湿润地区土壤干旱指数模型分析

从土壤水分平衡原理出发,以降水量、温度和区域水文观测等因子为基础,建立了土壤干旱指数模型。利用重庆市34个气象站点的观测资料,计算不同地区的土壤干旱指数,划分干旱等级,并分析了土壤干旱的空间分布特征。     

Y干旱指数在冀东春旱监测中的应用

利用唐山地区3个国家基准站1971—2000年的春季逐日降水、日最高气温资料,从干旱实时监测气象服务的需要出发,考虑了近期降水、土壤底墒（前期降水）和气温三种要素,计算Y干旱指数,并制定了干旱等级标准。对Y干旱指数与土壤湿度干旱指数、降水百分率干旱指数进行了同期对比分析;利用没有参加干旱指标划分的2006、2007年春季的土壤湿度资料对制定的干旱指标进行检验。结果表明,Y干旱指数对冀东春旱具有很好的监测能力,Y干旱指数能够客观的反映唐山地区春季各月的干旱状况,并填补了土壤湿度监测的盲区,能较好的划分唐山地区春季干旱趋势和等级;在一段时间内降水时空分布均匀的情况下,用降水距平百分率干旱指数进行监测,效果较好。在2006—2007年的检验中,Y干旱指数与土壤干旱指数表现一致,在没有土壤测墒的地区和时段,利用Y干旱指数可代替土壤湿度监测,实现干旱无缝隙监测。     

基于综合干旱指数的毛乌素沙地腹部土壤水分反演及分布

为了克服单一干旱监测指数在复杂覆盖类型的适用性问题,以复杂覆盖类型的毛乌素沙地腹部乌审旗为例,在传统归一化干旱指数(normalized difference drought index,NDDI)、土壤湿度监测指数(soil moisture monitoring index,SMMI)、温度植被干旱指数(temperature vegetation drought index,TVDI)3个单一干旱监测指数的基础上,通过层次分析法确定各指数的权重,结合野外不同覆盖类型实测的土壤含水率数据,分别进行回归分析,建立多指数综合干旱监测模型,基于此模型分析研究区表层土壤水分的空间分布。结果表明:3个单一干旱指数在一定程度上均能客观反映旱情特征,与表层土壤含水率呈现不同程度的负相关,温度植被干旱指数相关性最好为0.604。引入结合多指数的综合干旱监测指数模型,在8月、9月草地和沙地与表层土壤含水率指数模型的决定系数R2均在0.7以上,高于基于单一指数模型的拟合精度。基于该模型,研究区研究区表层土壤含水率整体较低,体积含水率不高于0.15 cm~3/cm~3的面积分别占96.47%(8月)和94.8%(9月)。总体上从东到西,由北到南土壤含水率逐渐降低,与实测表层土壤样本的描述性统计结果有较好的空间一致性。     

喀斯特峡谷区干旱灾害下的水资源工程性保障研究——以花江石漠化综合示范区顶坛小流域为例

选取贵州花江石漠化综合示范区顶坛小流域,采用Palmer干旱指数来确立旱度指标,分析降水量、蒸散量、径流量和土壤有效水分储存量来反映当地的水文情况,提供干旱信息,为干旱的规划、监测和预报提供依据.结果表明,示范区现有水利工程不够科学合理,水利设施不配套,应对干旱极端气候的工程性保障手段不足.干旱会加剧石漠化.根据花江峡谷区地表水资源丰富这一特点,用管路将现有水利工程进行优化配套,建立管网状微型水利系统,并对北盘江这一地表河流的水进行逐级抽提,通过石漠化综合治理工程的实施,减缓地方性工程性缺水,增进水利设施在干旱灾害下的应急调控能力,增进水资源在灾害下的可持续利用性.     

