基于多源数据的武陵山区干旱监测研究

由于地表复杂性和气候环境等因素影响,针对采用遥感指标进行旱情监测具有一定局限性,利用EOS/MODIS数据建立遥感旱情监测指标———温度植被干旱指数(TVDI),结合地面气象因子的降水量距平指数(PPAI),构建线性加权形式的综合干旱监测指数(IMDI),应用该指数和TVDI指数在2010年4月中旬和2011年4月下旬对武陵山区进行了干旱监测试验研究,通过与10 cm深度土壤水分拟合及标准化降水指数(SPI)关系对比分析,认为IMDI和TVDI能够进行该区域的干旱监测,IMDI较TVDI更具稳定性,而SPI在干旱发生时易加重旱情判定结果。     

基于温度植被干旱指数的云南干旱遥感监测

土壤水分是干旱监测的一个重要指标,应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据,利用归一化差值植被指数(NDVI)和分裂窗法反演的地表温度建立的NDVI-Ts特征空间中,得到温度植被干旱指数(TVDI),很好地表征了土壤水分的空间分布,从而实现干旱的监测。对云南省2009年1月、3月和2010年1月、4月干旱的时间、空间特性进行监测,监测结果表明冬春季旱情分布比较广,受旱面积均超过70%,其中重旱主要发生在滇西南和滇中北部,并且从冬季到春季,整个旱情均出现由南向北发展的趋势,发生干旱总面积在减少,但旱情等级在提高,春季重旱比冬季重旱面积大。应用相关研究成果对干旱监测结果进行验证,结果表明利用温度植被干旱指数(TVDI)进行干旱监测,干旱发生范围与实际干旱发生情况是基本吻合的,其中重旱的主要集中区域在空间分布上是基本一致的,监测结果可信,能够为相关决策部门提供有力的信息支持。     

安阳市农业干旱脆弱性评价及生态因子作用识别

为探究生态因子对农业干旱的影响程度,提高农业干旱脆弱性的评价精度,在总结前人研究经验的基础上,从自然敏感性、社会敏感性、恢复力3个准则层考虑,以安阳市为例选择了包括标准化降水指数、作物水分亏缺指数与生态类因子—温度植被干旱指数(Temperature vegetation dryness index,TVDI)等在内的...     

Drought Remote Sensing for Winter Wheat Based on Double Parabola NDVI- ST Space

以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、叶面积指数(LAI)和地表温度(ST)数据,分析了NDVI - ST和EVI - ST的特征空间,发现NDVI-ST和EVI - ST的特征空间具有双抛物线型特征.将其与三角形NDVI - ST、EVI - ST及LAI-ST特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数(TVDI)数据与土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI - ST特征空间能更好地反映地表10 cm土壤水分状况.以双抛物线型NDVI - ST特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2011 -02 -26 ～2011 -05-16河南省冬小麦旱情,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了2011年春天河南省旱情发展的总体时空特点.     

基于NDVI—ST双抛物线特征空间的冬小麦旱情遥感监测

以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数(EVI)、叶面积指数(LAI)和地表温度(ST)数据,分析了NDVI—ST和EVI—ST的特征空间,发现NDVI—ST和EVI—ST的特征空间具有双抛物线型特征。将其与三角形NDVI—ST、EVI—ST及LAI—ST特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数（TVDI）数据与土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI—ST特征空间能更好地反映地表10cm土壤水分状况。以双抛物线型NDVI—ST特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2011—02—26~2011—05—16河南省冬小麦旱情,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了2011年春天河南省旱情发展的总体时空特点。     

基于DSSAT-CERES-Wheat的黄土高原西部春小麦干旱影响研究

为提出有效措施预防黄土高原西部地区春小麦生产受到气象和农业干旱的影响,估算了1961—2018年期间、时间尺度1～6个月标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI）以及深度0～10 cm和深度10～40 cm的土壤水分亏缺指数（Soil moisture deficit index, SMDI）,探究了气象和农业干旱时空变化规律;利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟了黄土高原西部7个站点春小麦1961—2018年的生长要素和产量数据,分析了其时空变化规律;并研究了气象和农业干旱对春小麦生长过程及产量的影响。结果表明：以甘肃临夏站为例,时间尺度1～6个月SPEI和SMDI的干湿状态总体上一致,SPEI总体呈现干湿交替,深度0～10 cm的SMDI以及深度10～40 cm的SMDI的变化基本一致,均呈现变湿润的趋势。DSSAT-CERES-Wheat模型模拟黄土高原西部春小麦生长过程和产量方面的效果良好（决定系数R²为0.65～0.84）;1961—2018年春小麦最...     

