MODIS干旱指数对华北干旱的敏感性分析

针对近年来干旱发生频繁的华北地区,通过利用2000-2009年MODIS数据和气象观测站降水资料,建立草地和农田距平植被指数(AVI)与不同时间尺度标准化降水指数(SPI)之间的相关统计模型,比较AVI和距平水分指数(AWI)对干旱响应的敏感性。结果表明：(1)植被生长季AVI与不同时间尺度SPI的相关关系不同。草地AVI与1个月尺度的SPI(即1-SPI)相关系数较低,而与3-SPI相关最显著;而农田区AVI与SPI的相关性较低,总体上农田AVI与3-SPI的相关性较高;(2) AWI与AVI类似,也对SPI存在时滞响应,均与3-SPI有着极显著的相关关系,并且在干旱发生较严重的6~8月份AWI与3-SPI的相关性好于AVI与3-SPI的相关性;(3)运用AWI反演的华北地区2009年夏季干旱分布图较好地反映了旱情的时空分布,与相关气象资料结果相符合。     

温度植被干旱指数（TVDI）在草原干旱监测中的应用研究

以内蒙古锡林郭勒盟地区为研究对象,选取2010年研究区旱情发生显著变化的9、10月份的MODIS植被指数和陆地表面温度数据,构建草原地区NDVI-LST和EVI-LST特征空间,进而由此构建了草原地区的温度植被干旱指数（TVDI）,并结合当地气象数据和野外同步实地测量得到的土壤含水量数据对该指数进行定量验证。结果表明：（1）基于EVI-TS特征空间构建的TVDI,同样适用于旱情研究;且在研究区植被覆盖度不高的条件下,基于NDVI-TS特征空间的TVDI更适用于干旱监测;（2）构建的NDVI-TS和EVI-TS特征空间,其散点图符合三角形的关系,与前人研究成果相符;（3）TVDI可以很好地反映研究区的旱情变化情况,可以对研究区进行旱情动态监测;（4）基于NDVI-TS及EVI-TS空间构建的TVDI均与实地同步野外采集的土壤含水量数据结果显著负相关。且通过对基于TVDI的干旱监测结果与研究区实际情况对比分析发现,两者在旱区分布范围、旱情强度等级、干旱发展进程等方面基本吻合,说明TVDI可以在时间上很好监测旱情变化,TVDI可以用来评价草原干旱状况。     

Palmer干旱指数在华北干旱分析中的应用

利用中国气象局整编的1951年1月～2000年10月中国160站气温、降水月平均资料,计算了1951年1月～2000年10月我国160站修正的Palmer drought severity index(PDSI).PDSI指数对我国的干旱和洪涝过程都有很好的指示意义.华北地区干旱持续性非常强,持续时间一般都在两年以上.华北地区干旱不但年际变化大,年代际变化也显著,近50年来华北干旱主要发生在20世纪70年代以后,且干旱强度有所增加.夏季伴随干旱过程常常出现高温酷暑天气.     

近14a新疆南疆绿洲地区地表蒸散与干旱的时空变化特征研究

利用2001—2014年MOD16蒸散产品数据、MOD13植被[WTBX]NDVI[WTBZ]数据以及常规气象资料,基于植被指数、地表净辐射、气温优化改进混合型线性双源遥感蒸散模型,拟合地表蒸散分析实际蒸散（ET）、潜在蒸散（PET）时空动态变化特征,结合气象站实测蒸发皿数据验证MOD16数据在绿洲地区的适用性。进一步定义蒸散干旱指数（EDI）并计算△EDI进行研究区干旱特征分析,为大面积特殊地形蒸散估算研究和干旱监测提供一定依据。结果表明：（1） MOD16产品数据与研究区实测蒸发皿数据的相关性很好,通过0.01显著性检验,基于MOD16数据估算南疆绿洲地区蒸散量检验可行。（2） 2001—2014年均蒸散量总体变化不大,四季差异明显,ET与PET空间变化趋势相反;ET、PET年均差值较大,绿洲地区地表缺水情况严重。（3） EDI指数绿洲地区年均值总体偏大,△EDI对旱情的反映和干旱程度的判断比较可靠。     

甘肃省河东地区干旱遥感监测指数的对比和应用

干旱是影响甘肃省河东地区农业生产的主要气象灾害之一。如何在众多的干旱遥感监测指数中选择适宜的指数是干旱遥感监测工作面临的主要问题。利用研究区30个农业气象站观测的不同深度土壤相对湿度和对应的MODIS数据,分析了7种典型干旱遥感监测指数(AVI、NDWI、VCI、PDI、MPDI、VSWI和MEI)的构建原理和模拟结果,并选择适宜的干旱遥感监测指数对2006年甘肃省河东地区干旱情况的时空分布做了动态监测。结果表明:7种干旱遥感监测指数均能反映研究区土壤湿度的时空变化特征;各干旱遥感监测指数对土壤水分监测的最佳深度为20 cm,其次为10 cm。从相关系数来看,PDI、MPDI指数对春季,VSWI、NDWI指数对夏季的土壤相对湿度有较好的监测结果;MEI指数对秋季土壤相对湿度模拟效果较差,其余指数对秋季模拟效果均较好;根据各指数与20 cm处土壤相对湿度的相关系数,结合各指数的构成原理,春季选择PDI和MEI,夏季选择VSWI和NDWI,秋季选择PDI和MPDI,分别对2006年甘肃省河东地区干旱情况进行监测。通过考虑各等级出现的频率,同时兼顾土壤相对湿度,评定各指数干旱等级。监测结果显示,庆阳市北部连续出现春旱、春末夏初旱、伏旱和秋旱,陇中北部和庆阳市北部旱情严重。     

