基于温度植被干旱指数的黑龙江省旱情动态研究

2015年黑龙江省发生大面积干旱,为了对此旱情进行动态监测,采用6—9月的MODIS数据,计算温度植被干旱指数(TVDI);以过去15年(2000—2014年)的全省40个旱作农业站点以旬为单位的TVDI为研究对象,根据土壤相对湿度的农业干旱等级划分标准,制定TVDI的干旱监测等级,利用2011年实地测取土壤相对湿度数据对该等级进行验证,结果表明,验证结果准确度达到83%。结果显示:TVDI被分为5个等级,TVDI0.46为无旱,TVDI在0.46~0.57之间为轻旱,TVDI在0.57~0.76之间为中旱,TVDI在0.76~0.86之间为重旱,TVDI0.86为特旱,用此标准对黑龙江省2015年的旱情进行分析,能够较好地反映出黑龙江省整体的实际旱情。在监测中2015年7月份全省旱情最为严重,持续到8月中旬,到8月下旬省内各地陆续降雨,重旱区域减少,整体旱情减轻。     

基于SPI指数的近50a内蒙古地区干旱特征分析

利用近50a逐月降水资料,以标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,详细全面地分析了内蒙古东中西部年际干旱强度、干旱覆盖范围和干旱频率特征及其演变规律.结果表明:近50a来,内蒙古东部和中部总体干旱强度增加但不显著,西部总体干旱强度减弱但不显著.从干旱覆盖范围来看,西部呈略微减少趋势,中部增加但不显著,而东部呈显著增加趋势,且中部和西部以全域性干旱为主,东部以区域性干旱为主.从干旱频率上看,东中西部空间差异性明显.东部轻旱发生频率较高的地区包括海拉尔市东北部、兴安盟、通辽市西部以及赤峰市东部,中旱在大部分地区发生的频率都较高,重旱在海拉尔市局部地区发生的频率较高;中部地区锡林郭勒盟轻旱、中旱和重旱发生的频率都较高;西部大部分地区轻旱发生的频率较高.     

基于土壤相对凋萎湿度构建的干旱监测指标在云南的应用分析

在分析云南土壤水文参数的基础上,构建基于土壤相对凋萎湿度的干旱监测指标I_RWM,并分析其在云南地区的适用性。结果表明：云南0~20 cm土层土壤水文参数空间分布较为一致,土壤水分利用率总体呈现东高西低,南高北低的特点;从I_RWM指标来看,云南轻旱、中旱、重旱和特旱上限对应的土壤相对湿度分别为45.6%、36.5%、27.5%和18.4%;当大部地区土壤相对湿度低于60%时,云南发生中等干旱灾害的可能极大;云南的西部边缘地区对土壤水分更为敏感,有旱情发展波动大的特点;在干旱监测中,I_RWM指标能够降低极端降水对旱情监测的干扰,且对干旱灾害的描述与实际更接近。综合来看,I_RWM指标在云南的适用性优于MCI指数。     

葡萄主产区干旱时空分布特征

以我国607个气象站1958—2019年逐日气象数据、葡萄生育期数据为基础,以作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,明确研究区域内葡萄干旱空间分布特征及其时间变化趋势。结果表明：60年来,我国葡萄主产区不同生育阶段各干旱等级发生范围在新梢生长～开花坐果期和开花坐果～浆果成熟期,重旱和特旱呈下降趋势,轻旱和中旱呈上升趋势,但在浆果成熟～落叶期阶段,重旱呈上升趋势,特旱发生范围最大,发生频率达到65%～94%;葡萄主产区在不同生育阶段各干旱等级发生频率、平均强度以及干旱等级的空间分布基本符合北高南低的特征,高值区基本集中在西北产区和东北中北部产区,低值区主要集中在南方产区,而在浆果成熟～落叶期阶段发生频率则呈北低南高的空间分布特征,各等级干旱风险整体偏高,其中特旱地区发生频率介于61%～100%,轻旱、中旱以及重旱发生频率低的区域主要分布在西北产区及东北中北部产区,其发生频率小于30%。     

