技術領域

本發明涉及農業干旱預測技術領域，具體的涉及一種農業干旱預警系統。

背景技術

近年來，由全球氣候變化引起的干旱等極端氣候事件的頻率和強度均呈顯著的增加趨勢，對生態系統及人類社會的可持續發展造成了深遠的影響。資料顯示，21世紀全球干旱的風險將進一步增加，如何準確的監測干旱發生的時間，評估干旱發生的程度，減緩干旱造成的影響已成為亟待解決的重要科學問題。

同時，干旱作為一種復雜的現象難以直接觀測其發生時間、發展過程和影響范圍，因而目前主要通過干旱指標對干旱事件進行描述。現有的農業干旱監測技術通常選取一個或多個干旱指標，獲取區域一定時段的氣象、農業數據，對計算結果進行定量與定性分析，已判斷在該時段是否發生農業干旱，若發生農業干旱則說明該干旱發生的時間、程度及未來的持續狀況，同時提供相應的解決措施。不同于氣象干旱，不同的農作物、耕作方式以及土壤構成對水分的需求量是不同的，因而對農業干旱發生的定性判斷及定量評估都應該因地制宜，無論是干旱指標的計算還是指標的評價都應體現區域的特點。

就現有技術來說，對于農業干旱僅僅就某一要素進行干旱指標的計算，雖然在特定區域取得了較好的效果然而該指標是否可以進行時空尺度的擴展還有待論證，并且這些指標對于農作物對干旱的抵抗力及滯后效應未能反映，預測趨勢也隨著指標選取的不同而相異，這些問題導致不同區域指標結果不具有可比性，且預測結果存在著一定的偏差。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，提供一種農業干旱預警系統，從農業干旱的發生機理入手，明確不同的農作物在其各個生長的需水量，結合氣象、土壤數據，選取多個較為科學、客觀、操作性強的干旱指標對農業干旱進行監測。

為實現上述目的，達到上述效果，本發明是通過以下技術方案實現：

一種農業干旱預警系統，包括以下幾個步驟：

步驟一：單向農業干旱指數計算；

1、標準化降水指數(SPI)

2、土壤相對濕度(Rsm)

3、作物水分虧缺指數(CWDI)

4、連續無有效降水(降雪、積雪)日數(Dnp)

5、降水量距平百分率

步驟二：綜合農業干旱指數計算：結合單向農業干旱指數判斷區域中某個點地區是否發生干旱；

步驟三：計算區域性農業干旱指標與時間農業干旱指標：確定農業干旱發生的范圍、時間，并對干旱的發展狀況進行判斷,發出相應的干旱預警；

經過以上三步的計算，便可判斷當前區域在某一時段的農業干旱狀況，對農業干旱進行評估。

優選的，所述步驟一的標準化降水指數(SPI)計算為：假設某一時段的降水量為x，其滿足Gamma分布的概率密度函數為：

式中：α＞0為形狀參數；β＞0為尺度參數；x＞0為降水量，單位為mm；Γ(α)為Gamma分布的累積概率密度函數，為：

關于α與β的值可采用如下方法計算出估計值：

上式中:x_i為降水序列的樣本值，為降水序列的平均值，n為計算序列的長度。由此可根據上述方程g(x)計算任意時間長度的累積概率：

由于Gamma方程中不包含x＝0的情況,在實際中若時間尺度內出現降水量為0情況，則使用下述方程計算累積概率密度:

H(x)＝q+(1-q)G(x)

上式中：q為降水量為0的概率，即設m為降水序列中降水量為0的數量，則有q＝m/n；

對上述方程進行正態化處理，即將上述方程所算得的概率值代入標準化的正態分布函數：

在實際應用中可對上式使用以下近似公式進行求解：

當0＜H(x)≤0.5時：

當0.5＜H(x)＜1時：

上式中：c0＝2.515517，c1＝0.802853，c2＝0.010328，d1＝1.432788，d2＝0.189269，d3＝0.001308。

優選的，所述步驟一的土壤相對濕度(Rsm)計算為：土壤相對濕度的計算如下式：