黄土高原土壤干旱及其敏感阶段特征

利用逐月实测降水资料，结合土壤干旱指数模型、小波分析技术等，研究了黄土高原土壤干旱近40年的变化，结果表明：土壤干旱在黄土高原的不同地域程度不同，步调不一；最严重土壤干旱出现在7—10月份；小波分析还表明存在以2—4年为主的年际振荡，干旱从高原敏感区向四周传播；年际振荡强弱与土壤干旱变化的阶段相对应。     

华北冬小麦干旱产量损失评估方法

根据气候相似、农业生产水平相近的原则将华北分成15个亚区,利用1970-2010年华北逐日气温和降水资料计算逐日综合气象干旱指数（CI指数）,采用线性内插法将相邻土壤墒情观测资料处理成逐日数据,通过对比逐日CI指数与土壤墒情资料,分区域和发育阶段对冬小麦发生干旱时的CI指数评判标准进行订正,并基于该指标建立冬小麦干旱累积标准指数,同时结合冬小麦单产资料,构建冬小麦干旱产量损失评估模型。结果表明,冬小麦生育期内CI指数与对应的土壤墒情变化趋势基本一致;各亚区修订后的冬小麦干旱指标均与直接用CI指数判别干旱的指标存在较大差异,且不同亚区冬小麦干旱指标不一致,其中豫西、鲁北、鲁东南、京津、豫中东干旱指标较小,鲁中、冀东北、冀中、冀南干旱指标较大;华北15个亚区冬小麦干旱产量损失评估模型均通过0.05水平的F检验,冬小麦干旱累积标准指数与干旱产量损失具有显著的相关性,其中京津、晋中、晋南、鲁中、鲁东南、豫西等亚区的模型历史评估结果与对应的干旱产量损失相关性显著。模型能较准确地评估冬小麦发生干旱时的产量损失,具有一定的应用和深入研究价值。     

基于FY-3 VIRR的温度植被干旱指数在陕西省的应用及其IDL实现

以FY-3可见光红外扫描辐射计（VIRR）L1数据为信息源,对FY-3 VIRR L1数据在陕西省云检测、地表温度、温度植被干旱指数（TVDI）等反演方法进行本地化研究,同时使用IDL程序语言研制了FY-3 VIRR L1数据预处理、云检测、地表温度反演、TVDI指数法反演土壤干旱程度等应用程序,以实现利用温度植被干旱指数（TVDI）对陕西省土壤干旱程度的监测,并对检测结果进行数据反演。反演结果表明,利用FY-3 VIRR L1数据生成的TVDI与20cm土壤相对湿度具有良好的负相关性,相关系数在-0.535左右;TVDI能较好地反映陕西省土壤干旱状况,在延安、关中、陕南的TVDI反演结果与实际旱情一致性较好,但在植被覆盖较差的榆林部分地区,反演结果与实际旱情差异较大。     

坡位、土层深度和管理措施对土壤质量的影响

土地生产力对人口增长和人民生活水平提高至关重要,土壤质量评估的概念侧重于特定的土壤特性和维持一系列生态功能的能力。本项目主要研究不同管理措施下的覆盖作物、土层深度和不同坡位对土壤质量的影响。研究区位于美国密苏里的沙里顿县农场的4个小流域,其中2个试验小流域,种植了覆盖作物,采取了轮作和免耕,2012年秋种植覆盖作物,另外2个对照小流域没有覆盖作物。2012和2013年生长季持续干旱,2012-2014年,在4个流域不同坡位,不同深度(0~10cm、10~20cm和20~30cm)土层取样,分析了土壤酶活性、土壤微生物多样性和土壤养分。随着土层深度的增加,土壤酶活性和养分水平显著降低。不同坡位的养分含量、酶活性和水稳性团聚体(WSA)、碳(C)差异显著(p<0.01和p<0.05)。     

