4种干旱指标在华北地区气象干旱监测中的适用性分析

采用华北地区1961—2016年69个气象站点常规观测资料,通过选取特殊气象代表站点,选用CI、SPEI、SPI及Z指数分别计算了1、3、12个月时间尺度气象干旱,并与气象干旱发生实况进行对比分析。结果表明：（1）CI计算的华北地区不同区域各时间尺度气象干旱发生频率均较实际明显偏高7%~14%,Z指数计算的发生频率均较实际明显偏低6%~12%,SPI计算的部分区域季时间尺度气象干旱发生频率也明显偏低6%左右;（2）根据华北地区9个代表气象站点计算出的4种干旱指标对比干旱发生实况统计数据,结果显示在4个研究分区中,SPEI指数表征的干旱发生状况与实际吻合率最高,分别为57.41%、60.78%、57.06%和66.99%,与实际干旱发生状况吻合程度最低的是Z指数,4个研究分区的吻合率分别为40.85%、34.94%、41.56%和38.24%。研究表明,SPEI表征各种时间尺度气象干旱发生效果最好,Z指数效果最差。因此,选用SPEI能较准确地表征华北地区气象干旱年际变化及突变检测、时间分布、空间分布、干旱发生强度、不同等级干旱分布等特征。     

三种气象干旱指标在内蒙古地区的适用性分析

用近五年(2006～2010)内蒙古地区的气象观测资料,对降水距平百分率(pa)、相对湿润度干旱指数(M)和标准化降水指数(SPI)三种气象干旱等级指标的适用性进行了对比分析。发现在作物生长季,pa指标和SPI指数对旱情的评判结果高度一致,而冬春季节则是pa指标和M指数的评判结果比较一致。在多雨季节,可能蒸散量通常比同期降水量小,因此M指数对内蒙古夏季旱情评判等级偏低,不宜使用。同时指出应该将不同时间段干旱影响上的差异,以及干旱灾害的累积效应问题,加入到干旱等级指标的改进中。     

三种不同干旱动态监测指数在陕西省的适用性研究

运用陕西省96个站1981—2012年近32年的逐日气温、降水、风速、相对湿度等资料,分别计算出各站逐日(向前滚动30天)的三种干旱动态监测指数：降水距平百分率(P_a)、相对湿润干旱指数(MI)、标准化降水指数(SPI),并将陕西省按地域由北至南分为陕北、关中、陕南,按季节分为春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月),分别统计出不同干旱动态监测指数对应的干旱发生的频率并与历史记载中实际干旱情况进行比对,对三种干旱动态监测指数在陕西省的适用性进行分析。结果表明：夏季MI指数得到的干旱频率最高,P_a指数最低,冬季MI指数得到的干旱频率最低,P_a指数最高; 在春、冬季节P_a指数的适用性较好,在夏、秋季节MI指数的适用性较好; 陕西省夏季容易发生局地强降水,而在秋、冬季容易出现长时间的无降水,导致SPI指数在夏、秋、冬季节的适用性不太好。     

夏玉米叶面积指数模型适用性及误差分析

为了研究叶面积指数模型的适用性,利用郑州农业气象试验站2009—2013年夏玉米观测资料和气象资料,建立修正的Logistic叶面积指数模型,并通过2014—2017年的数据对模型进行了检验。为了进一步研究模型在不同地区的适用性,分别于2014年、2015年在鹤壁、黄泛区、驻马店、郑州4个站点进行4个品种的分期播种试验,利用4个站点2 a的分期播种数据进行模型验证。结果表明：叶面积指数实测值与模拟值变化趋势基本一致,三叶期、七叶期平均绝对误差为0.01～0.23,平均相对误差为0%～12%,拔节期、抽雄期、抽雄后10d绝对误差为0～1.11,相对误差为0%～62%。模拟值与实测值之间平均绝对误差为0.06～0.32,平均相对误差为4%～18%。总体上,修正的Logistic叶面积指数模型在不同地区不同年份,均表现出一定的适用性,可用于夏玉米正常生长条件下叶面积指数的模拟,为修正的Logistic叶面积指数模型的推广应用提供数据支持。     

