资源描述
I C S 0 7.0 4 0A 7 7DB61陕 西 省 地 方 标 准D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 8农 业 干 旱 风 险 遥 感 评 估 技 术 规 范T e c h n o l o g i c a l s p e c i f i c a t i o n f o r r i s k a s s e s s m e n t o f a g r i c u l t u r a l d r o u g h t s u p p o r t e d b yr e m o t e s e n s i n g a n d m e t e o r o l o g i c a l o b s e r v a t i o n2 0 1 8-0 3-0 9 发 布 2 0 1 8-0 4-0 9 实 施陕 西 省 质 量 技 术 监 督 局发 布D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 8I目 次前 言.I I1 范 围.12 规 范 性 引 用 文 件.13 术 语 和 定 义.14 评 估 步 骤.2附 录 A（资 料 性 附 录）部 分 遥 感 指 数 形 式 及 说 明.8附 录 B（规 范 性 附 录）冬 小 麦 与 玉 米 各 生 育 期 的 参 考 需 水 风 险 系 数.9D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 8I I前 言本 标 准 按 照 G B/T 1.1 2 0 0 9 给 出 的 规 则 起 草。本 标 准 由 杨 凌 农 业 高 新 技 术 产 业 示 范 区 科 技 信 息 中 心 提 出。本 标 准 由 陕 西 省 农 业 厅 归 口。本 标 准 起 草 单 位：北 京 农 业 信 息 技 术 研 究 中 心、北 京 农 业 质 量 标 准 与 检 测 技 术 研 究 中 心、杨 凌 农 业高 新 技 术 产 业 示 范 区 科 技 信 息 中 心。本 标 准 主 要 起 草 人：杨 贵 军、杨 浩、赵 春 江、杨 小 冬、王 纪 华、卫 景 芳、侯 宝 英、龙 慧 灵、汶 誓、谢 胜 菊。本 标 准 由 杨 凌 农 业 高 新 技 术 产 业 示 范 区 科 技 信 息 中 心 负 责 解 释。本 标 准 首 次 发 布。联 系 信 息 如 下：单 位：杨 凌 农 业 高 新 技 术 产 业 示 范 区 科 技 信 息 中 心电 话：0 2 9 8 7 0 3 0 8 0 1地 址：陕 西 省 咸 阳 市 杨 凌 农 业 高 新 技 术 产 业 示 范 区 新 桥 北 路 6 号 政 务 大 厦 3 1 2 室邮 编：7 1 2 1 0 0D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 81农 业 干 旱 风 险 遥 感 评 估 技 术 规 范1 范 围本 标 准 规 定 了 农 业 干 旱 风 险 遥 感 评 估 的 技 术 要 求 与 方 法 步 骤。本 标 准 适 用 于 陕 西 区 域 冬 小 麦 与 玉 米 为 主 的 遥 感 技 术 与 气 象 观 测 相 结 合 的 大 田 作 物 干 旱 风 险 评 估业 务。2 规 范 性 引 用 文 件下 列 文 件 对 于 本 文 件 的 应 用 是 必 不 可 少 的。凡 是 注 日 期 的 引 用 文 件，仅 所 注 日 期 的 版 本 适 用 于 本 文件。凡 是 不 注 日 期 的 引 用 文 件，其 最 新 版 本（包 括 所 有 的 修 改 单）适 用 于 本 文 件。G B/T 2 0 4 8 1 气 象 干 旱 等 级G B/T 3 2 1 3 6 农 业 干 旱 等 级3 术 语 和 定 义下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件。3.1农 业 干 旱 a g r i c u l t u r a l d r o u g h t指 农 作 物 生 长 过 程 中 因 供 水 不 足，阻 碍 作 物 正 常 生 长 而 发 生 的 水 量 供 需 不 平 衡，进 而 影 响 作 物 生 长发 育 及 产 量 的 现 象。3.2风 险 评 估 r i s k a s s e s s m e n t指 在 干 旱 事 件 发 生 之 前 或 发 生 过 程 中，分 级 量 化 测 评 干 旱 对 农 作 物 生 长 的 威 胁 程 度。