河套地区食用向日葵干旱等级指标研究

建立系统性的向日葵干旱灾害指标,开展向日葵干旱灾害的监测、影响评估和节水灌溉服务,对河套地区防灾减灾和指导灌溉生产意义重大。本文在向日葵土壤水分控制田间试验研究成果的基础上,通过建立土壤相对湿度和作物生长参数之间的关系模型,得出了食用向日葵出苗～花序形成、花序形成～开花后一周、开花后一周～成熟3个生育阶段轻旱、中旱、重旱、特旱的等级指标。同时,利用农业气象常规观测站2005—2019年从向日葵播种到收获每月3次(8日、18日、28日)的土壤水分观测数据,分析每次灌溉前的土壤相对湿度对应干旱等级来判断实际旱情,通过是否进行实际灌溉来验证干旱评价结果的准确性。结果发现:根据土壤相对湿度确定的向日葵3个生育阶段发生轻旱的临界值分别为65%、70%和60%,发生中旱的临界值分别为55%、60%和50%,发生重旱的临界值分别为45%、50%和40%,发生特旱的临界值分别为35%、40%和30%。向日葵历史观测数据的验证结果也表明基于土壤相对湿度的干旱等级指标合理且能很好地应用实际灌溉指导。     

基于MODIS TVDI和模糊数学方法的藏北地区旱情等级遥感监测

为了实现对藏北区域范围内春夏旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数（TVDI）和模糊数学方法建立了遥感干旱的划分标准,研究时段为1980—2017年。首先利用MODIS产品数据计算TVDI,然后根据气象干旱等级监测结果,采用模糊数学法建立基于MODIS TVDI的干旱等级划分标准,并对监测结果进行精度验证,最后分析了近年来藏北地区旱情的时空变化特征。得到的主要结论：①基于归一化植被指数（NDVI）和增强植被指数（EVI）计算得到的温度植被干旱指数TVDIN和TVDIE,均与20 cm实测土壤水分含量在0.05的水平达到显著相关,TVDIE的决定系数更高;②基于TVDIE将旱情划分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级,其中,据此标准获得的藏北地区旱情等级与气象干旱等级监测结果大体一致;③近年来藏北地区旱情整体不太严重,且总体趋缓,其中,2009年最严重,发生中旱及以上旱情的区域面积达24%,年内旱情在6月最严重。就旱情的空间分布特征而言,研究区西南部和中部干旱比较严重,北部和东南部相对较轻。研究成果可为藏北地区干旱监测提供数据支撑,遥感干旱等级的划分方法可为其他地区的干旱研究提供参考。     

基于MODIS TVDI和模糊数学方法的藏北地区旱情等级遥感监测

为了实现对藏北区域范围内春夏旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数(TVDI)和模糊数学方法建立了遥感干旱的划分标准,研究时段为1980-2017年。首先利用MODIS产品数据计算TVDI,然后根据气象干旱等级监测结果,采用模糊数学法建立基于MODIS TVDI的干旱等级划分标准,并对监测结果进行精度验证,最后分析了近年来藏北地区旱情的时空变化特征。得到的主要结论:①基于归一化植被指数(NDVI)和增强植被指数(EVI)计算得到的温度植被干旱指数TVDIN和TVDIE,均与20 cm实测土壤水分含量在0.05的水平达到显著相关,TVDIE的决定系数更高;②基于TVDIE将旱情划分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级,其中,据此标准获得的藏北地区旱情等级与气象干旱等级监测结果大体一致;③近年来藏北地区旱情整体不太严重,且总体趋缓,其中,2009年最严重,发生中旱及以上旱情的区域面积达24%,年内旱情在6月最严重。就旱情的空间分布特征而言,研究区西南部和中部干旱比较严重,北部和东南部相对较轻。研究成果可为藏北地区干旱监测提供数据支撑,遥感干旱等级的划分方法可为其他地区的干旱研究提供参考。     

基于TVDI指数的冬小麦旱情动态研究——以河北省邢台市为例

以重大干旱年份2010年为例,采用冬小麦生长期的MODIS数据,提取邢台市归一化植被指数(NDVI)和地表温度数据(LST),计算温度植被干旱指数(TVDI),制定农业干旱监测等级,利用该指标对邢台市2010年重大旱情进行分析,并利用降水数据和20 cm土壤湿度数据进行结果验证。结果显示:利用MOD11A2数据反演的地表温度与实测地表温度对比平均误差为0.295℃,反演结果能够代替实地温度进行计算;利用实测20 cm深度土壤相对湿度数据与该地区计算的TVDI值做线性拟合,拟合度R2最高为清河县站点0.722,最低是任县站点0.598,整体效果较好;从验证结果来看,TVDI能够较好地反映出邢台市整体的实际旱情。邢台市2010年冬小麦主要生长阶段中返青拔节阶段整体旱情等级较高,而且出现大面积重旱区域,进入抽穗阶段重旱区域减少,正常或湿润区域范围扩大,整体旱情减轻。     

