本發(fā)明涉及旱情監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種結(jié)合改進(jìn)tvdi指數(shù)與動(dòng)態(tài)干旱閾值的旱情監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、干旱的頻繁發(fā)生對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和糧食安全構(gòu)成重大威脅，這需要精確的干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)估工具?，F(xiàn)有的干旱監(jiān)測(cè)方法在有效應(yīng)對(duì)多變的氣候和地理?xiàng)l件的復(fù)雜性方面存在困難。雖然土壤濕度是農(nóng)業(yè)干旱的可靠指標(biāo)，但由于獲取數(shù)據(jù)的限制，研究者轉(zhuǎn)向使用遙感技術(shù)進(jìn)行跨時(shí)間和空間尺度的動(dòng)態(tài)干旱監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)通過(guò)地表溫度和植被指數(shù)的結(jié)合使用，提供了對(duì)植被和土壤濕度狀況的深入洞察。溫度植被干旱指數(shù)（temperaturevegetation?drought?index，tvdi），因其不需要輔助數(shù)據(jù)而能有效監(jiān)測(cè)地表濕度和干旱而被推崇，已成為主要的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

2、盡管tvdi因其無(wú)需輔助數(shù)據(jù)即可有效監(jiān)測(cè)地表濕度和干旱而被廣泛應(yīng)用，但其在區(qū)域干/濕邊緣方程擬合的準(zhǔn)確度仍面臨挑戰(zhàn)，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了提高準(zhǔn)確性，研究者們采用了多種改進(jìn)方法，包括地表溫度的地形校正、對(duì)晝夜地表溫度變化的考慮，結(jié)合能量平衡方程進(jìn)行干濕邊擬合，使用evi指數(shù)并利用植被指數(shù)與地表溫度的多項(xiàng)式公式進(jìn)行干濕邊擬合，使用目標(biāo)像元的多個(gè)時(shí)相地表溫度與植被指數(shù)的二維空間關(guān)系的斜率極值進(jìn)行計(jì)算。這些方法表明，采用多樣化策略和持續(xù)創(chuàng)新對(duì)改進(jìn)tvdi干旱監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。盡管土壤濕度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有限，但對(duì)于評(píng)估tvdi準(zhǔn)確性十分關(guān)鍵，目前主要將其用于精度評(píng)估指標(biāo)與分析tvdi指數(shù)的有效性。tvdi值用于干旱監(jiān)測(cè)的以往劃分具有局限性，比如直接將tvdi值劃分等級(jí)，如將tvdi值在0.6以上的區(qū)域判別為干旱，或者將tvdi值在0.4以上的區(qū)域判別為干旱，這種方法沒(méi)有考慮地理差異與作物在不同生長(zhǎng)階段的水分需求，所獲得的干旱區(qū)存在較大不確定性。

3、由此可見(jiàn)，tvdi的精準(zhǔn)性主要取決于其對(duì)地表溫度與植被指數(shù)空間的干、濕邊緣的擬合準(zhǔn)確度，傳統(tǒng)的tvdi方法在擬合地表溫度與植被指數(shù)的干、濕邊緣時(shí)，并沒(méi)有有效篩除不符合要求的植被，導(dǎo)致擬合準(zhǔn)確度不足。干旱區(qū)域評(píng)估主要依賴于對(duì)tdvi值的等級(jí)劃分，但傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)并未考慮地理變異和作物的水分需求，尤其缺少對(duì)不同生長(zhǎng)階段需水特性的考量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種結(jié)合改進(jìn)tvdi指數(shù)與動(dòng)態(tài)干旱閾值的旱情監(jiān)測(cè)方法，以解決現(xiàn)有旱情監(jiān)測(cè)方法的準(zhǔn)確性有待提升的問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供一種結(jié)合改進(jìn)tvdi指數(shù)與動(dòng)態(tài)干旱閾值的旱情監(jiān)測(cè)方法，包括：

3、步驟一，獲取研究區(qū)所需時(shí)段的地表溫度影像數(shù)據(jù)和植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)覆蓋整個(gè)研究區(qū)和完整生長(zhǎng)季，對(duì)所述地表溫度影像數(shù)據(jù)和植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以及數(shù)據(jù)篩選；