不同时间尺度条件植被温度指数干旱监测方法的适用性分析

以陕西省关中平原为研究区域,选取2003—2013年3—5月的Aqua-MODIS遥感数据、降水量和土壤含水量数据,探究10 d、16 d、32 d和48 d时间尺度条件植被温度指数(VTCI)干旱监测方法的适用性。结果表明:随着时间尺度增大,VTCI与降水量和土壤含水量的相关性均逐渐减小,说明VTCI干旱监测方法的适用性随时间尺度的增大而减小,且48 d时间尺度VTCI不适用于监测某一地区的受旱程度。不同时间尺度VTCI干旱监测结果的对比分析表明,旬尺度VTCI干旱监测的准确性最高。     

气象干旱监测指标在青海高原的适用性分析

基于1986—2013年青海高原114个干旱个例和1981—2015年逐月、四季和年SPI指数、PA指数、K指数和MCI指数,通过对比逐年、四季不同等级干旱出现频率和实际干旱的吻合情况,评估不同干旱监测指数对典型干旱发展过程的刻画能力,主要得出以下结论：（1）SPI指数和K指数对总干旱发生频率的年代际变化具有很好的监测效果,但SPI对不同等级干旱的监测能力最强,K指数次之,PA指数、MCI指数对干旱年代际变化的监测能力较差。（2）SPI指数和K指数对春旱和夏旱的监测效果很好,对秋、冬季的干旱监测效果不理想,PA指数和MCI指数对四季干旱的监测结果有较大偏差。（3）SPI能很好地监测出干旱的发生区域和干旱的程度,K指数和PA指数监测的干旱程度有偏差,而MCI指数对干旱范围和程度均有很大的偏差。（4）SPI指数和K指数的监测结果符合干旱发生、发展过程,对干旱发生、发展过程的刻画较为合理,而PA指数和MCI指数基本不能反映干旱的发生发展过程。（5）综合来看,SPI指数对春旱和夏季监测效果最优,K指数次之,PA指数和MCI指数最差。     

典型干旱指数在滦河流域的适用性评价

利用1957-2010年滦河流域9个代表气象站逐月降水量资料及滦河三道河子、韩家营、承德、下板城和滦县站的1956-2000年逐月天然径流量资料,分别应用降水距平百分率、标准化降水指数（SPI）、降水Z指数及径流距平百分率,评价滦河流域干旱情况,并比较4种干旱指数的评价效果。结果表明：降水距平百分率反映干旱程度较轻;与降水Z指数相比,SPI指数能较客观地反映滦河流域干旱程度,3种气象干旱指数在滦河流域的适用性评价结果SPI]指数优于降水Z指数和降水距平百分率;而径流距平百分率的水文干旱指数评价结果与实际旱情更为吻合。但是,这4种干旱指标缺乏综合性和机理性,尚需加强降水、气温、蒸发、径流量等因素的综合考虑,提出反映干旱内在机理的指标。     

归一化水体指数用于河南省干旱监测适用性分析

利用30 m分辨率的归一化植被指数（NDVI）图像信息熵对河南省气象站周边地表异质性进行分析,选取观测站周围地表较为均匀的站点实测土壤水分数据,通过计算归一化水体指数（NDWI）与实测土壤水分之间的相关系数,分析比较NDWI用于干旱监测的适用性。研究表明：信息熵方法可有效地对土壤水分观测数据进行筛选;在时间序列上,各站点实测值与NDWI具有负相关关系,在增强型植被指数EVI>0.4时相关性更高,说明在植被覆盖高的区域NDWI对土壤水分的反演更为敏感;空间上,根据地形将河南省分为北部、中部、南部和西部4个区域并选取第121、201、313天的土壤水分数据来分析与NDWI之间的相关性,在地形较为平坦的中北部地区NDWI与土壤水分之间负相关性最稳定且相关系数较高。根据NDWI空间分布可知,2014年河南省大部分地区均遭受了干旱,且干旱地区大部分位于平原,特别是北方地区受灾严重。总体来说,NDWI用于平原地区对作物进行干旱监测精度较高,并可预测干旱发展趋势及程度。     