基于水分亏缺指数的北疆春小麦不同生育阶段干旱时空特征

基于水分亏缺指数模型，结合新疆历史干旱资料记载，对比分析典型年份干旱指数，确定北疆春小麦干旱等级指标，利用ArcGIS探究1986—2016年北疆春小麦各生育阶段干旱强度、干旱站次比的年际变化规律以及干旱频率的时空分布特征。结果表明：除春小麦营养生长和生殖生长并进阶段干旱站次比呈微弱增大趋势（0.355%·10a^-1），其余生长阶段干旱强度和干旱站次比均呈下降趋势；重旱和特旱在春小麦营养生长和生殖生长并进阶段发生频率最高（主要集中在50.00%~68.00%，0~3.87%），轻旱和中旱在春小麦生殖生长阶段发生频率最高（主要集中在12.00%~25.00%，12.91%~61.27%）；春小麦营养生长阶段，北疆北部地区重旱发生频率较其他地区高（主要集中在39.36%~54.19%），春小麦营养生长和生殖生长并进阶段，北疆东北部地区重旱和特旱发生频率更高（主要集中在67.72%~83.84%，7.74%~9.67%），春小麦生殖生长阶段，北疆西南部地区重旱发生频率较其他地区重旱频率更高（主要集中在46.44%~61.92%）；北疆地区在春小麦生长的3个生育阶段，生殖生长阶段中旱发生频率最高（主要集中在41.93%~51.6%），其余两个时期重旱发生频率均高于其他等级干旱发生频率（主要集中在39.36%~54.19%，51.61%~67.72%），而特旱发生频率均最低（主要集中在0~3%）。     

基于MODIS和FY-2D卫星降水数据的遥感旱情监测研究

大多数情况下干旱是由降水异常偏少引起的,目前考虑降水因素的遥感旱情监测模型中,模型权重的确定方法复杂且使用的卫星降水数据分辨率低。针对上述问题,在利用MOIDS数据构建植被状态指数VCI和温度状态指数TCI的同时,结合FY-2D卫星降水数据构建线性加权组合模型,即归一化旱情综合指数SDCI,模型的权重系数通过与农业受旱率的相关性来确定。并以SDCI指数作为旱情监测指标,分析了桂西北2009年10月~2010年4月的旱情,监测结果表明该时段发生了一个从"局部地区有旱→旱情加重并持续→轻微缓解→旱情加重→旱情缓解"的演变过程,与实际旱情资料的描述相一致,表明SDCI指数能较好地反映区域旱情分布情况。     

海河流域1961～2010年干旱化特征及其变化趋势分析

利用1961～2010年海河流域内及其周边51个站的降水、气温、相对湿度、风速、日照时数等气候因子日数据,采用相对湿润度指数方法揭示了流域50年不同等级干旱的时空演变规律,并剖析干旱与气候变化的关系;再利用小波分析法研究流域相对湿润度指数距平的周期变化规律,预测海河流域未来的干旱化趋势。结果表明:时间上,流域轻旱频率最高,年代际变化上总体趋向干旱化;空间上,东北部为轻旱频发区;西北部的中旱频率较高;重旱主要集中于张家口、忻州、邢台等周边地区;流域降水量和蒸发量的年代/年代际变化呈双降趋势,且后者减小速率相对较小,区域整体干旱化有减弱趋势。流域相对湿润度指数距平的时间序列存在10年尺度的显著变化周期,预计到2017年间海河流域总体仍处于干旱化阶段。     

天水干旱气候对蜜桃生产影响的评估

利用统计学方法提取了干旱灾害的主要影响因子,进行了天水干旱气候对蜜桃生产影响评估。分析得出:影响天水蜜桃正常生长的主要干旱灾害以早春蜜桃萌芽~芽开放期干旱、花期干旱和蜜桃上年10月中旬高温干旱灾害最为明显;各干旱时段灾害强度发生频率以3月上中旬桃树萌芽~芽开放期轻旱和花期轻旱最多,发生频率分别为23%和31%,对蜜桃产量的影响以开花期大气干旱影响最大,贡献率为40%。影响天水蜜桃生产的干旱灾害综合评估表明,除轻旱、重旱评估准确率略低为83%和80%外,无旱和有旱评估准确率达94%以上,中旱、特重旱评估准确率均达100%,灾害评估效果比较理想。     

