基于MODIS资料的遥感干旱监测业务化方法研究

MODIS在波段设置和探测精度方面较AVHRR有较大的优势,如何将传统的基于AVHRR数据的遥感干旱监测模型转移到MODIS数据平台是遥感干旱监测领域非常关注的问题。我们从可业务化的角度,在借鉴陕西省农业遥感信息中心近年研究开发的NOAA/AVHRR遥感干旱监测业务化模型的基础上,结合陕西的地形、气候、植被覆盖特征,建立了基于MODIS数据的区域性干旱遥感监测的业务化模型和资料处理流程,并在陕西2005年3-5月发生的较严重的春旱过程中进行了监测试验。结果表明:使用基于MODIS数据的热惯量和植被供水指数两种模型进行区域性遥感干旱监测是可行的,修改后的植被供水指数模型在干旱面积估算精度和图像的可视化效果方面有了明显提高。     

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。     

基于MODIS干旱指数与RBFNN方法的江苏冬小麦需水关键期土壤水分遥感监测应用

利用遥感指数反演土壤水分已成为监测干旱的重要手段之一，而单一的遥感干旱指数对于反演土壤水分存在一定局限，本研究从7种不同MODIS遥感干旱监测指数中选取适宜的5种并结合径向基函数神经网络（RBFNN）协同反演江苏省2018年冬小麦需水关键期的土壤相对湿度。结果表明：与单一的遥感干旱指数相比，协同RBFNN的遥感干旱指数反演的模型效果更好，与10 cm和20 cm深度的实测土壤相对湿度的相关系数分别达到0.5161和0.4307，能综合多种通道的遥感信息反映当地土壤水分的变化；同时研究利用RBFNN对2017年5月江苏冬小麦10 cm深度土壤相对湿度进行反演，得到的土壤相对湿度分布图与实测土壤墒情结果较为接近，说明利用RBFNN反演模型有效。研究结果提高了土壤湿度的反演精度，为当地农业干旱的实时监测提供了新思路。     

基于FY-3D/MERSI数据的东北地区干旱监测方法研究

干旱是影响东北地区粮食安全的主要农业气象灾害之一,遥感技术是一种可便捷进行大范围干旱监测的手段。针对目前遥感干旱指数在作物生长发育过程中监测干旱的局限性和适用性等问题,以东北地区玉米和大豆等主要大田作物发育期为切入点,基于FY-3D/MERSI卫星遥感数据和地面土壤相对湿度实测数据,开展不同作物发育阶段干旱监测指数适用性分析,结合径向基神经网络方法,构建全时期和分时期土壤相对湿度反演模型,利用实测土壤相对湿度数据开展精度验证与对比分析。结果表明：风云三号MERSI传感器数据在干旱监测中具有可行性,表观热惯量(ATI)在低植被覆盖或裸土时效果较好,适用于作物冻土期、裸土期和播种～拔节期;水分指数(WI)适用于播种～拔节期、拔节～抽雄期和成熟期等植被生长时期;分时期土壤相对湿度反演模型精度高于全时期土壤相对湿度反演模型,前者监测精度在80.0%以上,比全时期模型精度提高了10%～25%,尤其在冻土期(3月),分时期模型反演精度达到了92.6%。基于作物生长时期和形态差异,选择最适宜遥感干旱指数建立分时期土壤相对湿度反演模型,提高了干旱监测的准确性和可靠性。     

基于条件植被温度指数的干旱监测研究

以黑龙江军川农场为研究区域,应用Landsat TM卫星遥感数据计算和反演归一化植被指数和地表温度,采用条件植被温度指数(VTCI)的方法对该区域进行土壤表层水分监测.通过与同一时期的LST和NDVI模型的反演结果进行对比,结果表明:VTCI与该模型的纹理特征相似,干旱的分布规律几乎一致.应用土壤表层含水量数据对干旱监测结果进行验证,验证结果表明VTCI与土壤表层含水量有较好的线性相关性,进一步证实了VTCI是一种实时的干旱监测方法.     