黄淮海地区夏玉米干旱等级划分

干旱是影响黄淮海地区夏玉米产量稳定性的主要农业气象灾害。建立夏玉米干旱灾害指标,开展夏玉米干旱灾害的监测及评估,对农业防灾减灾意义重大。该文根据夏玉米生长发育过程,选择土壤相对湿度和作物水分亏缺指数分别建立夏玉米不同生育阶段的干旱等级指标。首先在综合分析有关夏玉米土壤水分指标研究成果的基础上,确定了夏玉米各生育阶段不同干旱等级的土壤相对湿度指标。在此基础上,利用河南省农业气象观测站多年观测资料,建立水分亏缺指数与土壤相对湿度之间的关系模型,利用已确定的土壤相对湿度指标计算得出夏玉米不同生育阶段不同干旱等级的水分亏缺指数干旱指标。根据土壤相对湿度指标,夏玉米播种-出苗、出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-乳熟和乳熟-成熟5个生育阶段发生轻旱的临界值分别为65%、60%、70%、75%和70%,发生重旱的临界值分别为45%、40%、50%、55%和50%,发生特旱的临界值分别为40%、35%、45%、50%和45%;而根据水分亏缺指数指标,5个生育阶段发生轻旱的水分亏缺指数的临界值分别为35%、40%、20%、10%和35%,发生重旱水分亏缺指数临界值分别为50%、65%、55%、45%和65%,发生特旱的临界值分别为55%、75%、65%、55%和75%。在黄淮海夏玉米区选择代表站点对确定的干旱等级指标进行了验证,土壤相对湿度和水分亏缺指数判定的干旱等级相同及相差一个等级的百分率变化在71%～91%,表明2套指标对干旱发生情况的判别具有较好的一致性;通过与历史典型干旱年份灾情对比,2套指标能够较好的判定出历史年份夏玉米生长季干旱发生情况,能够用于夏玉米干旱的监测、评估等方面的科研及业务服务中。     

典型农业干旱遥感监测指数的比较及分类体系

面对多种多样的农业旱情遥感监测指数,如何进行选取是目前遥感指数应用所面临的主要难题。该文以MODIS产品为遥感数据源,比较分析了13种典型的农业干旱遥感监测指数,建立了农业干旱遥感监测指数的分类体系,阐述了不同指数类型的适用范围。结果表明,多种遥感干旱指数对农业干旱的描述并非完全一致。不同指数利用不同的地表特征变化来描述农业干旱程度,是造成这种不一致的主要原因。据此,研究将典型农业干旱遥感监测指数分为4大类:土壤水分变化类、冠层温度变化类、植被水分变化类和作物形态及绿度变化类。其中第1类指数比较适宜于农业旱情预警及土壤干旱型农业旱情的监测,这类指数中修正的垂直干旱指数MPDI可以较好地反映表层土壤水分的变化,并适宜于时序变化监测。第2类指数不仅适宜于旱情预警,更适宜于旱情监测,这类指数中推荐选择基于LAI-LST特征空间的温度植被干旱指数TVDI;第3、4类指数,较适宜于农业旱灾的预警以及灾后评估,该文为农业干旱遥感监测指数的选取提供参考。     

几种干旱遥感监测模型在陕北地区的对比和应用

利用陕北20个测墒站不同土层深度的土壤湿度和对应的MODIS卫星资料,分析了3种干旱遥感指数即改进型能量指数(MEI)、垂直干旱植被指数(PDI)和地表含水量指数(SWCI),由此得到陕北旱情空间分布图,并对其分等定级。结果表明:3种遥感干旱监测模型监测土壤水分的最佳土层深度均为20cm,其次为10cm。对2008年4-9月的植物生长季土壤相对湿度进行动态反演表明,3种指数均能及时、准确得到大范围的土壤含水量情况及旱情,适宜在当地应用推广。     

黄土高塬沟壑区典型小流域水土保持措施蓄水保土效益分析

选择黄土高塬沟壑区杨家沟小流域（经过多年人工治理）和董庄沟小流域（未进行治理）两条典型对比流域,通过对比两条小流域的土壤容重、孔隙度、土壤肥力、土壤粒径组成、流域径流与输沙模数等指标,旨在揭示两条对比小流域水土保持措施的蓄水保土效益,为水土保持治理提供理论依据。结果表明：杨家沟小流域坡上、坡中、坡下等不同坡位0-20cm的土壤容重平均值分别是董庄沟小流域的89%,87%,96%;在径流模数一定的情况下,杨家沟小流域的输沙系数多年平均值为1 045t/km2,董庄沟多年平均输沙模数为4 333.1t/km2,杨家沟小流域输沙模数只相当于董庄沟小流域的40%左右;杨家沟小流域土壤的速效磷均值为2.05mg/kg,董庄沟小流域土壤的速效磷均值为1.25mg/kg;在浅层土壤（0-20cm）中,杨家沟小流域速效钾含量为399.6mg/kg,董庄沟小流域为303.2mg/kg,比杨家沟低32%,董庄沟小流域土壤全氮（0.65g/kg）、有机质（11.19g/kg）分别比杨家沟土壤全氮（1.05g/kg）、有机质（16.53g/kg）低38%,15%。     