3.3遥 感 影 像 数 据 r e m o t e s e n s i n g i m a g e r y d a t a应 用 卫 星、航 空 飞 机 或 无 人 机 等 飞 行 平 台 获 取 覆 盖 大 面 积 农 田 区 域 的 多 光 谱 影 像 数 据。3.4植 被 指 数 v e g e t a t i o n i n d e x利 用 遥 感 影 像 数 据 不 同 波 段 反 射 率，通 过 运 算 生 成 的 可 以 表 达 植 被 生 长 状 况 的 变 量 指 标。3.5归 一 化 差 值 植 被 指 数 n o r m a l d i f f e r e n c e v e g e t a t i o n i n d e x；N D V ID B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 82指 遥 感 影 像 近 红 外 波 段（N I R）与 可 见 光 红 光 波 段（R e d）的 反 射 率 之 差 与 二 者 之 和 的 比 值，该 指 数能 够 用 来 表 征 植 被 长 势 状 况。3.6地 表 反 射 率 l a n d s u r f a c e r e f l e c t a n c e指 地 表 反 射 能 力 的 大 小，以 向 上 的 反 射 辐 射 总 能 量 与 入 射 辐 射 总 能 量 的 比 值 表 示。3.7反 照 率 a l b e d o为 半 球 反 射 率，目 标 地 物 的 反 射 辐 射 通 量 与 入 射 辐 射 通 量 的 比 值，即 单 位 时 间、单 位 面 积 上 各 方 向出 射 的 总 辐 射 能 量 与 入 射 的 总 辐 射 能 量 之 比。3.8降 水 量 p r e c i p i t a t i o n从 天 空 降 落 到 地 面 上 的 液 态 或 固 态（经 融 化 后）水，未 经 蒸 发、渗 透、流 失，而 在 水 平 面 上 积 聚 的深 度，单 位 为 毫 米（m m）。3.9土 壤 含 水 量 s o i l w a t e r c o n t e n t为 单 位 容 积 或 重 量 土 壤 中 的 水 分 含 量 占 同 容 积 或 干 土 重 量 的 百 分 比，以 百 分 率（%）表 示。4 评 估 步 骤4.1 准 备 工 作4.1.1 在 农 作 物 生 长 期 内，根 据 气 象 预 测，每 隔 固 定 时 间 单 元（5 天 1 0 天）进 行 周 期 性 评 估。具 体评 估 时 间 和 频 次 可 根 据 干 旱 发 生 的 严 重 性 与 实 际 需 求 进 行 调 整。4.1.2 在 进 行 农 业 干 旱 风 险 遥 感 评 估 工 作 之 前，应 充 分 搜 集 和 熟 悉 已 有 的 成 果 资 料。必 须 着 重 搜 集 以下 方 面 的 基 础 数 据：1：1 0 0 万 中 国 行 政 区 划 图；不 低 于 1：5 万 地 形 图；1:1 万 土 地 利 用 空 间 分 布。4.2 遥 感 及 气 象 数 据 获 取 与 处 理4.2.1 采 用 的 遥 感 影 像 至 少 需 包 含 红 光 波 段、近 红 外 波 段、短 波 红 外 波 段、热 红 外 波 段 等 光 谱 谱 段。其 中，热 红 外 波 段 遥 感 数 据 成 像 时 间 分 辨 率 需 达 到 1 2 h 以 内，其 它 谱 段 遥 感 数 据 成 像 时 间 分 辨 率 需 达 到8 d 以 内。遥 感 影 像 空 间 分 辨 率 需 达 到 5 0 0 m。4.2.2 按 照 上 述 要 求，选 择 获 取 评 估 区 域 近 1 0 年 来 清 晰 无 云 且 无 传 感 器 条 带 噪 声 的 时 间 序 列 遥 感 影 像数 据；对 获 取 的 影 像 进 行 辐 射 定 标、大 气 校 正 和 几 何 精 校 正 等 标 准 化 数 据 处 理（几 何 校 正 精 度 需 达 到 1个 像 素 以 内），获 得 统 一 空 间 坐 标 系 统（如：W G S 8 4 坐 标 系，U T M 投 影）和 统 一 时 空 分 辨 率 的 遥 感 数 据产 品，包 括：红 光 地 表 反 射 率；近 红 外 地 表 反 射 率；D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 83 短 波 红 外 地 表 反 射 率；热 红 外 地 表 发 射 率；反 照 率。