山西省农业干旱时空变化特征

【目的】通过遥感快速准确地获取土壤湿度数据,为农业旱情的监测提供科学依据。【方法】选择山西省为研究区,以2009-2018年夏季的MODIS地表温度和植被指数数据为基础,通过TVDI模型获取农业旱情状况,并通过趋势分析、稳定性分析、H指数等方法研究山西省农业干旱时空变化特征。【结果】2009-2018年山西省夏季农业旱情总体呈现出正常偏干旱分布,且干旱主要集中在晋南地区。趋势变化表明,山西中部部分地区湿润程度逐步提高,而晋南地区湿润程度则逐步降低,此外TVDI值与高程和坡度负相关,高程越低,坡度越小的地区越干旱。研究区2009-2018年夏季时节的TVDI值变化趋于中度稳定。H指数表明,山西省晋中部分地区将继续显著湿润,而晋南地区继续轻微干旱。【结论】未来山西省夏季农业旱情除晋南会呈现出一种稳定持续轻微干旱外,大部分地区仍然处于一种稳定持续湿润的状态。     

黄土高原不同水平年旱涝时空分布特征分析

全球气候变暖大背景下,黄土高原总体呈现暖干化趋势,未来干旱还可能会加剧。为了全面了解黄土高原旱涝时空变化特征,为黄土高原应对旱涝灾害提供决策依据,根据黄土高原及周边263个气象站的降水数据划分降水水平年,以标准化降水指数（SPI）为指标,分析了黄土高原地区不同水平年年际及年内旱涝特征。结果显示,黄土高原在丰、平、枯水年均有不同程度的干旱发生。丰水年黄土高原干旱面积占5.7%,雨涝面积占40.9%;平水年干旱面积占12.7%,雨涝面积占19.3%;枯水年干旱面积占44.4%,雨涝面积占17.9%。不同水平年的干旱区域存在差异。不同水平年内春旱较重,丰水年和平水年雨季开始后干旱逐渐缓解,枯水年雨季不能有效缓解春季以来的干旱,且秋涝明显,各水平年年内干旱的时空分布存在显著差异。不同水平年年际和年内旱涝差异大且变化频繁,为了确保黄土高原农业生产旱涝保收,应合理布设小型水利工程与田间灌溉设施。      

基于植被健康指数的内蒙古干旱时空特征分析及驱动因素研究

【目的】探究内蒙古地区1982—2020年干旱时空演变特征及驱动因素。【方法】基于1982—2020年内蒙古植被健康指数（VHI）,从时间、空间及时空耦合角度分析该区域干旱时空特征,采用交叉小波方法分析厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）、太阳黑子对干旱的驱动作用。【结果】(1)内蒙古地区干旱总体呈增加趋势,夏季干旱化趋势最明显。内蒙古干旱呈现出一定的交替性特征,第一主周期、第二主周期分别为8、12 a。(2)内蒙古中部偏北地区的旱情较为明显。(3)干旱明显加重地区主要位于内蒙古中部及东北部少许地区,南部呈干旱减轻趋势。(4)1982—2020年,内蒙古西部、中部、东部地区分别发生了23、20、17场干旱事件。最严重的干旱事件发生于1988年12月—1990年3月。(5)大气环流因子及太阳黑子与内蒙古干旱间均存在相关关系,ENSO对干旱的影响最大,太阳黑子对干旱的影响最小。【结论】1982—2020年,内蒙古干旱表现出加重趋势,具有周期性特征,且ENSO对干旱的影响最大。     