一种基于ASAR数据的干旱监测方法

快速而准确的获取干旱信息对于抗旱救灾具有非常重要的指导意义。基于ENVISAT-ASAR数据对甘肃省黑河流域低植被覆盖区域干旱情况进行监测,利用基于改进型积分方程模型(AIEM)所得出的半经验模型准确的获取土壤的含水量信息。实验结果表明VV/VH极化数据与土壤含水量之间存在着较好的相关性,监测结果与成熟的光学监测方法垂直干旱指数(PDI)监测结果基本吻合,轻度干旱地区的监测结果相似度达到了92.8%,对于中度干旱和正常地区的监测分别达到了58.8%和66.4%,总体达到了90.7%,表明SAR数据在旱情监测中具有较大潜力。     

基于微波遥感技术的干旱监测指数及其应用研究——以三江源区为例

以三江源区为研究区,基于AMSR-E的亮度温度数据获得了微波极化差异指数(MPDI)、比值干旱指数(DI)和多时相微波干旱指数(PI),并分别对这3种指数进行了干旱监测有效性检验。为了获得研究区全区监测效果更好的干旱指数,对MPDI、DI和PI指数进行融合,最终获得的综合微波干旱指数(SDI)与土壤湿度数据和降水数据都存在很好的相关性,对比单个指数时监测干旱的有效性也得到了提高。最后,应用SDI指数对三江源区21世纪以来的干旱情况进行了监测研究。结果表明:基于AMSR-E的综合微波干旱指数(SDI)能有效的对干旱进行监测,充分发挥了被动微波遥感数据的优势,具有一定的应用价值,为后续利用多源的多传感器的微波遥感数据监测干旱的相关研究奠定了基础。     

干旱锻炼对南方红豆杉生长及生理指标的影响

为提高珍贵濒危树种红豆杉对逆境环境的适应性,为干旱、半干旱地区高效栽培种植红豆杉提供理论依据。文中以南方红豆杉为试验材料,采用盆栽控水法模拟干旱环境设置干旱锻炼和未经干旱锻炼两种处理,以正常水分管理的南方红豆杉为对照(CK),测定南方红豆杉的生长指标、光合色素含量、过氧化物酶活性、丙二醛和可溶性糖含量,探讨干旱锻炼对南方红豆杉耐旱能力的影响。结果表明：干旱胁迫明显降低了南方红豆杉新稍生长的长度、直径;经过干旱锻炼的南方红豆杉新稍生长长度与未经干旱锻炼组相比有显著差异(P<0.05),增加了49.88%,新稍直径增加了5.26%。干旱胁迫36d,经过干旱锻炼的南方红豆杉的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总含量均比未经干旱锻炼处理高;经过干旱锻炼的南方红豆杉叶片中丙二醛含量显著降低;其叶片中可溶性糖和过氧化物酶活性与CK相比显著增加,与未经干旱锻炼处理相比显著降低。干旱锻炼通过调节南方红豆杉生物量、叶片光合色素含量及保护酶活性、渗透调节物质的含量来提高南方红豆杉的耐旱性。     

基于多源遥感数据的温度-土壤湿度-降水干旱指数(TMPDI)的构建与应用

干旱在全球范围内产生了深远的社会和经济影响,可靠的干旱监测对防旱抗旱工作具有重要指导意义。由于在植被覆盖度和农作物种植率较低区域使用植被状态或单因子进行干旱监测时精度较低,故本文采用地表温度(LST)、降水量(P)和土壤湿度(SM)数据,基于三维欧氏几何空间中欧氏距离方法构建了一种新的干旱指数:温度-土壤湿度-降水干旱指数(TMPDI)用于干旱监测。并以甘肃省为研究区,利用SPI、SPEI、遥感数据以及小麦单位面积单产对TMPDI进行验证。结果表明:TMPDI与SPI、SPEI高度相关(R20.64),且在干旱监测中兼顾降水量与气温影响的同时,降低了使用降水量或地表温度进行干旱监测的不确定性,提高了土壤湿度在农业干旱监测中的准确性与有效性,能准确地描述干旱事件的时空演变特征,同时也能较好地反映出干旱强度与干旱面积率的变化对小麦产量造成的影响,说明TMPDI在农业干旱监测中具有较高的有效性和可靠性。     

