[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

说明书

本发明涉及一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，基于时序遥感数据开展作物需水量的估算研究并基于作物需水量进行作物种植结构的优化与调整。基于遥感数据利用能量平衡方程估算作物的瞬时蒸发散，并在此基础上对瞬时蒸发散进行时间尺度的扩展得到日蒸发散；进一步对日蒸发散进行时间尺度的扩展得到作物整个生长季的蒸发散；然后结合降雨等气象数据估算得到作物整个生长季的需水量，为作物种植结构的优化调整提供基础。本发明克服了当前基于气象和实测数据需要大量实测数据的难题及利用遥感数据仅能估算作物日需水量的不足，对干旱地区水资源约束下的农作物优化配置具有重要意义。

技术领域

本发明涉及干旱区水资源管理和农业种植结构优化技术领域，特别是一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法。

背景技术

水资源短缺是限制干旱区农业发展的主要瓶颈，加强水资源的合理利用是保证农业和经济社会可持续发展的必由之路。农业种植结构描述的是一个地区或农业生产单位内农作物的类型及其空间分布，是区域水资源优化配置的基础，农业种植结构的调整与优化对水资源的利用和农业经济效益具有积极的作用。

农作物需水量估算是进行水资源约束下作物种植结构调整与优化的基础。国内外许多学者基于气象数据和实测数据开展对作物需水量的估算，但这种方法受气候因素变化的影响较大，而且大量野外实测数据的收集比较困难。也有许多学者基于遥感影像数据，利用Penman公式、SEBAL能量平衡方程等开展对作物蒸发散的定量研究，但大部分研究仅限于对作物瞬时和日蒸发散的估算，并没有估算作物整个生长季的蒸发散和需水量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，充分利用时间序列遥感影像的优势，克服了当前基于气象和实测数据需要大量实测数据的难题及利用遥感数据仅能估算作物日需水量的不足，对干旱地区水资源约束下的农作物优化配置具有重要意义。

本发明采用以下方案实现：一种遥感需水量约束的干旱区农业种植结构优化方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取研究区的遥感影像数据、气象数据(气温和风速)、DEM数据，对遥感数据进行预处理，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。

较佳的，步骤S1的具体步骤如下：

步骤S11：收集研究区生长季的时序遥感数据，并进行几何校正、辐射校正等预处理；

步骤S12：对预处理后的遥感影像计算植被指数NDVI；

步骤S13：对预处理后的遥感数据计算地表比辐射率；

步骤S14：对处理后的遥感数据计算地表反照率；

步骤S15：对处理后的遥感数据计算地表温度；

步骤S16：收集研究区气温和风速等气象观测数据；