【硕士论文】干旱预测模型的设计与实现.pdf

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1、摘要干旱是我国主要的自然灾害之一，具有发生频率高、持续时间长、波及范围广的特点，对我国农业生产、能源需求、生态环境保护和经济建设的影响日趋增加．目前关于干旱灾害方面的研究虽然取得了很大进展，但如何有效地监测早情的动态变化并进行准确预测，仍然是众多学者共同关心的研究课题。本研究根据干旱预测的技术路线，以干旱预测系统的总体设计为框架，在已有的AVHRR遥感数据处理模块的基础上，针对干旱预测模块、系统主界面以及干旱监测数据处理模块中的标准化降水指数(SPI)计算功能进行设计和实现。对干旱预测模块来说，根据加权马

2、尔可夫模型、灰色预测以及基于条件植被温度指数(ⅥU)的ARm【A预测的相关理论，一方面结合该模块和已有的AVHRR．遥感数据处理相关功能中所涉及到的数据，对数据结构和访问接口进行设计；另一方面根据模块功能的要求，在相关算法设计的基础上，按照面向对象程序设计的思想进行类的设计和实现。按照所选干旱预测模型的相关理论和面向对象程序设计的思想，实现了干旱预测模块。该模块不仅能够方便和高效地访问数据，而且通过加权马尔可夫模型、基于GM(1，1)模型的灰色预测和基于vrcI的川龇模型的相关功能，能够进行点上和面上的干

3、旱预测。以陕西关中平原和渭北旱塬的降水量数据和AVHRR多时段卫星遥感数据，对该模块进行了应用，结果表明该模块在功能上能较好地满足干旱预测应用的要求，达到了预期系统开发的目标。关键词：遥感，干旱指数。干旱预测，模块开发中目农业大学硕}：论文第一章绪论第一章绪论1．1研究背景干早是我国主要的自然灾害之一，具有发生频率高、持续时间长、波及范围广的特点。干旱的频繁发生和长期持续给我国的农业生产、能源需求、生态环境保护和经济建设带来了巨大的损失。近年来，我国受旱面积和旱灾损失呈不断上升趋势；干旱发生区域逐渐扩大；

4、旱灾影响范围也从农村向城市蔓延。干旱已经不仅是困扰我国农业生产的主要因素，而且已成为严重制约我国经济发展和社会和谐的主要因素之一．由于干旱发生范围广、影响因素多、成因复杂，因此至今还没有一个适用于任何条件下的干旱定义及其监测、预报方法。因此，探讨一套客观、动态、实时的干旱监测和预报方法，对于及时了解旱情的程度和分布，采取有效的防旱、抗旱措施具有重要的现实意义．传统的干旱监测是用点上的数据来研究干旱的程度及范围，其中应用最多的是气象数据，此外还有水文、社会和经济等数据。但是采用点上的监测方法不仅无法实现大面

5、积动态监测，而且费时、费力．而遥感技术具有宏观、快速、动态、经济的特点，特别是在可见光、近红外和热红外波段能够较为精确地提取一些地表参数，能够从面上进行干旱监测。利用遥感技术研究地理区域面上的干旱已成为干旱监测研究的热点．由于干旱的物理成因很复杂，干旱的准确预测缺乏坚实的理论基础，所以过去直至现在主要是以统计模式预测为主。随着全球气候研究计划的实施，对干旱的物理成因有了较多的认识，应用动力学气候模式进行干旱预测成为新的研究热点，但尚未形成业务预测，此方法仍处于实验阶段。目前，在于旱预测研究中使用较多的方法

6、是以干旱指标为基础，应用时间序列分析、多元回归分析、周期分析等数理统计方法来建立预测模型。近年来，依据各种指标所建立的干旱预测模型在防旱抗旱中也发挥了重要作用。在干旱监测和预报过程中，不仅需要处理大量数据，而且有的预测模型比较复杂，用手工方式进行处理和分析的工作量相当大。特别是将遥感技术应用到干旱研究中，这种方式是根本不可取的。因此，需要以计算机为硬件支持，结合多种类型、多种指标以及多种数学方法建立干旱监测与预报系统，达到提供决策信息，降低干旱损失，促进农业生产的目的。1．2干旱预测方法的研究进展随着与人

7、类生存密切相关的干旱问题的日益突出，如何有效地对旱情进行预测，已成为国内外众多学者共同关心的研究课题【”．美国、日本、俄罗斯以及澳大利亚等发达国家相继建立了气候监测及诊断分析业务，以加强对灌溉用水和干旱灾害的研究【2J。在国内，安徽、陕西以及西藏等地区也分别建立了各类指标的干旱预测模型【3】。但是，由于干旱灾害受到诸多长期天气过程的影响，其物理成因比较复杂，这些模型大多具有比较明显的区域性和时域性，尚未形成能广泛适用的预测模型。根据旱情影响范围和研究角度的不同，干旱可以分为四种类型：气象干旱、农业干旱、水

8、文干旱和经济干旱㈣。气象干旱是指在一个相对长的时期内，某一地区的蒸发量大于降水量，或降l中国农业大学硕士论文第一章绪论水量异常偏少的现象【4J，常以降水量或降水量的统计量作为干旱指标17“，例如帕尔默指数、降水量距平百分率和标准化降水指数。农业干旱是由环境因素造成农作物发生水分缺乏，正常生长发育受到影响，导致减产或失收的现象，一般采用降水量指标、土壤含水量指标、作物旱情指标及综合类指标等来评价【1仉“】。水文干旱是指一种持续性