干旱指标在典型草原的适用性分析

从天气、土壤、植被等角度筛选出5个在内蒙古典型草原区使用较多的干旱指标,按照其计算方法和干旱等级标准,计算了多个站点1981-2010年间生长季(4-9月)旬尺度的干旱情况,依据干旱资料验证各指标的准确性,最终确定指标适用的时空尺度。基于单站点指标的适用性分析结果,对应用较好的指标进一步做区域干旱评价的一致性分析。结果表明:在单站点的春秋季,土壤相对湿度指标最好用,降水距平百分率指标可以作为补充,但该指标在呼盟境内的鄂温克春季不可用;夏季以降水距平百分率和草地旱情指数两个指标对干旱的评价最好,但是由于草地旱情指数计算所需因子较多且复杂,在实际业务应用中应首选降水距平百分率。对降水距平百分率和相对蒸降差指标在典型草原干旱评价的一致性进一步做了分析,发现对干旱的评价存在明显的区域性。通过分区研究,在呼伦贝尔温凉半干旱牧业区降水距平百分率在夏秋季优用于相对蒸降差指标,锡林郭勒温凉半干旱牧业区对春夏季的干旱评价应优先使用降水距平百分率指标。     

三种干旱指标在泾惠渠灌区的适用性分析

为了正确评价灌区的干旱状况,利用泾惠渠灌溉试验站1953—2011年的降水资料,分析了降水距平百分率、标准化降水指数SPI、降水Z指数三种干旱指标在灌区的适用性。结果表明,三种指标均能较好地体现降水的年际变化趋势,但SPI对于降水变化的反映比降水Z指数和降水距平百分率更准确。在干旱出现年份的判定方面,三种指标得到的结果一致;在干旱程度的判定上,在发生中旱及以上干旱的1969、1986、1993、2000年,SPI和降水Z指数比降水距平百分率判定准确,在发生重旱的1977、2000年,SPI的判定比Z指数更符合实际。分析泾惠渠灌区SPI变化趋势发现,灌区在1990年后干旱发生次数占研究期内总干旱次数的55.6%,干旱程度也有增加的趋势,采取合理措施抗旱将成为灌区未来发展的关键。     

陇南山区干旱气候特征及其对农业生产的影响与灾害风险区划

根据气象干旱等级标准（GB/T20481-2006）,统计分析陇南市8县1区九个气象站1971—2010年年平均各类干旱频率得出：近40年陇南市平均出现干旱的年频率为60.3%,其中,春旱39.3%,夏初旱20.5%,伏旱38.5%,秋旱35.3%。利用各站经度、纬度、拔海高度与各站平均干旱年频率建立多元线性回归方程,计算陇南市各地平均干旱年频率,结合各地人口、GDP、耕地比等资料,利用ArcGIS软件,得到干旱灾害危险性图层,再同承灾体易损性评价、灾害的孕灾背景进行叠加、合并以及等级划分操作,最后得到干旱灾害的风险评估及其区划,结果表明：陇南市白龙江、白水江流域低海拔区干热河谷和徽成盆地及文县东南部干旱危险性等级最高,干旱年频率大于60.0％,由此向北向高干 旱危险性等级递减,武都区的池坝乡、马营乡高海拔区和宕昌西北部及文县西北部高海拔区干旱危险性等级最低,干旱年频率小于50.0％。徽县、成县、两当中部及西和北部以及武都、文县境内的白龙江、白水江流域低海拔区为干旱高风险区;宕昌与武都池坝乡、马营乡高海拔区和文县西北部高海拔区为干旱低风险区。     

基于3种机器学习方法的农业干旱监测比较

频繁的旱灾对甘肃省经济、农业生产造成严重危害,因此利用先进方法建立准确可靠的农业干旱监测模型对该省防旱减灾十分重要.本文基于随机森林(RF)、BP神经网络和支持向量机(SVM)3种机器学习方法,利用甘肃省2002-2019年4-10月多源遥感数据得到的植被状态指数(VCI)、温度状态指数(TCI)、植被供水指数(VSW...     

