一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，定义标准化饱和水汽压差指数为干旱指数，表征干旱状况，用于对陆地生态系统的干旱情况进行监测；标准化饱和水汽压差指数的计算方法包括以下步骤：获取气象站或野外观测站的地面气温、地面气压和相对湿度的气象资料；由气象资料计算饱和水汽压和实际水汽压；由饱和水汽压差计算出标准化饱和水汽压差指数。本发明专利技术提出新的干旱指数应用于农业或生态系统的干旱监测，可反映除大气降水供应短缺以外的干旱情况，计算方法简单、结果准确且稳定，参与计算的观测数据易获取，不依靠额外的观测仪器，因此可免除额外仪器的安装和维护成本，具有时间和空间的连续性，能更准确地描述农田、森林、草地等陆地生态系统中发生的干旱。

【技术实现步骤摘要】
一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法
本专利技术涉及一种干旱指数计算方法，尤其涉及一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法。属于卫星遥感应用领域。
技术介绍
干旱是一种多发的极端气候事件，同时也是最具破坏性的自然灾害之一。频繁发生的干旱灾害会给生态环境、农业生产、经济活动、社会民生等带来严重影响。现有用于监测干旱强度的干旱指数包括：标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSMI)和帕尔默干旱指数(PDSI)等。但是现有的干旱指数普遍具有局限性，如(1)标准化降水指数(SPI)，仅能反映大气降水供应的短缺引起的干旱变化；(2)标准化降水蒸散发指数(SPEI)，需要估算潜在蒸散发(PET)，但是潜在蒸散发存在多种算法，不同算法差异很大，导致潜在蒸散发具有非常大的不确定性。(3)标准化土壤湿度指数(SSMI)，仅需要土壤湿度观测数据，但是目前观测稀少、时间和空间连续性差，此外，观测仪器安装和维护成本高。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，本方法定义标准化饱和水汽压差指数为干旱指数，表征干旱状况，用于对陆地生态系统的干旱情况进行监测；标准化饱和水汽压差指数的计算方法包括以下步骤：步骤一、获取气象站或野外观测站的地面气温、地面气压和相对湿度的气象资料；步骤二、由地面气温和地面气压计算出饱和水汽压；步骤三、由相对湿度和饱和水汽压计算出实际水汽压；步骤四、由实际水汽压和饱和水汽压计算出饱和水汽压差；步骤五、由饱和水汽压差计算出标准化饱和水汽压差指数。进一步地，步骤五中标准化饱和水汽压差指数的计算方法如公式①所示：其中，F为VPD在时间尺度上时间序列服从伽玛分布的拟合函数，为该时间尺度上的F时间序列的平均值，σF是该时间尺度的F时间序列的标准差，SVPDI为标准化饱和水汽压差指数。进一步地，步骤五中标准化饱和水汽压差指数的计算方法如公式②所示：其中，为某一个时间尺度上的水汽压差的平均值，σVPD为该时间尺度上的水汽压差的标准差，SVPDI为标准化饱和水汽压差指数。进一步地，步骤四中饱和水汽压差的计算方法如公式③所示：VPD＝es-ea，公式③其中，es为饱和水汽压，ea为实际水汽压，VPD为饱和水汽压差的时间序列。进一步地，步骤三中实际水汽压的计算方法如公式⑥所示：ea＝esHR/100，公式⑥其中，ea为实际水汽压，es为饱和水汽压，HR为相对湿度。进一步地，步骤二中计算饱和水汽压的方法如公式④和公式⑤所示：fw＝1+7×10-4+3.46×10-6Ps，公式⑤其中，es为在气温Ta和气压Ps下的饱和水汽压；es的单位为kPa，Ta的单位为℃，Ps的单位为hPa，fw为中间函数，e为自然常数。本专利技术提出新的干旱指数应用于农业或生态系统的干旱监测，基于饱和水汽压差的变化表征干旱状况，可反映除大气降水供应短缺以外的干旱情况，计算方法简单、结果准确且稳定，参与计算的观测数据易获取，不依靠额外的观测仪器如土壤湿度测试仪器，因此可免除额外仪器的安装和维护成本，具有时间和空间的连续性，能更准确地描述农田、森林、草地等陆地生态系统中发生的干旱。附图说明图1为本专利技术的计算流程图。图2为时间尺度为3个月下标准化饱和水汽压差指数与标准化降水指数、标准化降水蒸散发指数的干旱时期对比图。图3为时间尺度为6个月下标准化饱和水汽压差指数与标准化降水指数、标准化降水蒸散发指数的干旱时期对比图。