4、步驟二，從篩選后的數(shù)據(jù)中提取不同植被指數(shù)值時(shí)其對(duì)應(yīng)的最大地表溫度值、最小地表溫度值，建立地表溫度-植被指數(shù)散點(diǎn)分布圖，橫軸坐標(biāo)為植被指數(shù)值，縱軸坐標(biāo)為植被指數(shù)值對(duì)應(yīng)的最大地表溫度值、最小地表溫度值；最大地表溫度被稱為空間干邊，最小地表溫度被稱為空間濕邊；

5、步驟三，根據(jù)地表溫度-植被指數(shù)散點(diǎn)分布圖，分析散點(diǎn)空間中最大地表溫度、最小地表溫度分別隨著植被指數(shù)值由小到大的變化情況是否符合以下理論：干邊溫度隨著植被覆蓋增加而增加、濕邊溫度隨著植被覆蓋增加而減少；尋找不符合該理論的植被指數(shù)的臨界值vithreshold，篩除小于該臨界值的植被指數(shù)值，保留臨界值至最大植被指數(shù)值vimax之間的范圍，確定有效的植被指數(shù)范圍為[vithreshold,?vimax]；

6、步驟四，根據(jù)有效的植被指數(shù)范圍，建立有效的植被指數(shù)與地表溫度的空間關(guān)系圖，橫軸坐標(biāo)為植被指數(shù)值，縱軸坐標(biāo)為植被指數(shù)值對(duì)應(yīng)的最大地表溫度值、最小地表溫度值；

7、步驟五，基于有效的植被指數(shù)與地表溫度的空間關(guān)系圖，計(jì)算改進(jìn)的干邊擬合方程和濕邊擬合方程；

8、步驟六，根據(jù)改進(jìn)的干邊擬合方程和濕邊擬合方程，計(jì)算改進(jìn)的tvdi指數(shù) tvdim；

9、步驟七，分析 tvdim與地表實(shí)測(cè)土壤濕度的相關(guān)性，挑選有效的 tvdim；

10、步驟八，根據(jù)研究區(qū)主要種植作物信息，劃分出作物生長(zhǎng)階段的起始時(shí)間，確定作物適宜的相對(duì)土壤濕度；根據(jù)確定的各生長(zhǎng)階段的起始時(shí)間，將全年各時(shí)期的有效 tvdim分類到相應(yīng)生長(zhǎng)階段；

11、步驟九，為各生長(zhǎng)階段確定動(dòng)態(tài)干旱閾值；

12、步驟十，根據(jù)確定的各生長(zhǎng)階段的動(dòng)態(tài)干旱閾值，對(duì)于每個(gè)時(shí)期的 tvdim，確定其對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)階段的動(dòng)態(tài)干旱閾值，然后將小于動(dòng)態(tài)閾值的 tvdim區(qū)域劃分為無(wú)干旱區(qū)，將大于或等于 tvdim動(dòng)態(tài)閾值的區(qū)域分為干旱區(qū)。

13、進(jìn)一步地，步驟一中，所述植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)為歸一化植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)或增強(qiáng)植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)；對(duì)所述地表溫度影像數(shù)據(jù)和植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)在時(shí)間與空間分辨率上保持一致；數(shù)據(jù)篩選中要求各時(shí)期影像中研究區(qū)有效的地表溫度像元占比為研究區(qū)范圍的85%以上。

14、進(jìn)一步地，步驟五包括：

15、對(duì)于改進(jìn)的干邊、濕邊的擬合，分別計(jì)算獲取有效的散點(diǎn)圖中植被指數(shù)與最大地表溫度、最小地表溫度的擬合線性相關(guān)關(guān)系，得到改進(jìn)的干邊擬合方程和濕邊擬合方程；

16、改進(jìn)的干邊擬合方程：t smax-m=a1+b1*vi[vithreshold,?vimax]；t smax-m為對(duì)應(yīng)vi[vithreshold,?vimax]值的最高地表溫度；a1、b1是改進(jìn)的干邊擬合方程的擬合系數(shù)；