基于信息扩散理论的东南沿海三省农业干旱风险评估

结合东南沿海三省历年农作物干旱受灾和成灾面积资料,利用最新正态信息扩散计算方法对区域农业干旱进行风险评估,结果认为东南沿海三省农作物干旱受灾风险大于成灾风险;当农作物干旱受灾风险水平≤7.5%,成灾风险水平≤6%时,东南沿海三省农业干旱受灾和成灾风险概率均表现为:广东福建浙江,当受灾风险水平7.5%时,福建和广东农作物干旱受灾风险概率互有大小,而浙江省相对较小,成灾风险水平6%时,农作物干旱成灾风险概率值表现为:福建广东浙江;风险评估结果与实际情况较为吻合。     

干旱指标在陕西省适用性研究

选取陕西地区1951~1999年间发生的442个典型干旱个例作为代表,根据全省96个气象台站的气象观测资料,计算降水距平百分率等6个气象干旱指标的干旱等级,并与实际干旱灾情进行对比分析,判断干旱指标适用与否。另外,在对每个干旱指标本地化适用性分析基础上,又对所有指标在陕西适用性进行了对比分析,统计每个指标在陕西不同区域、不同季节的适用频率,选取适用频率最高的1个(或多个)指标作为该区域、该季节最佳指标,从而建立一套适合陕西的分区域、分季节干旱指标体系;最后选用2000~2005年发生在陕西的48个干旱独立样本对干旱指标体系进行检验。结果表明:本研究所建立的干旱指标体系在陕西不同区域、不同季节具有较好的适用性,该指标体系将为陕西干旱监测预警评估业务平台的建立提供可靠的技术支撑。     

棉花抗旱相关指标综合评价及灰色关联分析

以30份棉花资源为材料,在大田对棉花花铃期进行干旱胁迫,于胁迫第10天测定光合指标,并分别取样测定叶片丙二醛（MDA）、叶绿素（Chl a+b）、超氧化物歧化酶（SOD）、脯氨酸（Pro）等的变化,吐絮后测定农艺性状;同时采用抗旱系数、抗旱指数、灰色关联分析等相结合的方法,对棉花的抗旱性进行综合评价。根据抗旱性度量值（D值）聚类分析结果,将30份材料聚类为4个类型,高抗旱型品种有贝尔斯诺、川98、库克C310-5100、KK1543、中R2015;中等抗旱型品种有新陆早49、新陆中8号、中R773-1等13个品种;抗旱型品种有新陆早47、辽18、富依德998等8个品种;干旱敏感型品种有军棉1号、中R2009、新陆早26、新陆中58。通过灰色关联分析,16个指标与D值的紧密程度依次为有效铃数、总铃数、有效果枝数、Gs、Tr、果枝数、MDA、叶绿素总量、Pn、叶绿素b、株高、WUE、叶绿素a、Pro、Ci、SOD。在受到干旱胁迫时,棉花农艺性状表型指标敏感,同时MDA、叶绿素总量这2个指标反应较其它生理生化指标敏感,蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）相对其它光合指标较敏感。     

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%。     

干旱胁迫对马铃薯叶片超微结构及生理指标的影响

选用不耐旱品种‘费乌瑞它’、耐旱性较强品种‘东农308’和耐旱品种‘晋薯2号’的脱毒试管苗为材料,利用含有20%PEG-6000的MS液体培养基进行水分胁迫处理,研究干旱胁迫对马铃薯叶片细胞超微结构和生理指标的影响。结果表明:叶绿体对干旱胁迫反应最为敏感且受损伤最重,胁迫后叶绿体外形肿胀变圆,片层开始松散,间隙增大,甚至出现孔洞。线粒体次之,外膜破坏,嵴减少。对细胞核的影响相对较小。‘费乌瑞它’超微结构损伤最严重,‘东农308’次之,‘晋薯2号’伤害最轻。超微结构发生变化的同时,各项生理指标也随之改变。3个品种丙二醛(MDA)含量升高48.89%~243.27%,并且都达到极显著水平;过氧化物酶(POD)活性升高2.06%~32.98%,‘费乌瑞它’和‘晋薯2号’分别达到极显著和显著水平;不同品种的超氧化物歧化酶(SOD)活性和叶绿素含量变化趋势不一致。上述指标中,丙二醛含量和叶绿体超微结构变化显著,并能较好地表现出不同品种之间抗旱性的差异。