[发明专利]一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法

权利要求书

1.一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取研究区的遥感影像数据、气象数据、DEM数据，并计算植被指数、地表比辐射率、地表反照率和地表温度；

步骤S2：计算地表净辐射通量R_n；

步骤S3：计算土壤热通量G；

步骤S4：计算感热通量H；

步骤S5：基于能量平衡方程，计算得到遥感数据获取时刻作物的瞬时蒸发散；

步骤S6：将作物瞬时蒸发散进行时间尺度扩展得到日蒸发散；

步骤S7：将作物日蒸发散进行时间尺度扩展得到整个生长季的蒸发散；

步骤S8：基于作物生长季蒸发散和降雨量数据估算作物生长季的理论需水量；

步骤S9：综合作物生长季理论需水量、作物种植结构以及农业供水数据构建农业种植结构优化模型；

步骤S10：利用粒子群算法对农业种植结构优化模型进行求解，获得农作物种植结构优化方案；

其中，步骤S3中，土壤热通量G的计算采用下式：

式中，T_s为地表温度，α为地表反照率，NDVI为归一化植被指数，c₁₁是卫星校正系数，过境时间在地方时12点以前取0.9，在12点到14点之间取1.0；

其中，步骤S8具体为：利用S7计算的作物生长季蒸发散值减去有效降雨量估算得到作物生长季的理论需水量；

其中，步骤S9具体包括以下步骤：

步骤S91：以不同地区的每种作物种植面积为决策变量；

步骤S92：采用以下函数为目标函数：

式中，X_i为i作物面积，Q_i为i作物产量，P_i为i作物价格；

其中，还包括步骤S93：设置约束条件，具体包括水资源安全约束、全区耕地安全约束、特色经济作物约束、以及粮食安全约束；其中所述全区耕地安全约束具体为：全区农作物优化后的种植面积不应该高于现有种植面积；所述特色经济作物约束具体为：特色经济作物优化后的种植面积不应低于现有种植面积。

2.根据权利要求1所述的一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，其特征在于，步骤S2中，地表净辐射通量R_n的计算采用下式：

R_n＝(1-α)R_s↓+R_L↓-R_L↑-(1-ε₀)R_L↓；

式中，α是地表反照率，R_s↓是入射到达地表的太阳短波辐射，R_L↓是入射的长波辐射，R_L↑是反射的长波辐射；ε₀是地表比辐射率。

3.根据权利要求1所述的一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，其特征在于，步骤S4中，感热通量H的计算采用下式：

式中，ρ_air是空气密度，C_p是空气定压比热，dT为距离地面高Z₁和Z₂处的温差，r_ab是空气动力学阻抗。

4.根据权利要求1所述的一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，其特征在于，步骤S5具体包括以下步骤：

步骤S51：将地表净辐射通量R_n、土壤热通量G、感热通量H带入能量平衡方程，求出卫星过境时刻的潜热通量λET，具体计算公式如下：

R_n＝G+H+λET；

式中：R_n为净辐射量；G为土壤热通量；H为感热通量；λET为潜热通量；

步骤S52：利用步骤S51计算得到的潜热通量λET，求出卫星过境时刻的瞬时蒸发散ET_inst，具体计算公式如下：

式中，ET_inst为瞬时蒸发散；λ为汽化潜热。