基于DSSAT-CERES-Wheat的黄土高原西部春小麦干旱影响研究

为提出有效措施预防黄土高原西部地区春小麦生产受到气象和农业干旱的影响,估算了1961—2018年期间、时间尺度1~6个月标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI）以及深度0~10cm和深度10~40cm的土壤水分亏缺指数（Soil moisture deficit index, SMDI）,探究了气象和农业干旱时空变化规律;利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟了黄土高原西部7个站点春小麦1961—2018年的生长要素和产量数据,分析了其时空变化规律;并研究了气象和农业干旱对春小麦生长过程及产量的影响。结果表明：以甘肃临夏站为例,时间尺度1~6个月SPEI和SMDI的干湿状态总体上一致,SPEI总体呈现干湿交替,深度0~10cm的SMDI以及深度10~40cm的SMDI的变化基本一致,均呈现变湿润的趋势。DSSAT-CERES-Wheat模型模拟黄土高原西部春小麦生长过程和产量方面的效果良好（决定系数R2为0.65~0.84）;1961—2018年春小麦最大叶面积指数和地上生物量无明显变化趋势,而产量在2005年之后有增加的趋势。开花期和灌浆期的干旱对春小麦生长过程以及产量的影响更大,SMDI与春小麦生长和产量要素之间的关系比SPEI更为密切,表明农业干旱对春小麦生长和产量的影响更大,其中深度0~10cm的SMDI比深度10~40cm的SMDI影响程度大。时间尺度2个月的深度0~10cm的SMDI是干旱背景下影响春小麦生长和产量的关键时间尺度。本研究为黄土高原西部春小麦生产应对气象和农业干旱提供了参考。     

基于GIS的水量平衡模型在黄土高原地区土壤水分模拟中的应用

应用修正后Vrsmarty水量平衡模型对黄土高原地区2001-2010年间的土壤水分变化规律进行模拟。该模型综合考虑了土壤质地、植被类型、蒸发、降水等因素。模拟结果表明:黄土高原地区平均土壤水含量年内呈"正弦"曲线的变化规律,6月份土壤水含量最低为36.9mm,随着雨季到来,10月达到最高为74.3mm,而后逐渐降低。土壤水变化趋势可分为西北和东南两个区。西北区降雨量少,蒸散量大,全年土壤水含量很低,为1～40mm;东南区受降雨和蒸散周期性的变化的影响,土壤水变化周期性明显,秋末最高达200～240mm,夏初最低为60～100mm。全区的年平均降水为435.8mm,从东南向西北逐渐减少。全区年平均参考作物蒸散量为1 072.7mm,呈现出西北和东南偏高,东北和西南偏低的趋势。     

黄土高原典型区雨水资源化潜力模拟与评价

为充分利用雨水资源应对黄土高原水土流失和干旱缺水的问题,引入分布式水文模拟技术,构建具有物理成因机制的分布式雨水资源化潜力评估模型,解决雨水资源利用的核心问题--评价当地的雨水资源化潜力。通过研究黄土高原典型区域黄河河口镇至龙门段(河龙区间)的雨水资源情况,定量评估该区域雨水资源化潜力,结果表明:在气候变化和人类活动的双重背景下,20世纪80年代后,黄河流域河龙区间的地表径流量、土壤有效水增量和雨水资源化潜力呈现上升趋势;河龙区间大部分地区雨水资源呈增长趋势,雨水资源可基本满足现有条件下区域植被恢复的用水需求。气候变化对雨水资源化潜力起正影响作用,贡献率为63.4%,土地利用/覆盖变化则为负影响,贡献率为-36.6%。人类活动对区域雨水资源利用的影响不容忽视,应大力发展干旱半干旱区降雨-径流调控技术,提高雨水资源化利用率,以保障区域生态-经济协同可持续发展。     