黄土沟壑区小流域土壤pH值的空间分布及条件模拟

土壤pH值是影响土壤养分有效性和化学物质在土壤中行为的主要因素,研究土壤pH值的空间分布特征对于土壤养分管理和土壤污染预测具有重要意义。该文用地统计学方法研究了环境因素复杂的黄土高原小流域土壤pH值空间分布特征。结果表明,黄土沟壑区小流域土壤pH值具有球形—指数套合模型的空间结构特征,其空间异质性主要来源于流域内土地利用和土壤侵蚀等随机因素。与有机质协同的Kriging法能较好地对土壤pH值进行估值,其估值范围小于实测数据,估值误差来源于复杂的环境因素。序贯高斯条件模拟的土壤pH值范围与实测数据接近,模拟的平均值低于实测数据,模拟误差来源于模拟过程中独特的Kriging算法及高斯特性。     

黄土高原小流域雨水资源化及其生态环境效应

在黄土高原地区,水土流失和干旱缺水是导致经济贫困和生态环境恶化的主要原因。通过人为干预,实现小流域雨水资源化,是减缓水土流失和干旱缺水的有效途径。雨水资源化的主要方式有三种:就地拦蓄入渗、覆盖抑制蒸发和雨水富集叠加利用。详细介绍了黄土高原雨水资源化的主要技术途径,分析论述了雨水资源化带来的诸如调节气候、净化空气、改善流域水质、提高土壤质量、减缓水土流失、防治洪涝灾害等一系列生态环境效应。     

吉县蔡家川小流域水文响应相似性研究

在地理信息系统平台一美国Micro Images公司开发的TNTmips6.9上,以山西吉县蔡家川小流域1:10000地形图为原始数据,经一系列处理得到该小流域的数字高程模型,之后抽取出6个子小流域.使用自行编写的基于多流向算法的地形指数计算程序,以生成的DEM为源数据,计算出蔡家川小流域及6个子小流域的地形指数.在Excel中处理地形指数,得到各自的地形指数频率分布.以地形指数频率分布是否相似来判断小流域与子小流域水文响应是否相似,结果发现:小流域与4号、5号、7号子小流域水文响应相似.     

基于Landsat 8 TIRS数据与TVDI的流域地表土壤干旱分析

以漓江上游流域为研究区域,利用较高空间分辨率的Landsat 8 TIRS数据定量反演流域的地表温度,并结合温度-植被干旱指数探讨干旱季节流域地表土壤干旱时空分布特征。结果表明:不同干旱季节,漓江上游流域地表温度分布规律类似,即以林地为主的上游流域地表温度低于以城乡工矿居民用地为主的中下游区域;流域地表土壤以干旱等级为主,部分区域出现极干旱现象,在一定程度上会影响区域农业和旅游业的可持续发展。流域地表土壤干旱程度受土地利用类型影响明显,以林地为主的上游区域地表土壤主要为湿润等级,而以城乡工矿居民用地为主的中下游区域主要为干旱等级。     

