过影响潜热通量和显热通量的分配对蒸散发和降水具有重要的反馈作用，降水作为土壤水的输入因子，蒸散发作为土壤水的输出因子，因此，土壤水分、降水、蒸散发之间具有复杂的响应与反馈关系。降水量、蒸散发和土壤水分是构建农业干旱指数，对农业干旱进行监测时必须考虑的潜在因子。

综合以上研究，已有不少学者对利用干旱指数进行农业干旱监测进行了研究。构建包含土壤水分、降水量及蒸散发因子，并考虑时间滞后效应的农业干旱指数，以实现更准确的农业干旱识别、监测与灾害损失评估，对自然灾害监测评估、防灾减灾决策制定具有重要应用价值。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法，基于土壤水分、降水量和蒸散发因子，并考虑土壤水分对降水量和蒸散发因子的时间滞后效应，构建一种全新的农业干旱指数，实现对农业干旱的进行监测。

本发明采用的技术方案如下，一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法，包括以下步骤，

步骤1，数据预处理；

准备研究区数据，包括长时序土壤水分数据、降水数据、蒸散发数据、植被健康指数数据、地面气候数据，其中地面气候数据包括日照时间、平均温度、平均最高温度、平均最低温度、平均风速、平均水气压和平均相对湿度；

步骤2，农业干旱指数的构建与计算，包括如下子步骤；

(21)滞后时间的计算

(22)对降水数据和蒸散发数据进行归一化，以消除不同数据绝对值大小的影响并促进干旱标准的统一性；

(23)定义农业干旱指数为CADI_i，计算公式如下：