江苏省苏北地区季节性干旱特征及动态风险评价研究

利用江苏省统计年鉴提供的气象资料,通过标准化降水指数(SPI)计算苏北地区近25 a(1989—2013年)的季节干旱指标,分析江苏省苏北地区五市的季节性干旱时空特征和发生规律,并对其进行动态干旱风险评价。基于危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力这四个影响因子构建相应干旱风险评价指标体系,选取适合苏北五市的气象、水文、地理、社会经济方面相关二级指标,组合运用熵权法和CRITIC法确定各指标综合权重,通过加权综合评价法对苏北五市进行动态旱灾风险评价。结果表明:苏北地区干旱时间特征存在明显的季节性差异,发生干旱多为轻旱和中旱,且多发生于春夏秋三季,盐城市冬季发生中旱和重旱相对较频繁;干旱强度变化趋势和干旱频率趋势大体一致,五市发生春旱的频数和强度总体都呈增加趋势,而秋季情况略有好转。近年来,苏北地区五市的旱灾风险具有一定的稳定性,风险排名依次为:淮安连云港宿迁徐州盐城,其中,防灾减灾能力对于干旱风险的动态变化体现出较强相关性。     

山西南部季节性干旱特征及综合防御技术

采用标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了山西省运城市49年(1958—2007年)各月干旱指数,并在此基础上分析了山西南部地区季节性干旱特征。研究表明,干旱强度与干旱频率在不同年代际表现特征不同。与运城地区49年同期均值相比,进入20世纪90年代后,春旱发生频率、干旱强度分别提高了29.0%、5.1%;夏旱发生频率提高41.9%,干旱强度下降了7.4%;秋旱发生频率下降了23.8%,干旱强度提高了7.7%;冬旱发生频率下降了26.6%,干旱强度下降了37.5%。干旱的季节性特征为春旱和夏旱有加重趋势,秋旱和冬旱有减弱趋势。春旱(3—5月)和伏旱(7—8月)作为可预见性干旱,可采用土壤墒情监测、干旱预警、制定系统性抗旱措施等综合防御技术。对于不可预见类型干旱,可采用建立抗旱水源、储备抗旱机械等策略。     

基于MCI指标的甘肃省近50年干旱特征分析

基于甘肃省16个气象站1961—2010年改进气象干旱指标(MCI)对甘肃省近50年不同季节的干旱特征进行了统计分析。结果表明:春旱和夏旱发生频率最高,为55.4%和55.0%;秋旱发生频率最低,为41.1%;冬季干旱发生频率为46.3%。全省夏秋季易出现大范围干旱,冬季较少。近50年来,干旱发生范围在全年各季节都有不同程度增加。春季各等级干旱发生天数均较高,且更容易发展成为重旱甚至特旱;夏季和冬季易发生大范围的轻旱和中旱,而严重干旱发生较少;秋季干旱发生日数最少,且干旱强度也最轻。总的来说,甘南地区干旱发生最少,而河西东部、陇中北部和陇南南部发生干旱较多。近50年,研究区干旱平均持续日数、发生干旱站次比以及干旱强度虽有不同程度增加或减少趋势,但变化并不显著。春季干旱强度最强,秋季最弱。干旱强度与无雨日数有显著负相关关系。     

基于MOD16产品的陕西关中地区干旱时空分布特征

基于MOD16产品,利用作物缺水指数法,结合气象站点观测资料及MOD17植被指数信息,分析了2000—2013年陕西关中地区干旱的时空分布特征。结果表明:基于MOD16产品的作物缺水指数的计算结果与站点土壤相对湿度的变化规律一致,并且两者的相关系数通过了P0.001的显著性检验,说明MOD16数据可以用于关中地区干旱的时空变化分析;作物缺水指数的空间分布不均匀,在关中地区的东部和北部值较高,较为干旱,特别是在关中东北部和西安市周边干旱特别严重,作物缺水指数多年平均值在0.795~0.832,达到重旱等级,并且区域内干旱程度呈显著上升趋势;作物缺水指数有明显的年内变化波动,在3—6月及10—11月值最高,作物缺水指数达0.7左右,其中3—6月是重旱和特旱集中发生的时期,而10—11月以轻旱和中旱为主;2000—2013年作物缺水指数在2003年出现最低值(0.65左右),后逐年升高,在2013年达最高值(0.8左右);2000—2013年轻旱面积呈减小的趋势,中、特旱呈增加趋势;作物缺水指数与温度、降水及植被的关系密切,高温少雨时,作物缺水指数偏高,干旱容易发生,同时归一化植被指数较低。     

北方农牧交错带干旱灾害及其对暖干气候的响应

利用1961 ～2012年气象数据资料,采用线性回归、反距离加权空间插值(IDW)对北方农牧交错带气温、降水气候要素的时间演变特征进行了分析,并在此基础上运用Is指数和Modet小波变换等方法研究该区域的干旱状况.结果显示:近52年来,北方农牧交错带气温增温速率为0.32℃/10a,降水量减少速率为7.35mm/10a,气候暖干化趋势明显;气候暖干化导致该区干旱灾害的发生频率增加、强度加剧;干旱灾害主要存在7a和8a的年际变化周期,1989年以前气候偏湿润,1989年以后干旱严重;干旱灾害发生频率最高的是西北段部分,西北段和东北段偏旱与大旱严重,而华北段重旱严峻.     

