[发明专利]一种基于土壤水分亏缺的农业干旱监测方法

说明书

本发明公开了一种基于土壤水分亏缺的农业干旱监测方法，提出了一种改进的土壤水分亏缺农业干旱监测指数(mSWDI)，该指数顾及了土壤耗水系数和土壤收缩特性，主要针对遥感土壤水分产品。其包括以下的步骤：计算一个时间周期内的遥感土壤含水量均值；估算33kpa、1500kpa时的土壤含水量；顾及土壤收缩特性和土壤耗水系数，计算土壤可用含水量；结合土壤水分均值、田间持水量、可用含水量，计算mSWDI；根据mSWDI分值判断农业干旱程度。本发明顾及了动态的潜在蒸散发和不同的作物类型造成的土壤可用含水量的变动和高粘土含量具有的土壤收缩特性导致的土壤可用含水量高估，使农业干旱监测的空间和时间尺度更具有可比性。

技术领域

本发明属于农业干旱监测技术领域，具体地说，提出了一种改进的土壤水分亏缺农业干旱监测指数(mSWDI)，该指数顾及了土壤耗水系数和土壤收缩特性，主要针对遥感土壤水分产品，是一种普适性更强的干旱监测方法。

背景技术

传统的农业干旱监测是基于气象站点或土壤水分监测站点等，根据点信息进行空间插值进而监测全国干旱情况，不能满足农业干旱的评估和农业管理。遥感技术的出现为我国监测农业干旱带来的新的发展和便利。

由降雨减少导致的土壤水分亏缺是农业干旱的第一表征，土壤水分缺乏，没有充足的土壤水分供给植物，将影响植物的正常生长。所以，相比其他参数，土壤水分是一个非常关键和及时的因素。微波遥感技术不受天气因素影响，而且可以探测地表往下几厘米处的土壤水分含量，对土壤水分的变动十分敏感。微波遥感是一种很有价值的全球尺度或区域尺度的土壤水分监测工具。同时，被动微波遥感具有覆盖范围广、数据处理简单、时间分辨率很高(1-3天)等优势，带来了丰富的土壤水分产品，如SMAP土壤水分产品。其中，L波段已经被认为是最优越的土壤水分探测波段，因为它可以探测到地表5cm处的土壤水分，具有相对较高的探测精度，能有效的反映土壤水分的空间变化，十分适用于基于土壤水分的相关应用。另外，还有许多模式产品也可以提供高时间分辨率的土壤水分产品，比如，全球陆面数据同化系统(GLDAS)。总之，大量的土壤水分产品的出现给基于土壤水分监测农业干旱带来了契机。

许多学者已经开始研究基于微波遥感土壤水分的农业干旱指数，包括土壤水分异常变化分析和绝对值分析，土壤水分和温度植被相结合的干旱指数研究，如，高分辨率土壤水分亏缺指数(HSMDI)，土壤水分农业干旱指数(SMADI)，土壤水分和土壤特征相结合的干旱指数研究，如，土壤水分指数(SMI)，改正的土壤水分指数(mSMI)，土壤水分亏缺指数(SWDI)。还有学者将微波遥感土壤水分与站点气象驱动数据相结合进行农业干旱预测。其中，土壤水分亏缺指数(SWDI)利用动态变化的土壤水分和土壤农业水文特性(田间持水量和土壤凋萎系数)，直接根据根区可用的土壤水分判断是否有充足的水分可被植物吸收，物理意义明确，在不同时间尺度和空间尺度上具有可比性，计算简单且可以短周期监测干旱情况，被认为是非常有价值的干旱指数。许多学者通过将SWDI和微波遥感土壤水分产品相结合进行农业干旱监测研究。但作物的可用含水量还与作物类型和土壤水分消耗有关，另外，粘土含量过高，会给可用含水量估值带来误差。因此，SWDI还需要进一步发展，需要考虑土壤膨胀特性和土壤耗水因素等，使其具有更强的通用性和干旱监测能力，空间尺度具有更强的可比性。

发明内容

本发明提供了一种顾及土壤耗水系数和土壤收缩特性的土壤水分亏缺指数(mSWDI)，解决了动态的潜在蒸散发和不同的作物类型造成的土壤可用含水量的变动和高粘土含量具有的土壤收缩特性导致的土壤可用含水量高估，可以快速进行农业干旱监测。

本发明所采用的技术方案是：一种基于土壤水分亏缺的农业干旱监测方法，提供了一个顾及土壤耗水系数和土壤收缩特性的土壤水分亏缺指数(mSWDI)，适用于遥感土壤水分产品，具体包括以下步骤：

步骤(1)，计算一个时间周期内的遥感土壤水分数据均值；

步骤(2)，估算33kpa、1500kpa时的土壤含水量；