[发明专利]一种利用表层土壤水分监测农业干旱的方法

说明书

本发明公开了一种利用表层土壤水分监测农业干旱的方法包括：选取研究区土壤水分观测站点作为农业干旱采样的位置，并收集样本点位置的各种深度土壤水分数据；根据深度土壤水分数据的土壤相对湿度的划分标准，计算样本上的农业干旱等级；基于随机森林算法，挖掘样本上的农业干旱等级与表层微波卫星遥感土壤水分数据间的定量关系，通过定量关系计算区域的农业干旱等级，并采用验证指标描述区域的农业干旱等级的划分准确性；本发明的方法考虑了影响农业干旱的多种数据源土壤水分因子，克服了以往方法的单一性与局限性，实现利用多源土壤水分数据监测区域上的农业干旱空间分布。

技术领域

本发明涉及水利科学、农业科学及地理信息科学技术领域，具体为一种利用表层土壤水分监测农业干旱的方法。

背景技术

在我国，农业干旱灾害造成的损失占中国农业自然灾害损失的50％以上，且近20年在中国大部分地区有逐步加剧的趋势，严重影响了我国粮食的安全生产；及时、准确地监测区域上的农业干旱，可为制定抗旱减灾措施提供准确的科学理论依据，因此，研究一种有效地监测农业干旱的方法，一直是水利科学、农业科学及地理信息科学等学科研究的热点，然而由于干旱发生机理复杂，实现对干旱的精准监测是目前世界公认的科学难题。

近年来以多源土壤水分数据为数据源，学者们探索了一种利用机器学习算法来监测农业干旱，对研究干旱监测技术和评估方法具有现实意义；农作物所受水分胁迫程度与土壤水分含量密切相关，土壤水分通常被视为一项重要的农业干旱监测指标，目前土壤水分获取方式主要有两种：一是基于站点观测，二是基于微波遥感观测。

基于站点观测的土壤水分具有较高的精度，可以有效的监测农业干旱情况，然而我国的站点土壤水分数据监测开展普遍较晚，很多地区没有站点实测土壤水分数据，并且公开的站点实测土壤水分数据也很少，这给许多研究都带来困难，因此利用站点实测土壤水分数据进行农业干旱监测等的研究较少；其次，无论多高精度和观测频率的站点监测，其观测站点在空间上都是离散分布的，所以不能获取连续地表的土壤水分信息，此外，站点观测的土壤水分时间序列较短且成本较高，这些因素都制约了站点土壤水分方法在农业干旱监测上的应用和推广。而遥感技术的发展给基于土壤水分的研究提供了公开高效的渠道，基于遥感观测的土壤水分则具有全天时、全天候、对土壤水分变化敏感等优点，可具有较好的适用性，然而微波遥感只能反演土壤表层0-5cm的水分，无法有效地反映农田的干旱情况；如何挖掘表层土壤水分与农业干旱之间的潜在关系，成为该研究的重点。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

本发明实施例的第一方面，提供一种利用表层土壤水分监测农业干旱的方法，包括：选取研究区土壤水分观测站点作为农业干旱采样的位置，并收集样本点位置的各种深度土壤水分数据；根据所述深度土壤水分数据的土壤相对湿度的划分标准，计算样本上的农业干旱等级；利用微波卫星遥感土壤水分产品提取样本点上的表层微波卫星遥感土壤水分数据；基于随机森林算法，挖掘所述样本上的农业干旱等级与所述表层微波卫星遥感土壤水分数据间的定量关系，通过所述定量关系计算区域的农业干旱等级，并采用验证指标描述所述区域的农业干旱等级的划分准确性。

作为本发明所述的利用表层土壤水分监测农业干旱的方法的一种优选方案，其中：所述土壤相对湿度的计算包括，

其中，RSM表示土壤相对湿度，a表示作物发育期调节系数，n表示作物发育阶段对应土层厚度内观测层次的个数，w_i表示第i层土壤湿度，f_ci表示第i层土壤田间持水量。

作为本发明所述的利用表层土壤水分监测农业干旱的方法的一种优选方案，其中：所述土壤相对湿度的划分标准包括，