[发明专利]一种农业干旱预警系统

说明书

技术领域

本发明涉及农业干旱预测技术领域，具体的涉及一种农业干旱预警系统。

背景技术

近年来，由全球气候变化引起的干旱等极端气候事件的频率和强度均呈显著的增加趋势，对生态系统及人类社会的可持续发展造成了深远的影响。资料显示，21世纪全球干旱的风险将进一步增加，如何准确的监测干旱发生的时间，评估干旱发生的程度，减缓干旱造成的影响已成为亟待解决的重要科学问题。

同时，干旱作为一种复杂的现象难以直接观测其发生时间、发展过程和影响范围，因而目前主要通过干旱指标对干旱事件进行描述。现有的农业干旱监测技术通常选取一个或多个干旱指标，获取区域一定时段的气象、农业数据，对计算结果进行定量与定性分析，已判断在该时段是否发生农业干旱，若发生农业干旱则说明该干旱发生的时间、程度及未来的持续状况，同时提供相应的解决措施。不同于气象干旱，不同的农作物、耕作方式以及土壤构成对水分的需求量是不同的，因而对农业干旱发生的定性判断及定量评估都应该因地制宜，无论是干旱指标的计算还是指标的评价都应体现区域的特点。

就现有技术来说，对于农业干旱仅仅就某一要素进行干旱指标的计算，虽然在特定区域取得了较好的效果然而该指标是否可以进行时空尺度的扩展还有待论证，并且这些指标对于农作物对干旱的抵抗力及滞后效应未能反映，预测趋势也随着指标选取的不同而相异，这些问题导致不同区域指标结果不具有可比性，且预测结果存在着一定的偏差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，提供一种农业干旱预警系统，从农业干旱的发生机理入手，明确不同的农作物在其各个生长的需水量，结合气象、土壤数据，选取多个较为科学、客观、操作性强的干旱指标对农业干旱进行监测。

为实现上述目的，达到上述效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种农业干旱预警系统，包括以下几个步骤：

步骤一：单向农业干旱指数计算；

1、标准化降水指数(SPI)

2、土壤相对湿度(Rsm)

3、作物水分亏缺指数(CWDI)

4、连续无有效降水(降雪、积雪)日数(Dnp)

5、降水量距平百分率

步骤二：综合农业干旱指数计算：结合单向农业干旱指数判断区域中某个点地区是否发生干旱；

步骤三：计算区域性农业干旱指标与时间农业干旱指标：确定农业干旱发生的范围、时间，并对干旱的发展状况进行判断,发出相应的干旱预警；

经过以上三步的计算，便可判断当前区域在某一时段的农业干旱状况，对农业干旱进行评估。

优选的，所述步骤一的标准化降水指数(SPI)计算为：假设某一时段的降水量为x，其满足Gamma分布的概率密度函数为：

式中：α＞0为形状参数；β＞0为尺度参数；x＞0为降水量，单位为mm；Γ(α)为Gamma分布的累积概率密度函数，为：

关于α与β的值可采用如下方法计算出估计值：

上式中:x_i为降水序列的样本值，为降水序列的平均值，n为计算序列的长度。由此可根据上述方程g(x)计算任意时间长度的累积概率：

由于Gamma方程中不包含x＝0的情况,在实际中若时间尺度内出现降水量为0情况，则使用下述方程计算累积概率密度:

H(x)＝q+(1-q)G(x)

上式中：q为降水量为0的概率，即设m为降水序列中降水量为0的数量，则有q＝m/n；

对上述方程进行正态化处理，即将上述方程所算得的概率值代入标准化的正态分布函数：

在实际应用中可对上式使用以下近似公式进行求解：

当0＜H(x)≤0.5时：

当0.5＜H(x)＜1时：

上式中：c0＝2.515517，c1＝0.802853，c2＝0.010328，d1＝1.432788，d2＝0.189269，d3＝0.001308。

优选的，所述步骤一的土壤相对湿度(Rsm)计算为：土壤相对湿度的计算如下式：