17、改進(jìn)的濕邊擬合方程： tsmin-m=a2+b2*vi[vithreshold,?vimax]； tsmin-m為對(duì)應(yīng)vi[vithreshold,?vimax]值的最低地表溫度；a2、b2是改進(jìn)的濕邊擬合方程的擬合系數(shù)。

18、進(jìn)一步地，步驟五之后還包括：

19、通過(guò)對(duì)比改進(jìn)前后的干邊擬合方程、濕邊擬合方程的決定系數(shù)判斷改善情況。

20、進(jìn)一步地，步驟六中，根據(jù)下式計(jì)算改進(jìn)的tvdi指數(shù) tvdim：

21、，t smax-m為對(duì)應(yīng)vi[vithreshold,?vimax]值的最高地表溫度， tsmin-m為對(duì)應(yīng)vi[vithreshold,?vimax]值的最低地表溫度， ts為遙感影像任意像元的地表溫度。

22、進(jìn)一步地，步驟七包括：

23、獲取地面實(shí)測(cè)土壤濕度數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的田間持水量數(shù)據(jù)，確保各采樣數(shù)據(jù)日期與遙感計(jì)算的 tvdim日期一致，計(jì)算各個(gè)時(shí)期的站點(diǎn)相對(duì)土壤濕度rsm與 tvdim值之間的線性擬合關(guān)系；其中，rsm?=（土壤濕度/田間持水量）×?100%；該 tvdim值為同時(shí)期地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)像元的 tvdim值；

24、使用線性擬合關(guān)系的決定系數(shù)評(píng)估 tvdim與地面監(jiān)測(cè)土壤濕度的擬合程度，通過(guò)決定系數(shù)顯著性參考表進(jìn)行判讀，根據(jù)各時(shí)期的土壤濕度與 tvdim的配對(duì)樣本量數(shù)目，確定決定系數(shù)在p<0.05水平上顯著相關(guān)的情況，將符合該顯著相關(guān)性的不同時(shí)期的 tvdim視為有效的 tvdim。

25、進(jìn)一步地，步驟九包括：

26、獲取所述階段內(nèi)所有 tvdim與實(shí)測(cè)土壤濕度的散點(diǎn)圖；

27、確定適宜的相對(duì)土壤濕度范圍對(duì)應(yīng)的 tvdim值，并利用百分位數(shù)法來(lái)確定該階段 tvdim的最大值；所述百分位數(shù)法包括：先對(duì) tvdim值排序，然后計(jì)算指定百分位的位置，如果計(jì)算出的百分位位置非整數(shù)，則在相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)之間進(jìn)行插值，以獲取更精確的百分位值，并將其作為tvdim的上限；

28、將該上限設(shè)為該階段可能發(fā)生干旱的閾值，大于該上限為可能指示干旱的 tvdim范圍。

29、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的一種結(jié)合改進(jìn)tvdi指數(shù)與動(dòng)態(tài)干旱閾值的旱情監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)引入改進(jìn)的溫度植被干旱指數(shù) tvdim和提出一個(gè)考慮作物生長(zhǎng)階段需水特性的動(dòng)態(tài)干旱閾值，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)，從而更準(zhǔn)確識(shí)別受干旱影響的區(qū)域。引入改進(jìn)的 tvdim，通過(guò)篩除不符合 tvdi基礎(chǔ)理論的植被，增強(qiáng)對(duì)地表溫度-植被指數(shù)空間的干、濕邊緣的檢測(cè)準(zhǔn)確度來(lái)提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性，使得 tvdim能夠更準(zhǔn)確反映地表濕度和干旱狀況。開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)干旱閾值，通過(guò)分析作物不同生長(zhǎng)階段的 tvdim和實(shí)際土壤濕度的相關(guān)性，結(jié)合作物適宜的土壤濕度范圍確定動(dòng)態(tài)干旱閾值，方法考慮了作物生長(zhǎng)周期的需水特性，使得干旱監(jiān)測(cè)更具適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。通過(guò)改進(jìn)的 tvdim和動(dòng)態(tài)干旱閾值，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別受干旱影響的區(qū)域。