基于降水量距平百分率的内蒙古地区干旱特征

利用1971—2015年内蒙古地区52个气象站逐月降水量观测数据，采用降水量距平百分率(Pa)，从干旱频率和干旱变化趋势率分析了研究区近45 a来干旱时空分布特征。结果表明：从时间变化来看，年降水量呈微弱的下降趋势，并于1998年和2012年发生突变；春季、秋季和冬季降水量变化呈上升趋势，夏季降水量变化呈下降趋势；年尺度干旱主要发生在1999—2011年；季节尺度干旱发生频率为冬旱>春旱>秋旱>夏旱。从空间变化来看，多年平均降水量由东向西呈逐级递减趋势，降水分布地域特征明显，大兴安岭以东地区和巴彦淖尔市西部地区降水变化趋势率较高，呼伦贝尔市西北部、通辽市中南部、赤峰市中部、阿拉善盟西部地区降水变化趋势率较低；发生不同等级干旱的几率为轻旱>特旱>中旱>重旱，各级干旱易发生地区集中在呼伦贝尔市西部、赤峰市中北部、通辽市北部、锡林郭勒盟中西部以及阿拉善盟西部地区。Pa变化趋势率表现为，呼伦贝尔市中东部、巴彦淖尔市西部和阿拉善盟东部呈上升趋势，即干旱程度减轻；兴安盟南部至鄂尔多斯市、阿拉善盟中西部呈下降趋势，即干旱程度加重。     

气候变暖背景下青海省春季干旱时空变化

基于1961-2018年35个气象台站观测资料,分析了青海省农牧区无雨日数、干旱次数时空演变特征,结果表明:①1961-2018年青海省春季平均气温呈升高趋势、降水呈增多趋势,无雨日数空间差异明显,其中,东部农业区、牧业区无雨日数总体无明显变化趋势。②近57 a,东部农业区轻旱、中旱、特旱发生次数均无明显趋势性变化,仅重旱略有增加,进入21世纪以来,东部农业区轻旱、重旱发生次数呈增加趋势,农业区各等级干旱次数呈南多北少的空间分布。③近57 a,青海省主要牧业区出现干旱总次数及不同等级干旱次数均呈减少趋势。其中,轻旱减少最为明显,而牧业区各等级干旱次数呈北多南少的分布。④青海省春季出现灾损的旱灾次数呈减少趋势,减少率为2.4次·(10a)^-1。其中,东部农业区出现灾损的旱灾次数最多。⑤近57 a青海省牧业区干旱发生次数在1981年前后存在明显的突变现象,而东部农业区无明显的突变现象。     

河北省冬小麦生育期干旱特征及成因分析

利用河北省冬麦区48个气象站1965—2014年气象资料和冬小麦发育期数据,选取标准化降水蒸散指数(SPEI),以冬小麦需水量代替SPEI指数中的蒸散量,分析了河北省冬小麦生育期近50年干旱时空特征,并对干旱变化特征的成因进行了初步探讨。结果表明:(1)在不考虑轻旱的情况下,河北省冬小麦各生育期内中旱出现频率最高(9.2%~10.4%),其次是重旱(5.7%~7.4%),极端干旱出现频率最低(1.8%~2.7%)。(2)冬小麦生育前、中期中旱以上干旱发生的高频率区位于衡水、沧州,邯郸则为中、后期中旱以上干旱出现的高频率区域。(3)冬小麦全生育期1966~1968年、1971~1972年、1981~1982年、2011年干旱强度较强、范围较大,是干旱较严重的年份,其中,1968年的干旱贯穿全生育期,其它年份均为阶段性干旱。(4)冬小麦全生育期干旱强度、干旱范围随年际均呈减弱趋势,且减弱趋势通过0.01水平的显著性检验;这种减弱趋势与冬小麦需水量的减少趋势关系密切,而冬小麦需水量的减小趋势又受日照时数、风速的下降趋势影响。