一种植被干旱监测评估方法技术

本发明专利技术公开了一种植被干旱监测评估方法，包括以下步骤：对照干旱指数的筛选、VCI和TCI不同贡献值下的VHI指数计算、评估不同a值的VHI指数与对照干旱指数的相关程度并提取不同地区最佳贡献值、最后通过不同地区的最佳贡献值计算其各自对应的VHI指数，得到改进后的VHI指数空间分布图，实现整个研究区域的植被干旱综合评估。本发明专利技术的方法在不同水热条件、下垫面条件的干旱影响范围识别、旱情程度判定方面具有创新性，可为干旱形成过程、干旱致灾机理、旱情快速反馈及干旱监测预警研究提供科学技术支撑。在防旱抗旱，农业管理及粮食安全生产等工作中具有广泛的推广应用价值。等工作中具有广泛的推广应用价值。等工作中具有广泛的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种植被干旱监测评估方法


[0001]本专利技术涉及干旱监测评估
，尤其涉及为一种植被干旱监测评估方法，具体为一种考虑水热条件和空间异质性的植被干旱监测评估方法。

技术介绍

[0002]干旱是指相对于正常条件而言的水资源短缺，并导致严重的农业损失。干旱通过降低叶绿素和植被的含水量和改变其他干扰因素的频率和强度进而改变光合作用的强度，影响农业生产。
[0003]干旱通常分为多种类型，包括气象干旱(降水不足)、植被干旱(土壤水分不足)、水文干旱(地表径流和地下水减少)和社会经济干旱(水需求与供应之间的差距)。植被干旱对人类社会和自然生态系统影响巨大，可能会严重威胁农业生产活动，造成粮食短缺等问题。植被干旱是指随着干旱的继续发展对植被和自然生态系统产生一定影响和破坏的现象，如果这种现象持续发展且超过了干旱作用对象的承受范围则导致旱灾。旱情的严重程度与旱灾损失的大小虽然有必然关系，但还受到水源条件、作物种植结构、抗旱能力和措施等因素的影响，最终的旱灾损失可能相差较大。因此，准确监测评估植被旱情的影响范围、严重程度、制定合理的抗旱减灾对策，控制旱情的发生、发展，避免旱情最终形成旱灾，对减轻旱灾损失和影响具有重要的意义。
[0004]干旱的发生受各种气候过程和陆
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气响应相互作用的影响。区域气候和当地地表特征，如土地覆盖、植被群落、土壤环境、地形和人类干预会影响干旱的蔓延。干旱传播发生在不同干旱类型之间(例如，从气象干旱到农业干旱)和特定干旱阶段。因此，通过研究干旱的空间格局和演变，可以有效地检测其发生。
[0005]传统的干旱检测方法基于气象数据，例如Palmer干旱严重程度指数(PDSI)和标准化降水指数(SPI)。然而，这些干旱评估方法用于气象干旱，提供不准确的站点数据和延迟数据收集，并且没有考虑水和热胁迫对植被生长的影响。此外，他们没有充分考虑下垫面的土地覆盖和植被信息，因此不适合检测植被干旱。
[0006]目前，植被旱情监测评估方法主要是采用干旱指标进行定量分析。现有各类干旱指标众多，典型的如：利用降雨和温度等气象数据计算得到的降雨距平指数、标准化降水指数、帕尔默干旱指数等；利用卫星遥感数据计算得到的植被状态指数、植被供水指数、温度植被干旱指数等，以及综合利用多数据源得到的气象干旱综合指数、多元标准化干旱指数、植被干旱响应指数(VegDRI)等。这些方法均是利用多源数据，从气象、水文、农业等角度对干旱的程度、范围、历时进行监测评估。采用这些方法进行旱情监测评估时，首先要确定评估旱情所用的指标，然后依据给定的旱情等级阈值区间直接对计算的干旱指标值进行旱情等级划分，并生成旱情等级空间分布图。
[0007]在所有基于卫星的指数中，植被健康指数(VHI)最受欢迎。VHI是为植被干旱检测而开发的，由植被状况指数(VCI)和热状况指数(TCI)组成，可以有效监测植被干旱VHI考虑了当地的生物物理学(土壤和坡度)和气候条件，可用于各个农业气象区的实际农业干旱监
测。VHI还与作物产量高度相关，尤其是在作物生长的关键阶段。
[0008]VHI、PDSI和标准化降水蒸散指数(SPEI)考虑了温度、降水和水平衡因素。VHI还包含植被信息，使其更适合检测植被干旱。VHI的基本原理基于两个假设：(1)归一化植被指数(NDVI)越低，地表温度(LST)越高，植被健康状况越差。(2)由于没有关于植被条件和温度对植被健康的贡献的数据，VCI和TCI对VHI的贡献是相同的。大量研究证实了第一个假设。然而，LST和NDVI对植被健康的贡献取决于位置、气候环境和植被类型。
[0009]然而，现有方法没有评估不同地区之间VCI和TCI对VHI的贡献，因此无法对应不同地区采取针对性的旱情监测评估方法。这样所绘制的旱情监测评估图的空间变异性较小，即在一定区域范围内的旱情严重程度一致(处于同一旱情等级)，而这与实际情况并不相符。不同地区的环境条件差异很大。将VCI和TCI的贡献等同起来会降低VHI的实用性，增加检测干旱过程中的误差，阻碍VHI的应用前景。