图4为时间尺度为12个月下标准化饱和水汽压差指数与标准化降水指数、标准化降水蒸散发指数的干旱时期对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示的基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，本方法定义标准化饱和水汽压差指数为干旱指数，表征干旱状况，用于对陆地生态系统的干旱情况进行监测；标准化饱和水汽压差指数的计算方法包括以下步骤：步骤一、获取气象站或野外观测站的地面气温、地面气压和相对湿度的气象资料；步骤二、由地面气温和地面气压计算出饱和水汽压；如公式④和公式⑤所示：fw＝1+7×10-4+3.46×10-6Ps，公式⑤其中，es(单位kPa)为在气温Ta(单位℃)和气压Ps(单位hPa)下的饱和水汽压；fw为中间函数，e为自然常数。步骤三、由相对湿度和饱和水汽压计算出实际水汽压；如公式⑥所示：ea＝esHR/100，公式⑥其中，ea为实际水汽压，HR为相对湿度(单位％)。步骤四、由实际水汽压和饱和水汽压计算出饱和水汽压差；如公式③所示：VPD＝es-ea，公式③其中，es为饱和水汽压，ea为实际水汽压，VPD为饱和水汽压差的时间序列。步骤五、由饱和水汽压差计算出标准化饱和水汽压差指数。如公式②所示：其中，为某一个时间尺度上的水汽压差的平均值，σVPD为该时间尺度上的水汽压差的标准差，SVPDI为标准化饱和水汽压差指数。或者如公式①所示：其中，F为VPD在时间尺度上时间序列服从伽玛分布的拟合函数，为该时间尺度上的F时间序列的平均值，σF是该时间尺度的F时间序列的标准差，SVPDI为标准化饱和水汽压差指数。SVPDI小于0表示空气或地表湿度低于正常值，呈现水分亏缺的状态；反之，SVPDI大于0表示空气或地表湿度大于正常值，呈现水分盈余的状态，值的大小表示偏离正常值的程度。按照世界气象组织(WMO)提出的干旱分类体系，干旱等级分为轻度干旱、中度干旱、重度干旱和极端干旱，不同干旱等级间的分隔点为数据的1σ(σ为标准差)、1.5σ和2σ。SVPDI服从标准正态分布(μ＝0；σ＝1)，因而，SVPDI干旱等级划分如表1所示。若按照正态分布的特征，出现轻度、中度、重度和极端干旱的概率分别为34.1％、9.2％、4.4％和2.3％。干旱事件出现轻度、中度、重度和极端干旱的重复周期分别约为3、10、20和50年。表1.标准化饱和水汽压差(SVPDI)干旱等级划分干旱等级取值范围发生概率(％)重复周期(年)轻度干旱-1＜SVPDI≤034.13中度干旱-1.5＜SVPDI≤-19.210重度干旱-2＜SVPDI≤-1.54.420极端干旱SVPDI≤-22.350本专利技术的干旱监测应用如下：本专利技术以1981本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，其特征在于：本方法定义标准化饱和水汽压差指数为干旱指数，表征干旱状况，用于对陆地生态系统的干旱情况进行监测；标准化饱和水汽压差指数的计算方法包括以下步骤：/n步骤一、获取气象站或野外观测站的地面气温、地面气压和相对湿度的气象资料；/n步骤二、由地面气温和地面气压计算出饱和水汽压；/n步骤三、由相对湿度和饱和水汽压计算出实际水汽压；/n步骤四、由实际水汽压和饱和水汽压计算出饱和水汽压差；/n步骤五、由饱和水汽压差计算出标准化饱和水汽压差指数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，其特征在于：本方法定义标准化饱和水汽压差指数为干旱指数，表征干旱状况，用于对陆地生态系统的干旱情况进行监测；标准化饱和水汽压差指数的计算方法包括以下步骤：
步骤一、获取气象站或野外观测站的地面气温、地面气压和相对湿度的气象资料；
步骤二、由地面气温和地面气压计算出饱和水汽压；
步骤三、由相对湿度和饱和水汽压计算出实际水汽压；
步骤四、由实际水汽压和饱和水汽压计算出饱和水汽压差；
步骤五、由饱和水汽压差计算出标准化饱和水汽压差指数。


2.根据权利要求1所述的基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，其特征在于：步骤五中标准化饱和水汽压差指数的计算方法如公式①所示：



其中，F为VPD在某一个时间尺度上时间序列服从伽玛分布的拟合函数，为该时间尺度上的F时间序列的平均值，σF是该时间尺度的F时间序列的标准差，SVPDI为标准化饱和水汽压差指数。


3.根据权利要求1所述的基于饱和水汽压差的干旱指数计算方法，其特征在于：步骤五中标准化饱和水汽压差指数的计算方法如公式②所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：张选泽，张永强，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11