【成果推介】一种应用于大范围水文干旱监测的方法及装置

【应用行业】环境监测

【技术领域】计算机技术、遥感技术

【知识产权】发明专利

【成果完成单位】华中师范大学

【成果完成人姓名】周杰、熊旭倩、郭栋梁

【完成人团队简介】团队主要研究定量遥感、全球变化遥感监测、地学大数据研究。

【成果完成时间】2024-01-18

【专利号】CN2024100753512

【授权日期】2024-04-19

【技术成熟度】研发阶段

【应用背景】干旱的发生大都始于大气降水亏缺造成的气象干旱，持续的气象干旱将造成水文系统水量的亏缺，形成水文干旱。水文干旱主要表现为河流的径流和湖泊、水库和地下水等的水位低于历史平均状态。在全球环境变化背景下，对水文干旱的监测和评估具有重要意义。在水文干旱研究中，地表径流是长期以来普遍使用的监测数据。然而受站点区域覆盖能力有限、全球分布不均且时效性无法保证等因素限制，当前业务化运行的主流大尺度实时干旱监测系统如欧洲干旱观察（EDO）和中国国家气候中心干旱监测系统均未在其干旱监测模型中包含径流信息。美国干旱监测系统（USDM）的模型中尽管加入了径流数据，但模型本身依然由气象和土壤水文因子主导。近年来，遥感技术以其覆盖范围广、时效性强、信息量大以及受地理环境影响小等优势，显著提高了全球低成本干旱监测的能力。但相关研究与应用仍主要集中在利用遥感降水产品、土壤水分产品以及植被产品开展气象干旱和农业干旱的监测与评估，可直接用于水文干旱监测研究的卫星资料十分有限。

地表水体的时空变化受到气候变化和人类活动的影响，其中流域水文系统干湿状态的转换是重要的驱动因素之一。伴随着区域水文干旱的发展，地表水体的空间分布也呈现不同程度的动态收缩或扩张。相比于地下水储量，地表水体可获取数据的空间分辨率和时效性都有较大提升。同时由于地表水体空间分布广泛，遥感观测的地表水动态范围数据比依赖站点观测的径流数据具备更好的空间代表性。因而基于卫星观测的地表水面积的水文干旱监测研究能够有效填补相关领域的信息空白。近年来学界陆续基于水库面积定义水文干旱指标，发现区域地表水年际或季节性动态变化可有效揭示区域的水文干湿状况。

然而，申请人在实施本发明的过程中发现现有技术存在以下不足：1）水库面积动态定义的干旱指标空间代表性有限， 2）干旱监测应用中关注的气象干旱或水文干旱一般指短期（数周到数月）的水分异常，然而长期气候变化或人类活动导致的动态水体趋势特征引起的地表水体动态变化信号都会干扰水文干旱监测应用。

由此可知，现有技术的方法存在监测效果不佳的技术问题。

【成果简介】本成果发明了一种应用于大范围水文干旱监测的方法及装置，其中的方法从权威机构网站获取全球长时序遥感地表动态水产品和流域划分产品；将目标区域划分成若干个子流域；分区统计，选择各流域在监测期中稳定的年内季节性覆盖像元，计算各流域的月度稳定季节性水体面积时间序列；重建各流域月度稳定季节性水体面积时间序列；将各流域当前稳定季节性水体面积同历史同期平均值的差异进行标准化计算，得到动态水体指数；制作水文干旱监测指数专题图。本成果提出的以子流域为监测对象，以稳定季节性水体为监测数据的监测指标构建方法，能够在连续的空间上进行水文干旱监测，该方法更易向区域乃至全球业务化监测应用推广。

【成果图片】

【联系方式】段治国、安红高、刘树楠、吴涛，02767868068，02767868067，02767862769