温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法技术

本发明专利技术是温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法，主要包括以下6个步骤：

【技术实现步骤摘要】
温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法


[0001]本专利技术涉及旱情检测
，尤其涉及温度光合有效辐射吸收比水分 盈亏量干旱指数测量方法。

技术介绍

[0002]干旱过程复杂和涉及方面较多，是最复杂和了解较少的自然灾害之一。 干旱的频率、持续时间和严重程度在近几十年中呈增加趋势，严重威胁陆地 生态系统、粮食安全和人类社会，成为世界突出问题。以中国为例，《中国 水旱灾害公报2017》指出2006-2017年农业旱灾面积达15316千公顷/年， 成灾面积为8126千公顷/年，造成经济损失882亿元/年。而且，陆地生态 系统的观测和模拟研究表明，长期持续的干旱事件会影响陆地生态平衡，造 成生态系统的植被生产力降低和物种的多样性减少等。随着遥感卫星技术的 高速发展，干旱遥感监测已成为常规手段。遥感监测干旱的方法有光谱特征 空间法、温度植被干旱指数法、温度/植被/降水状态指数法等，其中温度/ 植被/降水状态指数法计算简单而得到广泛应用。
[0003]国内外利用温度/植被/降水状态指数法建立干旱指数TCI、VCI和PCI 监测干旱，是对地表温度、植被和降水表征干旱的单一指标通过归一化处理 对干旱不同角度量化和分析。其中TCI表示地表温度的变化对干旱的影响； VCI表示植被受环境的胁迫程度来量化干旱严重程度；PCI反映降水的动态 变化。VCI、TCI和PCI均是基于多年同期区域相应指标的变化来定量评价旱 情。
[0004]VCI、TCI和PCI均从单一的角度反映旱情，但干旱的过程复杂和涉及方 面较多，因此从单一角度不能客观准确反映真实旱情。另外，VCI、TCI和 PCI没有考虑区域性差异的影响，VCI会受研究区地表覆盖类型的影响，例 如阔叶林、作物和裸地等的NDVI大小顺序依次为阔叶林>作物>裸地，根据 VCI计算公式可得，裸地因其NDVI最小降雨后仍是最干旱的，作物灌溉后其 干旱程度仍严重于阔叶林，且NDVI在高植被覆盖区还会出现饱和现象；TCI 和PCI会受到南北差异、极端温度及降水等研究区地理位置和极端天气的影 响。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种温度光合有效辐射吸收比水分 盈亏量干旱指数测量方法的测量方法，解决了现有技术中存在的旱情检测过 程中单一角度无法全面反映干旱情况的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：温度光合有效辐射吸 收比水分盈亏量干旱指数测量方法测量方法，其特征在于，包括以下主要步 骤：
[0007]1)获取研究区遥感数据、研究区气象站点数据和农业气象站点数据；
[0008]2)对步骤1)遥感数据统一时间和空间分辨率，把土壤含水量、蒸散通 量和降水通量分别转化为土壤体积含水量、蒸散量和降水量，根据降水量和 蒸散量计算水分盈亏量；光合有效吸收比例和地表温度乘以系数得到真实的 光合有效吸收比例和地表温度，并利
用S-G滤波根据质量控制文件纠正低质 量的数据；将温度、降水和相对土壤湿度根据站点时间整理出来；
[0009]3)对步骤2)的水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度获取研究区 的水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度标准化异常。
[0010]4)对步骤3)获得的水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度标准化 异常进行归一化处理。
[0011]5)计算获得研究区2001-2018年每个像元的TFWBDI值；
[0012]6)利用对步骤2)气象站点降水和温度计算标准化降水蒸散指数 (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)；
[0013]7)利用SPEI、农业气象站点实测10cm深度的相对土壤湿度及GLDAS 0-10cm土壤湿度，采用相关系数法对TFWBDI进行精度验证。
[0014]8)根据步骤5)中TFWBDI值得到研究区地表干湿状态的时空分布。
[0015]本专利技术的特点还在于：
[0016]步骤1)中，遥感数据包括土壤湿度、降水、蒸散量、光合有效吸收比 例、地表温度，研究区气象站点数据包括温度和降水；农业气象站点数据包 括相对土壤湿度。
[0017]步骤2)中，计算水分盈亏量的方法具体为：
[0018]GLDAS土壤湿度产品的单位是(kgm-2
),根据公式(1)将GLDAS土壤湿度 产品转化为体积含水量；GLDAS蒸发产品单位是(kg m-2
s-1
),把蒸散通量乘以 每个月的时间(秒/月)获得蒸散量；TRMM 3B43降水产品的单位是(h mm-1
)， 把降水通量乘以每个月的时间(小时/月)获得月降水量；根据降水量与蒸 散量差值获得水分盈亏量；
[0019]步骤2)中，获得光合有效吸收比例和地表温度的具体方法为：