基于加权马尔可夫模型的条件植被温度指数预测研究

条件植被温度指数(VTCI)是一种近实时的干旱监测指标。利用加权马尔可夫模型对陕西关中平原的条件植被温度指数(VTCI)时空变化序列进行了2步预测,并将预测结果与实际监测结果进行对比分析,结果表明,预测的干旱监测结果与实际的干旱监测结果空间分布特征基本一致,进一步的误差分析显示,2步预测的误差平均值分别为0.042和0.152。     

Palmer旱度模式在渭北旱塬泾惠渠灌区的应用研究

依据泾惠渠灌区的水文气象历史资料,应用待定系数和回归方法,建立了适用于泾惠渠灌区的Palmer旱度模式.将该旱度模式应用于灌区干旱系列特征分析,分析结果给出不同干旱程度可能发生的频率及年内分布,验证了灌区有较明显的旱化倾向及冬灌期和春灌期大旱的出现机率较大等特征,这些均与灌区多年来的实际干旱情况相符,表明了所建立的Palmer旱度模式合理,具有较明确的物理意义且能够反映灌区的干旱特征.     

Index-based assessment of agricultural drought in a semi-arid region of Inner Mongolia, China

Agricultural drought is a type of natural disaster that seriously impacts food security.Because the relationships among short-term rainfall,soil moisture,and crop growth are complex,accurate identification of a drought situation is difficult.In this study,using a conceptual model based on the relationship between water deficit and crop yield reduction,we evaluated the drought process in a typical rainfed agricultural region,Hailar county in Inner Mongolia autonomous region,China.To quantify drought,we used the precipitation-based Standardized Precipitation Index(SPI),the soil moisture-based Crop Moisture Index(CMI),as well as the Normalized Difference Vegetation Index(NDVI).Correlation analysis was conducted to examine the relationships between dekad-scale drought indices during the growing season(May–September)and final yield,according to data collection from 2000 to 2010.The results show that crop yield has positive relationships with CMI from mid-June to mid-July and with the NDVI anomaly throughout July,but no correlation with SPI.Further analysis of the relationship between the two drought indices shows that the NDVI anomaly responds to CMI with a lag of 1 dekad,particularly in July.To examine the feasibility of employing these indices for monitoring the drought process at a dekad time scale,a detailed drought assessment was carried out for selected drought years.The results confirm that the soil moisture-based vegetation indices in the late vegetative to early reproductive growth stages can be used to detect agricultural drought in the study area.Therefore,the framework of the conceptual model developed for drought monitoring can be employed to support drought mitigation in the rainfed agricultural region of Northern China.     

基于可变模糊评价法的农业旱灾灾后恢复力评估研究——以河北省为例

在综合考虑河北自然条件、社会经济条件,并借鉴已有干旱灾害恢复力研究成果的基础上,依据数据的可取性和详尽程度,选取降水量、复种指数、单位面积粮食产量、人均粮食产量、有效灌溉率、劳动力比重、农民人均收入和农业产投比等八个指标,构建农业旱灾灾后恢复力评价指标体系。通过层次分析法确定各指标的权重,构建可变模糊评价模型,对河北省11个市干旱灾害灾后恢复力进行评估。结果表明,石家庄旱灾灾后恢复力最高,级别特征值为4．2329,其次是唐山市为4．0046,张家口市恢复力最低,级别特征值为1．8079,各地区旱灾灾后恢复力差异明显。而在影响恢复力高低的因素中,发现不同的因素对旱灾灾后恢复力的影响程度是不同的。降水量是影响农业干旱灾害灾后恢复力的最主要自然因素,有效灌溉率在农业干旱灾害灾后恢复力评价指标体系中占较大的权重,对灾后恢复力的影响较大,农民人均收入和人均粮食产量对灾后的救助及农民生活的恢复重建也具有较重要的调节作用。     

