基于不同作物在气候变化情景下的干旱等级判别方法与流程

本发明涉及水文学及水资源，尤其涉及不同作物在气候变化情景下的干旱等级判别方法。

背景技术：

1、国际气候变化专门委员会(ipcc)第六次评估报告指出，气候变化背景下，全球极端事件发生的频率和强度持续性增加，造成了极大的经济损失和社会影响。据统计，全球旱灾每年造成的农业产业损失达到60～80亿美元，因此，探索干旱事件的演变规律与影响效应等，是当前水文、气象、农业等领域研究的前沿和热点问题。

2、目前，相关研究主要关注气象、水文、农业、社会经济等方面的干旱，而实现耦合气象-水文-农业指标系统性分析干旱特征及其影响的田间实验研究相对较少。而基于具体作物的干旱等级判别方法更少一些，实际上同一地区基于具体作物的不同干旱判别的等级并不同，而同一作物在不同气候地理变化条件下干旱情况也需要重新判别。

3、不仅如此，目前的干旱等级判别方法中不同指标对轻度、中度、重度等等级干旱的理解没法统一，干旱等级判定方法中指标相对单一，存在判定准确度和应用参考价值较低的问题，不能完全反映真实情景。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供一种基于不同作物在气候变化情景下的干旱等级判别方法。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、一种基于不同作物在气候变化情景下的干旱等级判别方法，包括以下步骤：

4、s1、确定干旱等级判别指标，并基于所述判别指标构建多指标干旱等级判别公式；所述判别指标包括气象指标、农业指标、土壤指标及植被指标；

5、所述气象指标包括：n、epi、wsi，且：

6、

7、所述农业指标包括：wsri，且：

8、

9、所述土壤指标包括：smi，且：

10、

11、所述植被指标包括：rwui、vswii和cwsii，且：

12、

13、式中：i表示第i天；n表示干旱持续天数；1≤i≤n；pei表示有效降水量，mm；epi表示第i天的蒸散发速率；wsi表示第i天的风速，m/s；wsri表示第i天的作物缺水率，％；wdi表示第i天的作物实际需水量，m3；awi表示第i天实际提供的灌溉水量或可用水量，m3；smi表示第i天的土壤相对湿度，％；ωi表示第i天的土壤平均重量含水量，％；fc表示土壤田间持水量，％；rwui表示第i天的根系吸水速率；vswii表示第i天植被供水指数；ndvii表示第i天归一化植被指数；lsti表示第i天地表温度，℃；cwsii表示第i天植被缺水指数；eti表示第i天实际蒸散，mm；etpi表示第i天潜在蒸散，mm；

14、构建的干旱等级判别公式如式(1)：

15、

16、式中：l表示干旱等级；fj表示判别参数，j为参数序号；其中，f1表示干旱持续天数n，

17、α1、α2……α8分别表示各参数的权重数，采用层次分析法与结合经验值初步确定；一般情况，根据一定的雨量阈值将各地分为多雨地区和少雨地区；少雨地区干旱天数n权重α1为0.25，土壤相对湿度smi的权重α5为0.15；多雨地区干旱天数n权重α1为0.15，土壤相对湿度smi的权重α5为0.25；其他6个参数的权重均为都是0.1。

18、s2、通过模拟实验装置模拟干旱情景，并获取判别公式中关键参数，校验步骤s2中的判别公式；

19、s3、实地采集研究区的判别指标数值；

20、s4、将步骤s3中采集的判别指标数值代入步骤s2中校验过的判别公式中判定干旱等级，其中，1<l≤2，2<l≤3，3<l≤4，l>4，分别对应轻旱、中旱、重旱和特旱。

21、作为对模拟实验装置的进一步的优化，所述步骤s2中的模拟实验装置包括种植有作物的田块，埋设在田块四周的铝塑板，搭设在田块上的通风棚，垂直分层埋设在田块中的土壤水分传感器，设置在田块内蒸散发测定仪、风速计、计时器、地表温度计，通风棚包括立柱和搭建在立柱上的透光的气候调节板。

22、进一步的，所述埋设在田块四周的铝塑板深度需超过地下水埋深。

23、进一步的，所述气候调节板的正投影边界超出田块边界外侧3米以上；所述气候调节板整体呈屋脊形状，气候调节板为两块倒v形顶板，气候调节板通过转轴和轴承安装在棚顶骨架上，转轴由电机驱动，气候调节板的倒v形顶板衔接处长边固定长条形的气囊，气囊的一端通过单向阀连接气泵，气囊的另一端设置放气阀；所述气候调节板正投影的边界设置升降式防水布。