[0020]MODIS光合有效吸收比例产品生成时被放大了100倍，所以需要乘以增 益系数0.01转化为真实的光合有效吸收比例；MODIS地表温度产品需要乘以 增益系数0.02转化为真实地表温度；MODIS光合有效吸收比例是8天合成 的，采用天数加权平均法合成月数据；由于遥感数据的空间分辨率不一致， 采用均值法重采样为统一的空间分辨率；
[0021]步骤2)中，整理温度、降水和相对土壤湿度的具体公式如下；
[0022][0023]式中，V
sm
表示土壤湿度的体积含水量，单位m
3 m-3
；H表示土壤层厚度， 单位mm；SCM表示GLDAS土壤湿度产品数据。
[0024]步骤3)中，标准化异常的公式为：
[0025][0026]式中，i、j、t和N分别代表遥感影像的行号、列号、时间和总年数；var 是水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度三个指标之一， var＝(var1,var2,var3)，var
k
是第k个指标数据；表示第k个指标在2001 年至2018年像元(i，j)的平均值；var
k
(i,j,t)表
示第k个指标在t时间像元 (i，j)的原始值；表示第k个指标在t时间像元(i，j)的标准化 异常。
[0027]步骤4)中，归一化处理的表达式为：
[0028][0029][0030][0031]式中，NSAWB、NSAFPAR和NSALST分表代表每个月的标准化SAWB、SAFPAR 和SALST值；SAWB、SAFPAR和SALST最小值和最大值分别指累积概率像元 0.1％和99.9％时的像素值。
[0032]步骤5)中，TFWBDI值的计算方法为：
[0033]将公式(3)、(4)和(5)代入三维空间干旱指数计算公式,即温度-光 合有效吸收比例-水分盈亏量干旱指数(Temperature-Fraction of Photosynthetically Active Radiation-Water Budget Dr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法测量方法，其特征在于，包括以下主要步骤：1)获取研究区遥感数据、研究区气象站点数据和农业气象站点数据；2)对步骤1)遥感数据统一时间和空间分辨率，把土壤含水量、蒸散通量和降水通量分别转化为土壤体积含水量、蒸散量和降水量，根据降水量和蒸散量计算水分盈亏量；光合有效吸收比例和地表温度乘以系数得到真实的光合有效吸收比例和地表温度，并利用S-G滤波根据质量控制文件纠正低质量的数据；将温度、降水和相对土壤湿度根据站点时间整理出来；3)对步骤2)的水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度获取研究区的水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度标准化异常。4)对步骤3)获得的水分盈亏量、光合有效吸收比例和地表温度标准化异常进行归一化处理。5)计算获得研究区2001-2018年每个像元的TFWBDI值；6)利用对步骤2)气象站点降水和温度计算标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)；7)利用SPEI、农业气象站点实测10cm深度的相对土壤湿度及GLDAS0-10cm土壤湿度，采用相关系数法对TFWBDI进行精度验证。8)根据步骤5)中TFWBDI值得到研究区地表干湿状态的时空分布。2.根据权利要求1所述的温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法测量方法，其特征在于，所述步骤1)中，遥感数据包括土壤湿度、降水、蒸散量、光合有效吸收比例、地表温度，研究区气象站点数据包括温度和降水；农业气象站点数据包括相对土壤湿度。3.根据权利要求1所述的温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法测量方法，其特征在于，所述步骤2)中，计算水分盈亏量的方法具体为：GLDAS土壤湿度产品的单位是(kgm-2
),根据公式(1)将GLDAS土壤湿度产品转化为体积含水量；GLDAS蒸发产品单位是(kg m-2
s-1
),把蒸散通量乘以每个月的时间(秒/月)获得蒸散量；TRMM 3B43降水产品的单位是(h mm-1
)，把降水通量乘以每个月的时间(小时/月)获得月降水量；根据降水量与蒸散量差值获得水分盈亏量。4.根据权利要求1所述的温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法测量方法，其特征在于，所述步骤2)中，获得光合有效吸收比例和地表温度的具体方法为：MODIS光合有效吸收比例产品生成时被放大了100倍，所以需要乘以增益系数0.01转化为真实的光合有效吸收比例；MODIS地表温度产品需要乘以增益系数0.02转化为真实地表温度；MODIS光合有效吸收比例是8天合成的，采用天数加权平均法合成月数据；由于遥感数据的空间分辨率不一致，采用均值法重采样为统一的空间分辨率。5.根据权利要求1所述的温度光合有效辐射吸收比水分盈亏量干旱指数测量方法测量方法，其特征在于，所述步骤2)中，整理温度、降水和相对土壤湿度的具体公式如下；式中，V
sm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英，党超亚，钱嘉鑫，朱蓉，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：