基于CA-Markov模型的黄土塬区黑河流域土地利用变化

研究黄土高原的土地利用变化,可为其生态建设提供重要的决策依据。基于CA-Markov模型,分析了黄土高塬沟壑区黑河流域1985－2000年土地利用变化的趋势、速度、类型及其与地形的关系,并模拟了2015年土地利用情景。结果表明,黑河流域以耕地和中覆盖草地为主;1985－2000年林地和农地减少,草地和建设用地增加,其他类型变化很小;林地和草地相互转化与耕地转出是两大变化类型;土地利用变化主要发生在沟壑区。CA-Markov模型模拟的2000－2015年土地利用将保持1985－2000年的变化趋势,因此,需加强耕地保护措施,推进退耕还林草工程,促进区域可持续发展。     

黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟

为探明黄土高原北部草地表层土壤水分空间分布特征及其与环境因素的关系，该文用自回归状态空间模型和经典统计的线性回归模型对该区草地表层土壤含水率的分布状况进行了模拟。结果表明，状态空间方程可以应用于环境因素复杂的黄土高原水蚀风蚀交错区，其拟合效果优于线性回归模型。单因素中基于饱和导水率的模拟效果最佳（R2 = 0.936）；多因素模拟中以饱和导水率+海拔+凋落物模拟效果最佳（R2 = 0.976），可以很好地解释表层土壤水分的变异状况。自回归状态空间模型可用于研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区表层土壤水分与其他因素的空间关系。     

基于理论干湿边与改进TVDI的麦田土壤水分估算研究

针对旱情监测及农田灌溉中传统的基于地表温度-植被指数特征空间的温度植被干旱指数(Temperaturevegetation drought index,TVDI)构建方法无法准确反映真实地表的水热能量交换,给土壤含水率估算带来极大不确定性的问题,根据地表能量平衡方程,并引入改进植被覆盖度参数,构建一种理论干湿边端点选取方法及基于地表温度-改进植被覆盖度特征空间的TVDI模型,结合两期MODIS遥感影像数据(DOY088和DOY112)及地面观测数据,对陕西杨凌区的麦田土壤含水率进行估算。结果表明,由理论干湿边计算得到的TVDI与实测土壤含水率相关系数在-0.700左右,均方根误差不大于0.060 cm3/cm3。DOY088和DOY112的土壤含水率估算结果均与土壤含水率实测值有较好的拟合关系,尤其是DOY088的反演结果更接近于实际地表干湿状况,相关系数为-0.715,均方根误差为0.029 cm3/cm3,DOY112的散点分布比DOY088分散。该方法可以避免传统特征空间在干湿边估算中必须包含裸土、部分植被覆盖以及全植被覆盖地表覆盖类型的限制,从而实现真实土壤水分的遥感反演和实际地表干湿状况的监测。     

黄土高原刺槐生长状况及其影响因子

在黄土高原,刺槐发挥着防治水土流失等重要作用。本文通过方差分析、多重比较等方法对黄土高原榆林、延安、渭南、咸阳、宝鸡等地（市）的274株刺槐解析木进行统计分析,研究了黄土高原刺槐生长状况及其影响因子。结果表明,陕西黄土高原的刺槐在15a时,树高、胸径和材积的平均值分别为（10．84±0．29）m、（10．64±0．31）cm和（0．048907±0．001634）m^3。黄土高原不同地区刺槐长势差别较大,宁夏的刺槐生长状况好于山西、陕西和河南,甘肃的刺槐生长缓慢、生长量低。同时,海拔、坡位、坡向、坡度和林分密度对刺槐生长影响显著,生长在海拔1000～1200m之间的刺槐生长状况好于其它海拔水平;山坡的中下部较上部更有利于刺槐生长;阴坡的刺槐长势优于其他坡向;随着坡度的增加刺槐生长量下降。建议在黄土高原营造刺槐林时应选择海拔1000～1200m之间、坡度较缓的阴坡下部,15a生刺槐密度控制在3300～4950株／hm2之间较为适宜。     

黄土高原地区雨水集蓄利用技术发展评述

通过对黄土高原地区雨水集蓄利用技术发展现状的全面分析 ,指出了目前该地区雨水集蓄利用技术推广应用中存在的主要问题 ,最后提出了发展本地区先进、高效、适用雨水集蓄利用技术的具体对策