基于3種機(jī)器學(xué)習(xí)方法的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測比較

王曉燕， 李 凈， 邢立亭

（西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

干旱是出現(xiàn)頻率高、持續(xù)時(shí)間長、波及范圍廣的氣象災(zāi)害之一［1］。農(nóng)業(yè)干旱是由于低于正常降水或高于平均蒸發(fā)和蒸騰作用而導(dǎo)致的土壤水分虧缺［2］。頻繁的農(nóng)業(yè)干旱導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，因此準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測是必不可少的。

干旱指數(shù)是監(jiān)測和分析農(nóng)業(yè)干旱的重要方法。近年來，學(xué)者們建立了各種干旱指數(shù)來量化干旱特征，特別是嚴(yán)重程度和空間范圍［3］。根據(jù)數(shù)據(jù)源不同，通常分為基于氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測的干旱指數(shù)和基于遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測的干旱指數(shù)兩大類。常用的基于氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)的干旱指數(shù)包括帕默爾旱度指數(shù)（PDSI）［4］、作物干旱識(shí)別指數(shù)［5］、綜合指數(shù)（CI）［6］、K 指數(shù)［7］、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）［8］和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸發(fā)指數(shù)（SPEI）［9-10］等。SPEI由于同時(shí)考慮了降水量和溫度并且能夠監(jiān)測不同地區(qū)不同類型的干旱，被廣泛應(yīng)用。雖然基于氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)的干旱指數(shù)能夠準(zhǔn)確且有效的監(jiān)測氣象站及其周邊干旱的嚴(yán)重程度，但在可用氣象站點(diǎn)有限的條件下，遙感數(shù)據(jù)覆蓋面積廣、空間分辨率高、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，基于遙感數(shù)據(jù)的干旱指數(shù)在大面積干旱時(shí)空模式的監(jiān)測中更為可靠。當(dāng)前基于遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測的干旱指數(shù)主要有歸一化植被指數(shù)（NDVI）［11］、植被狀態(tài)指數(shù)（VCI）［12］、溫度狀態(tài)指數(shù)（TCI）［13］、歸一化多波段干旱指數(shù)（NMDI）［14］、歸一化差值水分指數(shù)（NDWI）［15］以及植被供水指數(shù)（VSWI）［16］等。最初多是單一因素的遙感指數(shù)被用于監(jiān)測和分析干旱，如NDVI、VCI 等，但農(nóng)業(yè)干旱過程復(fù)雜多變，影響因素眾多，單一因素的干旱指數(shù)往往難以反映干旱的多類型和多尺度特征［17］。……