[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

权利要求书

1.一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法，其特征在于：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1中利用彭曼公式和地面气候数据计算蒸散发数据，将降水数据、蒸散发数据进行空间插值操作，植被健康指数数据进行重采样操作，得到研究区范围内相应的栅格数据，保证土壤水分数据、降水数据、蒸散发数据、植被健康指数数据的空间分辨率一致；

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，具体实现方式如下；

借助交叉小波分析方法做土壤水分对降水、土壤水分对蒸散发的交叉小波变换，得出土壤水分对降水的交叉小波能量谱、高能量聚集区的相位关系，以及土壤水分对蒸散发的交叉小波能量谱、高能量聚集区的相位关系，并计算相应的滞后时间；

(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；

步骤(22)的具体实现方式如下，

定义气候条件为D_j，表示研究区的前期气候条件，其值越大越干旱；

其中PCI_j和ECI_j定义为降水条件和蒸散发条件，分别表示降水和蒸散发相对于历史总体水平的相对值；P_j和E_j分别表示降水和蒸散发在j时段的绝对值，P_max，E_max，P_min，E_min分别表示历史时期降水和蒸散发的最大值和最小值；根据该公式的计算，PCI_j和ECI_j的范围均为0到1，PCI_j值越大表示降水越少，ECI_j值越小表示蒸散发越多；

(23)定义农业干旱指数为CADI_i，计算公式如下：

其中SMCI_i定义为土壤水分条件，将土壤水分条件作为乘数因子，与前期气候条件D_j相乘，得到农业干旱指数，i与j之间的差值表示土壤水分滞后于降水和蒸散发的时间；PCI_j和ECI_j定义为降水条件和蒸散发条件，分别表示降水和蒸散发相对于历史总体水平的相对值；

SMCI_i表示土壤水分相对于历史总体水平的相对值，SM_i表示土壤水分在i时段的绝对值，SM_max、SM_min分别表示历史时期土壤水分的最大值和最小值；

最后，将等式(1)中的CADI_i值归一化在0和1之间，然后将其乘以8，得到CADI′_i，以便于选择干旱阈值进行干旱等级划分；

步骤3，将CADI′_i与传统干旱指数进行相关性分析，然后对CADI′_i进行不同干旱等级的阈值划分，最后将CADI′_i应用于研究区域的时间、空间角度进行农业干旱监测，并与历史上的作物受旱灾面积数据相比较。

2.根据权利要求1所述的一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法，其特征在于：步骤3中利用步骤1中获取的降水数据和蒸散发数据计算各个月尺度的标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI，将CADI′_i与SPI，SPEI，植被健康指数进行相关性分析。

3.根据权利要求1所述的一种基于土壤水分对气象时滞的农业干旱监测方法，其特征在于：干旱等级的阈值划分设置为：正常：0-0.2；轻度干旱：0.2-0.4；中度干旱：0.4-0.6；重度干旱：0.6-1；极端干旱：＞1。