24、进一步的，所述土壤水分传感器需垂直埋设多个，其数据接收端口置于地表。

25、通过模拟实验装置获取的试验数据包括由计时器记录的i、由土壤水分传感器监测的smi、由蒸散发测定仪监测的epi和风速计监测的wsi。

26、作物缺水率wsri基于作物不同生育期所需水量和田块土壤含水储量计算。

27、根系吸水速率rwui基于根系氘氧稳定同位素(d和18o)追溯，同时结合根系分析仪实测结果建立根系吸水模型计算。

28、植被供水指数vswii中归一化植被指数ndvii通过遥感影像分析获取，地表温度lsti通过地表温度计测量获取。

29、植被缺水指数cwsii中实际蒸散eti通过便携式光合蒸腾仪测定，潜在蒸散etpi通过penman-monteith方程计算。

30、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

31、本发明通过理论计算和模拟实验校验结合的方式，指标选取与传统方法相比更为全面，综合考虑气象、农业、土壤、植被4个方面，引入干旱持续天数、蒸散发速率、风速、作物缺水率、土壤相对湿度、根系吸水速率、植被供水指数、植被缺水指数指标8个指标。解决了干旱等级判定方法中指标相对单一，判定准确度和应用参考价值较低的问题。

32、本发明的指标中将作物缺水率与其它指标结合，可以针对不同地区或同一地区种植作物的不同判断其干旱等级，为科学种植，合理进行农业布局提供理论指导。

33、本发明在判定干旱等级的过程中将干旱等级数据化，结论更加直观。

34、本发明通过模拟试验装置能够便捷地获取所需校验数据，提高理论计算的准确性。模拟实验装置不仅能够在模拟的干旱期间正常透射阳光和通风，而且能够避免降水时雨水干扰田地，更加准确地获取模拟数据的真实结果，进而使校正公式更加准确、可靠。

技术特征：

1.一种基于不同作物在气候变化情景下的干旱等级判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述步骤s2中的模拟实验装置包括种植有作物的田块，埋设在田块四周的铝塑板，搭设在田块上的通风棚，垂直分层埋设在田块中的土壤水分传感器，设置在田块内蒸散发测定仪、风速计、计时器、地表温度计，通风棚包括立柱和搭建在立柱上的透光的气候调节板。

3.根据权利要求2所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述埋设在田块四周的铝塑板深度需超过地下水埋深。

4.根据权利要求2所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述气候调节板的正投影边界超出田块边界外侧3米以上；所述气候调节板整体呈屋脊形状，气候调节板为两块倒v形顶板，气候调节板通过转轴和轴承安装在棚顶骨架上，转轴由电机驱动，气候调节板的倒v形顶板衔接处长边固定长条形的气囊，气囊的一端通过单向阀连接气泵，气囊的另一端设置放气阀；所述气候调节板正投影的边界设置升降式防水布。

5.根据权利要求2所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述土壤水分传感器需垂直埋设多个，其数据接收端口置于地表。

6.根据权利要求2所述的干旱等级判定方法，其特征在于，通过模拟实验装置获取的试验数据包括由计时器记录的i、由土壤水分传感器监测的smi、由蒸散发测定仪监测的epi和风速计监测的wsi。

7.根据权利要求1所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述作物缺水率wsri基于作物不同生育期所需水量和田块土壤含水储量计算。

8.根据权利要求1所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述根系吸水速率rwui基于根系氘氧稳定同位素d和18o追溯，同时结合根系分析仪实测结果建立根系吸水模型计算。

9.根据权利要求1所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述植被供水指数vswii中归一化植被指数ndvii通过遥感影像分析获取，地表温度lsti通过地表温度计测量获取。

10.根据权利要求1所述的干旱等级判定方法，其特征在于，所述植被缺水指数cwsii中实际蒸散eti通过便携式光合蒸腾仪测定，潜在蒸散etpi通过penman-monteith方程计算。

技术总结本发明公开了一种基于不同作物在气候变化情景下的干旱等级判别方法，包括以下步骤：S1、确定干旱等级判别指标，并基于所述判别指标构建多指标干旱等级判别公式；S2、通过模拟实验装置模拟干旱情景，校验步骤S1中的判别公式；S3、实地采集研究区的判别指标数值；S4、将步骤S3中采集的判别指标数值代入步骤S2中校验过的判别公式中判定干旱等级。本发明干旱等级判别指标选取与传统方法相比更为全面，综合考虑气象、农业、土壤然、植被方面的指标；进行模拟实验获取公式的关键参数；与传统经验方法相比更为科学合理。技术研发人员：毕吴瑕,王帆,张大伟,王玮琦,林文青受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/29