技术实现思路

[0010]为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种植被干旱监测评估方法，以期克服传统的将VCI和TCI贡献取等的而无法判别真实旱情，造成干旱评估具有巨大不确定性的问题。本专利技术提供的植被干旱监测评估方法，为一种考虑水热条件和空间异质性以及下垫面条件的旱情监测评估方法，该方法针对不同区域、不同下垫面情况采取针对性的旱情监测评估方法。
[0011]该方法耦合了气象、遥感等多源数据，以干旱的评估对象及其所处环境或状态为依据，“因地制宜”的进行旱情监测评估。这种旱情评估及其所处环境或状态的区别则是通过各种下垫面条件和水热差异的区分进行甄别。
[0012]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0013]本专利技术的总体技术方案是：综合利用气象、土壤墒情、遥感等多源监测数据，同步考虑气温、降水和植被生长状况以及下垫面条件，针对不同地区逐像元进行植被干旱监测评估，并绘制植被干旱综合监测评估图。
[0014]一种植被干旱监测评估方法，具体包括以下步骤：
[0015]步骤一：对照干旱指数的筛选：在待测定区域内基于相关分析方法分别计算PDSI指数、SPEI指数与TCI和VCI的相关性，从PDSI指数和SPEI指数二者中选择一个与TCI和VCI的相关性较高的指数作为改进VHI指数的对照干旱指数；该步骤的目的是对比分析PDSI和SPEI指数对于一定区域内植被信息的敏感程度，挑选出更加适合用于改进VHI指数的对照干旱指标；
[0016]步骤二：VCI和TCI不同贡献值下的VHI指数计算：设定VCI和TCI二者中其中一个的贡献值为a值，并设定a值的变化梯度，计算不同a值下得到的VHI指数；
[0017]步骤三：评估不同a值的VHI指数与对照干旱指数的相关程度并提取不同地区最佳贡献值：将不同a值计算出的VHI指数与对照干旱指数进行相关分析，逐像元对比相关性，提取每个像元中相关性最大的一组所对应的a值作为最佳贡献值，从而获得不同地区(像元)的最佳贡献值图；
[0018]步骤四：获得改进后的VHI指数空间分布图：通过不同地区的最佳贡献值计算其各自对应的VHI指数，得到改进后的VHI指数空间分布图，实现整个研究区域的植被干旱综合
评估。
[0019]进一步的优化，步骤一中，基于皮尔逊相关分析方法分别计算TCI
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PDSI相关系数、VCI
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PDSI相关系数、TCI
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SPEI相关系数、VCI
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SPEI的相关系数；将相关系数结果取绝对值，之后逐像元用TCI
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PDSI相关系数值减去TCI
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SPEI相关系数值，用VCI
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PDSI相关系数值减去VCI
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SPEI相关系数值，统计结果中大于0的数值的个数以及小于0的数值的个数，若大于0的数值的个数多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植被干旱监测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对照干旱指数的筛选：在待测定区域内基于相关分析方法分别计算PDSI指数、SPEI指数与TCI和VCI的相关性，从PDSI指数和SPEI指数二者中选择一个与TCI和VCI的相关性较高的指数作为改进VHI指数的对照干旱指数；步骤二：VCI和TCI不同贡献值下的VHI指数计算：设定VCI和TCI二者中其中一个的贡献值为a值，并设定a值的变化梯度，计算不同a值下得到的VHI指数；步骤三：评估不同a值的VHI指数与对照干旱指数的相关程度并提取不同地区最佳贡献值：将不同a值计算出的VHI指数与对照干旱指数进行相关分析，逐像元对比相关性，提取每个像元中相关性最大的一组所对应的a值作为最佳贡献值，从而获得不同地区的最佳贡献值图；步骤四：获得改进后的VHI指数空间分布图：通过不同地区的最佳贡献值计算其各自对应的VHI指数，得到改进后的VHI指数空间分布图，实现整个研究区域的植被干旱综合评估。2.根据权利要求1所述的植被干旱监测评估方法，其特征在于：步骤一中，基于皮尔逊相关分析方法分别计算TCI
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PDSI相关系数、VCI
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PDSI相关系数、TCI
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SPEI相关系数、VCI
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SPEI的相关系数；将相关系数结果取绝对值，之后逐像元用TCI
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PDSI相关系数值减去TCI
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SPEI相关系数值，用VCI
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PDSI相关系数值减去VCI
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SPEI相关系数值，统计结果中大于0的数值的个数以及小于0的数值的个数，若大于0的数值的个数多于小于0的数值的个数，则以PDSI作为对照干旱指数，否则以SPEI作为对照干旱指数。3.根据权利要求2所述的植被干旱监测评估方法，其特征在于：步骤一中相关系数计算公式为：式中：R为相关系数，绝对值在0～1之间；X
i
为PDSI指数或SPEI指数在第i年的像元DN值，Y
i
为TCI或VCI在第i年的像元DN值，为PDSI指数或SPEI指数的像元DN值的平均值，为TCI或VCI的像元DN值的平均值，n为数据序列长度。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈艳萍，曾靖宇，王前锋，吕娟，杨晓静，张容容，吴英杰，马苗苗，张学君，高辉，吴晓萍，陈茜茜，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：