一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法，采用仿真技术模拟作物生长过程，识别农作物需水、缺水信息，利用遥感监测旱情信息和实测农作物受旱成灾信息进行同化融合，以不断更新农田水分循环模拟模型状态变量与参数，同化后的模型模拟农业干旱等级与实际旱情较好的拟合度，实现对旱情及趋势的全面监视和评估的目的。基于农田水分循环模拟与遥感、实测信息同化的农业干旱评估模型是可行的，为及时、准确识别评估农业干旱提供一种新方法，对我国旱情监测评估方面有着重要应用和推广价值。

An agricultural drought assessment method based on information assimilation and fusion

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法
本专利技术涉及一种干旱评估方法，属于干旱评估
；特别涉及一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法。
技术介绍
农业干旱是以土壤中实际贮存的、可供作物利用的水量多少为依据，判别作物的受旱情况。无论是降水还是灌溉，水分都要首先贮存在土壤中，然后被作物生长逐步吸收利用。另外，区域的气象、水文、灌溉等条件以及灌溉用水管理状况，也都能够很好地通过农业干旱信息得以体现。因此，可通过土壤墒情信息、农作物缺水信息及遥感影像识别农业干旱。如何判别农业干旱是旱情预测预警的关键，为表征农业干旱的发生与发展过程，可采用多种判别方法。采用仿真技术模拟作物生长过程，识别农作物需水、缺水信息，并利用遥感信息进行同化是判别农业干旱行之有效的方法，可及时、准确识别评估农业干旱，对我国旱情监测评估方面有着重要应用和推广价值。干旱评估方法发展主要经历了以下四个阶段：①站点干旱强度分析阶段：最初的干旱评估主要是局限于站点数据，运用干旱指标对各站点某时刻干旱强度进行计算分析；②站点干旱特征分析阶段：运用游程理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)确定农业干旱评估范围；/n(2)获取分析数据，包括气象、水文、土壤墒情信息；/n(3)获取并处理评估范围内与分析数据同期的MODIS源数据中1B级数据，所述MODIS源数据的处理包括辐射校正、几何校正、大气校正和云检测；/n(4)根据监测时段逐日归一化植被指数NDWI数据集，采用平均值合成法计算出旬NDWI指数，分析NDWI指数与旱情等级关系，得到逐旬遥感监测旱情信息；所述归一化植被指数NDWI按照如下公式计算：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法，其特征在于，包括步骤：
(1)确定农业干旱评估范围；
(2)获取分析数据，包括气象、水文、土壤墒情信息；
(3)获取并处理评估范围内与分析数据同期的MODIS源数据中1B级数据，所述MODIS源数据的处理包括辐射校正、几何校正、大气校正和云检测；
(4)根据监测时段逐日归一化植被指数NDWI数据集，采用平均值合成法计算出旬NDWI指数，分析NDWI指数与旱情等级关系，得到逐旬遥感监测旱情信息；所述归一化植被指数NDWI按照如下公式计算：



其中，ρnir、ρred分别表示植被在近红外波段和红光波段上的反射率；
(5)根据分析数据及农田水量平衡原理，以农田表层为原型，建立农田水分循环模型，模拟农作物生长期农田水分循环过程，得到模拟旱情信息，包括作物旬需水量ETM及作物旬缺水量QET，逐日农作物需水量ETMi、逐日作物缺水量QETi；其中，i表示数据的日期；
(6)根据步骤(5)得到作物旬需水量ETM及作物旬缺水量QET，按照如下公式计算农作物旬缺水率θ：



(7)根据计算的农作物旬缺水率θ，划分农业干旱等级标准值判别模拟的农业干旱等级；
(8)根据步骤(4)得到的逐旬遥感监测旱情信息和实测干旱信息，采用逐步迭代法得到同化融合后的农田水分循环模拟模型；
(9)对同化融合后的农田水分循环模拟模型进行参数调整，使农业干旱信息同化至误差系列期望值为0、协方差为给定的先验误差为止，得到农业干旱评估模型；其中，所述误差系列期望值为每一旬模拟的农业干旱等级与实际干旱等级之差值；
(10)判断通过农业干旱评估模型模拟的农业干旱等级与实际旱情等级是否一致，若一致，保留该模型，并对下一时刻农业干旱进行评估，输出农业干旱等级值，评估结束；否则跳转至步骤(8)。


2.根据权利要求1所述的一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法，其特征在于，步骤(2)中，所述气象信息包括：评估范围内的降水量、蒸发量、气温；所述水文信息包括：评估范围内的河川径流量、水库蓄水量、地下水水位；所述土壤墒情信息包括：评估范围内的土壤含水量、农作物缺墒。


3.根据权利要求1所述的一种基于信息同化融合的农业干旱评估方法，其特征在于，步骤(5)包括：
(5.1)根据计划湿润层的水分平衡方程，计算作物逐日实际耗水量ETi；所述水分平衡方程如下公式所示：
Wi+1-Wi＝Pi+Gi+Isi+Igi+Ui-Esi-Eci-Qi-Rgi-Si
其中，Wi、Wi+1为第i日初、末土壤含水量，Pi、Gi、Isi、Igi、Ui分别为第i日进入计划湿润层的降水量、灌溉水量、地表水流入量、土壤中水的流入量和地下水补给量，Esi、Eci、Qi、Rgi、Si分别为第i日流出计划湿润层的土壤蒸发量、作物蒸腾量、农田表面产生的径流、土壤中水的流出量和深层渗漏量；
所述作物逐日实际耗水量ETi如下公式所示：
ETi＝Esi+Eci
(5.2)计算逐日作物需水量ETMi：
ETMi＝a×E601,i
其中，ETMi为作物需水量；α为作物需水系数；E601,i为蒸发器的实测水面蒸发量；
(5.3)根据逐日作物需水量ET...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪深海，顾颖，刘静楠，王小军，彭岳津，戴星，王亨力，朱国忠，喻石，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32