4.2.3 此 外，获 取 评 估 区 域 内 站 点 的 气 象 数 据，包 括：近 1 0 年 来 的 逐 日 降 水 量；气 象 站 点 太 阳 辐 射 通 量 等。4.3 干 旱 风 险 评 估 指 标 计 算4.3.1 降 水 量 的 计 算日 降 水 量 数 据 的 空 间 化。根 据 气 象 站 点 的 地 理 位 置，基 于 区 域 内 的 所 有 站 点 降 水 量 数 据 进 行 整 个 评估 区 域 降 水 量 的 空 间 插 值（克 里 金 插 值 方 法），进 一 步 将 评 估 区 域 降 水 量 数 据 转 化 为 栅 格 图 像 并 进 行 重采 样（统 一 的 分 辨 率），得 到 每 一 像 素 单 元 时 间 段 的 累 计 降 水 量。4.3.2 土 壤 含 水 量 的 计 算以 遥 感 数 据 为 数 据 源，以 土 壤 热 惯 量 指 数（A T IP）和 植 被 供 水 指 数（V S W I）为 反 演 基 础。一 般情 况 下，在 农 田 处 于 裸 地 或 植 被 覆 盖 度 小 于 1 5%时，采 用 热 惯 量 模 型；在 农 田 植 被 覆 盖 度 大 于 等 于 1 5%，采 用 植 被 供 水 指 数 模 型。具 体 如 下：a)当 裸 露 地 表 覆 盖 度 小 于 1 5%，按 照 公 式（1）和 公 式（2）计 算：605.0 P 424.15 SW CA T I.(1)式 中：S W C 为 土 壤 含 水 量（S o i l W a t e r C o n t e n t）；A T IP 为 表 观 热 惯 量（A p p a r e n t T h e r m a l I n e r t i a I n d e x）。T)A B E 1(Q 2)T T(C)A B E 1(SV 2Pm i n m ax1A T I.(2)式 中：A T IP 为 表 观 热 惯 量（A p p a r e n t T h e r m a l I n e r t i a I n d e x）；S 为 太 阳 常 数；V 为 大 气 透 明 度；A B E 为 地 表 全 波 段 反 照 率（A l b e d o）；1C 为 太 阳 赤 纬 和 经 纬 的 函 数；为 地 球 自 转 频 率；m axT 为 一 天 最 高 地 表 温 度；m i nT 为 一 天 最 低 地 表 温 度；Q 为 总 太 阳 辐 射 通 量；D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 84T 为 一 天 最 高、最 低 地 表 温 差。b)当 植 被 覆 盖 地 表 覆 盖 度 大 于 等 于 1 5%，按 照 公 式（3）和 公 式（4）计 算：100V SW I 34.118.40 SW C.(3)式 中：S W C 为 土 壤 含 水 量（S o i l W a t e r C o n t e n t）；V S W I 为 植 被 供 水 指 数。d R e N I Rd R e N I R TN D V ITV SW Is s.(4)式 中：V S W I 为 植 被 供 水 指 数；sT 为 地 表 温 度；N D V I 为 归 一 化 差 值 植 被 指 数；N I R 为 近 红 外 波 段 反 射 率；d R e 为 红 光 波 段 的 反 射 率。4.3.3 植 被 水 分 的 计 算按 照 公 式（5）计 算：)02.0 SW I R()1.0 N I R()02.0 SW I R()1.0 N I R(G V M I.(5)式 中：G V M I 为 全 球 植 被 水 分 指 数（G l o b a l V e g e t a t i o n M o i s t u r e I n d e x）；N I R 为 近 红 外 波 段 反 射 率；S W I R 为 短 波 红 外 波 段 反 射 率。4.4 评 估 指 标 时 间 序 列 归 一 化以 同 期 历 史 时 间 序 列 数 据 为 基 础，判 定 某 一 指 标 在 当 前 的 相 对 风 险 大 小，并 将 不 同 评 估 指 标 映 射 到同 一 可 比 空 间，构 成 降 水 量 风 险 指 数（P C I），土 壤 水 分 风 险 指 数（G C I），以 及 植 被 水 分 风 险 指 数（M C I），按 照 公 式（6），公 式（7），公 式（8）计 算：m i n m axm i nP I P IP I P IP C I.