基于WOFOST模型的辽宁省春玉米干旱灾损风险评估

利用锦州农业气象试验站的作物生长发育和土壤实测数据对WOFOST模型水分胁迫模块进行了调参，适用性验证表明，WOFOST模型适用于辽宁省春玉米生长发育和产量的模拟，辽宁省春玉米受干旱的影响可以利用WOFOST模型较敏感地反映出来。利用调参后的WOFOST模型模拟了全生育期及出苗~拔节、拔节~抽雄、抽雄~乳熟和乳熟~成熟各阶段发生轻、中、重旱情景对辽宁省春玉米产量的影响，并根据模拟结果确定了不同干旱风险等级下辽宁省东、中、西部玉米生产的灾损范围。结果表明：不同生育期发生干旱对产量的影响不同，总体上，抽雄~乳熟期发生干旱的影响最大，其次是拔节~抽雄期，而出苗~拔节期和乳熟~成熟期发生干旱对产量的影响较小，全省春玉米在抽雄~乳熟期发生重旱的减产风险达30%~70%；在相同干旱水平下，不同区域受影响程度也不同，在全生育期及各生育阶段发生轻、中、重旱情景下，干旱导致的减产率总体上表现为由东部向西部地区逐渐加重的趋势，在全生育期重旱情景下，辽宁省东部的春玉米减产率为40%~75%，中部为60%~90%，西部达65%~95%。     

基于空间信息的内蒙古农业干旱监测研究

综合利用遥感信息和地面观测资料,研究建立了适合内蒙古自治区特点的干旱遥感监测模型,通过查阅干旱指数监测的历史干旱状况,结合地面实测数据分析,形成对区域干旱监测的分级遥感图。针对干旱监测评估中定量服务所面临的困难,文中研究应用大量的社会经济信息,基于GIS的空间分析功能,对干旱影响面积、影响范围以及影响的各类社会经济指标...     

山东省部分小麦材料的抗旱特性分析

以山东地区21个小麦品系为材料,用聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,以小麦萌发期的发芽率、胚根数、主根长、胚芽鞘长为实验指标研究不同品系冬小麦在水分胁迫下萌发期的抗旱特性;用幼苗反复干旱鉴定方法,比较不同品系冬小麦在水分胁迫下苗期的抗旱特性;在旱棚内人工控制水分模拟干旱胁迫,以小麦开花期及灌浆期的株高、穗下第一节间长、叶片相对含水量、叶片POD活性,成熟期的产量为实验指标,研究不同品系冬小麦在水分胁迫下中后期的抗旱特性。结果表明:品系11、17、12、4、6、15、14全生育期抗旱性强;品系13全生育期不抗旱;品系20、9、2、19、18萌发期、苗期抗旱性强;品系10、5萌发期、中后期抗旱性强;品系7、1、8苗期抗旱性强;品系16、3苗期、中后期抗旱性强。通过对21份小麦品系萌发期的综合抗旱系数、苗期的综合抗旱系数、中后期的综合抗旱系数进行相关分析,结果表明小麦各生育期抗旱相关性不强,其中苗期综合抗旱系数与中后期综合抗旱系数相关系数最高为0.465。     

我国北方农业旱灾的危害特点与减灾对策

总结了建国后50 a我国北方15省区的农业旱灾危害特点,并分析了旱灾对农、林、牧业的主要危害,提出我国北方通过提高灌溉工程效益,有计划扩大灌溉面积、发展灌溉节水农业、合理调整农业生产结构和布局、强化旱作农业新技术的研究与应用、建立抗旱服务体系、重视旱灾监测预警系统建设等的减灾对策与措施。