基于植被指数的春玉米干旱响应遥感监测

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A/MERSI、Terra/MODIS、春玉米发育期和土壤相对湿度观测等数据,建立春玉米干旱遥感监测指标集,构建各发育期不同土层深度的土壤相对湿度遥感监测模型,并以2000年为例开展了辽宁省春玉米干旱监测的应用研究,结果表明：1993—2012年辽宁省春玉米在各个发育期均有干旱发生,其中1999—2002年为干旱高发期,乳熟期干旱最为严重;多指数协同配合能提高遥感手段对土壤相对湿度的监测能力,其中陆表水分指数对土壤相对湿度监测能力较强,其次是水分指数;利用构建的春玉米各发育期土壤相对湿度遥感监测模型,监测2001—2004年部分发育期和土层深度的干旱状况,总体监测准确率为73.32%;实现了2000年辽宁省春玉米发育期干旱等级动态监测,所得监测结果与当年农业气象观测记录在发育阶段和空间上都有很好的一致性,遥感监测结果正确。因此,此项研究对于大范围准确跟踪监测春玉米干旱,以及提高春玉米生产的防灾减灾能力具有重要意义。     

基于模糊判别成分分析法的高光谱作物信息提取与分类

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A、MODIS、春玉米发育期和土壤相对湿度观测等数据,建立春玉米干旱遥感监测指标集,构建各发育期不同土层深度的土壤相对湿度遥感监测模型,并以2000年为例开展了辽宁省春玉米干旱监测的应用研究,结果表明：1993-2012年辽宁省春玉米在各个发育期均有干旱发生,其中1999-2002年为干旱高发期,乳熟期干旱最为严重;多指数协同配合能提高遥感手段对土壤相对湿度的监测能力,其中陆表水分指数对土壤相对湿度监测能力较强,其次是水分指数;利用构建的春玉米各发育期土壤相对湿度遥感监测模型,监测2001-2004年部分发育期和土层深度的干旱状况,总体监测准确率为73.32%;实现了2000年辽宁省春玉米发育期干旱等级动态监测,所得监测结果与当年农业气象观测记录在发育阶段和空间上都有很好的一致性,遥感监测结果正确。因此,此项研究对于大范围准确跟踪监测春玉米干旱,以及提高春玉米生产的防灾减灾能力具有重要意义。     

干旱严重程度指数(DSI)在山东省干旱遥感监测中的适用性

选择一个合适的干旱遥感监测指标,对于及时准确评估干旱对农作物生长影响有重要意义。本文综合植被指数和蒸散发指数,构成干旱严重程度的指数(DSI),并定量评价DSI在山东地区干旱监测的适用性,以期为该区干旱遥感动态监测提供科学依据。在定量分析DSI适用性的过程中,采用相关分析方法,针对基于标准化降水指数(SPI)长时间序列中的典型干旱时期,将月尺度的DSI、归一化干旱指数(NDDI)、温度植被干旱指数(TVDI)分别与SPI、土壤相对湿度(RSM)进行皮尔森相关关系分析。结果表明,SPI、RSM与DSI的相关系数分别在0.40、0.30左右,整体上高于SPI、RSM与NDDI和TVDI的相关性。此外,DSI表示的旱情时空分布准确地捕捉到了历史时期山东各地区的典型干旱事件的发生及其干旱的变化过程。DSI可以反映气象干旱和农业干旱,对山东干旱遥感监测有较好的适用性。     

黄土高原纸坊沟流域不同土地利用类型土壤质量评价

为了认识和评价黄土高原地区小流域不同土地利用类型下的土壤质量,以陕西省安塞县纸坊沟为例,选取了26个采样点,分属林地、灌木地、草地、农地、果园、苗圃和撂荒地7种土地利用类型,利用主成分分析法从16项土壤理化指标中选取关键指标,计算了土壤质量指数。结果表明:(1)容重、黏粒含量、微团聚体平均质量直径(MICMWD)、有机质和pH值是表征纸坊沟流域土壤质量的关键指标,除容重外,其余4个关键指标的隶属度在研究区不同土地利用间均存在显著差异;(2)与地形因子相比,土地利用方式对纸坊沟流域土壤质量的影响更大;(3)整体上纸坊沟流域土壤质量处于较高水平(0.71±0.10),不同土地利用方式下土壤质量存在显著差异,土壤质量指数均值从大到小依次为林地灌木地苗圃草地果园农地撂荒地。研究结果可为黄土丘陵区小流域土地利用方式的合理布局和土壤质量的定向培育提供重要依据。