(6)式 中：P C I 为 降 水 量 风 险 指 数，范 围 为 0，1，0 表 示 旱 灾 风 险 大，1 表 示 旱 灾 风 险 小；P I 为 某 一 像 素 当 前 时 间 的 降 水 量 值；m i nP I 为 该 像 素 近 1 0 年 来 同 期 单 位 时 间 段 内 的 最 小 降 水 量；m axP I 为 该 像 素 近 1 0 年 来 同 期 单 位 时 间 段 内 的 最 大 降 水 量。D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 85m i n m axm i nSW C SW CSW C SW CG C I.(7)式 中：G C I 为 土 壤 水 分 风 险 指 数；S W C 为 某 一 像 素 当 前 时 间 的 土 壤 含 水 量（S o i l W a t e r C o n t e n t）；m i nSW C 为 该 像 素 近 1 0 年 来 同 期 单 位 时 间 段 内 的 最 小 土 壤 含 水 量；m axSW C 为 该 像 素 近 1 0 年 来 同 期 单 位 时 间 段 内 的 最 大 土 壤 含 水 量。m i n m axm i nG V M I G V M IG V M I G V M IM C I.(8)式 中：M C I 为 植 被 水 分 风 险 指 数；G V M I 为 某 一 像 素 当 前 时 间 的 全 球 植 被 水 分 指 数；m i nG V M I 为 该 像 素 近 1 0 年 来 同 期 单 位 时 间 段 内 的 最 小 全 球 植 被 水 分 指 数；m axG V M I 为 该 像 素 近 1 0 年 来 同 期 单 位 时 间 段 内 的 最 大 全 球 植 被 水 分 指 数。同 上，利 用 公 式（6）、公 式（7）和 公 式（8）输 入 历 史 上 同 期 P I 平 均 值、S W C 平 均 值、G V M I平 均 值 数 据，计 算 出 历 史 平 均 降 水 量 风 险 指 数（P C I），历 史 平 均 土 壤 含 水 量 风 险 指 数（G C I），以及 历 史 平 均 植 被 水 分 风 险 指 数（M C I）。4.5 主 成 分 分 析 算 法 融 合利 用 主 成 分 分 析 算 法 分 别 对 评 估 当 期 P C I、G C I、M C I 及 历 史 平 均 P C I、G C I、M C I 进 行信 息 融 合，在 定 量 耦 合 不 同 评 估 指 标 的 同 时 去 除 冗 余 信 息，提 取 包 含 干 旱 风 险 最 大 信 息 量 的 最 大 主 成 分分 量，按 照 公 式（9）计 算：C I B I A I P3 2 1.(9)式 中：P 为 主 成 分 分 析 方 法 得 到 的 第 一 主 成 分 分 量 P C A 或 P C A；1I、2I 和3I 为 变 量 协 方 差 矩 阵 计 算 后 的 主 成 分 系 数，由 主 成 分 分 析 算 法 得 到；A 为 降 水 量 风 险 指 数 P C I 或 P C I；B 为 土 壤 水 分 风 险 指 数 G C I 或 G C I；C 为 植 被 水 分 风 险 指 数 M C I 或 M C I。4.6 农 业 干 旱 风 险 分 级 与 数 据 验 证4.6.1 风 险 分 级按 照 本 标 准 4.5 的 计 算 结 果 为 基 础，根 据 作 物 各 生 育 期 的“参 考 需 水 风 险 系 数”（如 表 B.1）计 算“农业 干 旱 风 险 指 数”，按 照 公 式（1 0）计 算。D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 86WP C AR.(1 0)式 中：R 为 农 业 干 旱 风 险 指 数；P C A 为 主 成 分 分 析 方 法 得 到 的 第 一 主 成 分 分 量；W 为 该 评 估 时 间 段 作 物 所 处 生 育 期 的“参 考 需 水 风 险 系 数”。利 用 公 式(1 0)根 据 历 史 平 均 P C A 可 计 算 R，进 而 计 算 待 评 估 区 域 的 平 均 值，按 照 公 式（1 1）计算：1 2 NR R RMN.(1 1)式 中：M 为 评 估 区 域 R 的 平 均 值；iR 为 评 估 区 域 影 像 某 个 像 素 的 R；N 为 评 估 区 域 的 所 有 像 素 个 数。基 于 均 值，计 算 评 估 区 域 的 方 差。按 照 公 式（1 2）计 算：2 2 2 1 2 NR M R M R MN.(1 2)式 中：为 评 估 区 域 R 的 方 差；M 为 评 估 区 域 R 的 平 均 值；iR 为 评 估 区 域 影 像 某 个 像 素 的 R；N 为 评 估 区 域 的 所 有 像 素 个 数。参 照 国 家 农 业 干 旱 等 级 标 准（G B/T 2 0 4 8 1，G B/T 3 2 1 3 6），并 据 此 确 定 农 业 干 旱 等 级 划 分 标 准，共分 为 4 级，即 重 旱，中 旱，轻 旱，无 旱：重 旱：R 2 M 中 旱：2 M R 2/2 M 轻 旱：2/2 M R 2 M 无 旱：R 2 M 4.6.2 结 果 订 正4.6.2.1 参 考 陕 西 省 县 级 土 肥 站 及 农 技 中 心 固 定 监 测 台 站 测 报 并 公 开 发 布 的 数 据、气 象 局 土 壤 水 分 数据 对 结 果 进 行 订 正。4.6.2.2 在 作 物 种 植 区 划 的 基 础 上，将 遥 感 评 估 结 果 与 地 面 监 测 结 果 进 行 比 较，依 据 分 级 结 果 最 大 匹配 的 统 计 原 则 划 分 风 险 评 估 的 分 级 阈 值。D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 874.6.2.3 采 用 调 整 后 的 分 级 阈 值 对 干 旱 风 险 重 新 分 级，制 作 该 区 域 的 风 险 空 间 分 布 图，进 行 干 旱 风 险评 估。4.7 编 写 评 估 报 告农 业 干 旱 风 险 遥 感 评 估 结 果 经 过 专 家 会 商 形 成 评 估 报 告，报 告 内 容 如 下：报 告 题 目：点 明 该 评 估 区 域 该 时 间 段 农 作 物 干 旱 风 险 的 总 体 形 势；报 告 正 文：该 区 域 发 生 干 旱 风 险 的 总 体 评 价，分 区 域 评 价；附 表：该 区 域 该 时 间 段 分 具 体 区 域 的 评 估 统 计 结 果；附 图：该 区 域 该 时 间 段 干 旱 风 险 等 级 空 间 分 布 图。D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 88A A附 录 A（资 料 性 附 录）部 分 遥 感 指 数 形 式 及 说 明A.1 部 分 遥 感 指 数 形 式 及 说 明表 A.1 部 分 遥 感 指 数 形 式 及 说 明遥感指数名称 表达式归一化差值植被指数（N D V I）d R e N I Rd R e N I RN D V I土壤热惯量指数（A T IP）TA B E QPA T I)1(2植被供水指数（V S W I）N D V ITV SW Is全球植被水分指数（G V M I）)02.0()1.0()02.0()1.0(SW I R N I RSW I R N I RG V M I降水量风险指数（P C I）m i n m a xm i nP I P IP I P IP C I土壤水分风险指数（G C I）m i n m a xm i nSW C SW CSW C SW CG C I植被水分风险指数（M C I）m i n m a xm i nG V M I G V M IG V M I G V M IM C I注：d R e、N I R 和 S W I R 分别为红光波段、近红外波段和短波红外波段反射率；Q 为太阳总辐射通量、A B E为反照率、T 为最高最低温差、P I 为降水量、S W C 为土壤含水量。D B 6 1/T 1 1 3 0 2 0 1 89B B附 录 B（规 范 性 附 录）冬 小 麦 与 玉 米 各 生 育 期 的 参 考 需 水 风 险 系 数B.1 冬 小 麦 与 玉 米 各 生 育 期 的 参 考 需 水 风 险 系 数表 B.1 冬 小 麦 与 玉 米 各 生 育 期 的 参 考 需 水 风 险 系 数冬小麦生育期 参考需水风险系数 玉米生育期 参考需水风险系数播种至越冬 0.1 5 播种至拔节 0.1 8越冬至返青 0.0 6 拔节至吐丝 0.3 8返青至拔节 0.1 5 吐丝至灌浆 0.3 2拔节至抽穗 0.2 6 灌浆至成熟 0.1 2抽穗至成熟 0.3 8 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
展开阅读全文