新疆2001-2010年农业气候干旱脆弱性分析

选取新疆维吾尔自治区14个地（州）为研究对象,从农业气候干旱的敏感性和恢复力2个角度选取10个指标,对该区2001-2010年的农业气候干旱脆弱性进行评价。通过计算新疆各地（州）农业气候干旱脆弱度并绘制新疆农业气候干旱脆弱性区划图,分析该区农业气候干旱脆弱性的年际变化和地域分布特点及规律,初步探讨了其成因,提出缓解新疆农业气候干旱脆弱性的科学对策。结果表明：新疆各地区农业气候干旱脆弱度在时间尺度存在差异性变化,并存在显著地域性差异,总体呈现出 “东高西低,南高北低”的分布状况,主要原因不仅有地形、水文和气候等自然环境因素的差异,还包括经济产业结构、科学技术研究、灌溉设施、全民意识和政策管理等社会经济因素,可以通过采用先进技术和高效管理措施、根据气候采取种植结构格局和方式、合理开采高效利用水资源、增强全民生态保护意识等措施,缓解干旱影响、降低区域干旱脆弱性。     

基于标准化降水指数的1960—2011年中国不同时间尺度干旱特征

利用1960—2011年中国566个气象站逐日降水资料,采用标准化降水指数对近52年中国的干旱特征进行了详细分析。结果表明：近52年来,中国存在一条由东北向西南延伸的干旱趋势带,东北、内蒙古中东部、华北、西北地区东部以及西南地区东部趋于干旱,而西北地区西部的北疆地区、青海中部以及西藏中北部等地呈显著变湿趋势;华北地区干旱化主要是夏季趋于干旱引起的,东北和西南地区的干旱化主要是夏、秋季趋于干旱引起的,西北地区东部和长江中下游地区主要是春、秋季趋于干旱。东北地区20世纪70年代和2000年后轻旱以上日数较多,60年代干旱日数最少;华北地区和西北地区东部90年代最多,60—80年代旱日较少;西南地区东部2000年后干旱日数最多,60—70年代较少;长江中下游地区60年代和21世纪后干旱日数偏多,80年代较少。60年代,易旱区主要位于西北地区中、西部以及长江中下游部分地区;70年代,西北西部和东北地区是干旱的高发区;80年代,易旱区位于华北、黄淮、内蒙古中西部以及西南东部等地;90年代,易旱区转移到中部,西北地区东南部、华北、黄淮、江淮以及江汉等地是干旱的高发区;进入21世纪后,东北、内蒙古东部、西北地区东部、西南东部以及长江中下游的部分地区干旱高发。     

基于多种卫星的县级尺度干旱监测指数比较——以河北玉田县为例

为确定不同遥感数据源在县级尺度进行干旱监测的能力,利用环境减灾卫星、SPOT4和RAPIDEYE数据分别构建了垂直干旱指数、修正垂直干旱指数和温度植被干旱指数,以河北玉田县为例进行了对比研究。结果表明,基于环境减灾卫星的垂直干旱指数和修正垂直干旱指数变化与RAPIDEYE趋势一致,在冬小麦拔节期,当土壤含水量较高时,两指数值起伏变化不明显;在抽穗期,两指数能较好反映各层土壤含水量的起伏变化。而基于SPOT4的修正垂直干旱指数在一定程度上反映土壤含水量的变化特点,垂直干旱指数对土壤含水量变化不敏感。从数据源选取角度,环境减灾卫星和RAPIDEYE在县级尺度具有较好的干旱监测能力。由于基于环境减灾卫星的温度植被干旱指数与冬小麦单产具有显著以上水平的相关性,据此建立的线性估产模型是一种简单易行的旱灾预警模型。     

2007-2016年四川省土壤干旱时空动态分析

四川作为农业大省,旱灾是导致农业减产最主要的因素。通过遥感和GIS手段进行四川省土壤干旱程度的时空分析,提高干旱的空间可视化程度,加强干旱监测的时效性尤为重要。本研究基于四川省2007—2016年逐季度的MODIS数据和1961—2011年40个气象站的月降水资料,采用温度植被干旱指数(TVDI)计算得到四川省干旱等级分布情况,辅以标准化降雨指数(SPI)进行相关性分析,并通过线性回归、反距离权重空间插值、GIS空间分析模型重建等方法,分析近十年来四川省地区以季度为时间尺度的土壤干旱时空变化特征,制作各时相土壤干旱分布图展示其微变化。结果表明:(1)在月时间尺度上,SPI-1与TVDI呈中等至强负相关关系,即TVDI值越小,SPI值越大,干旱程度越轻;验证结果表明TVDI都能够较好地对四川省的干旱空间分布状况进行反映。(2)四川省各区域、各季节干旱分布不均:空间上,干旱频发的区域集中在四川盆地及攀西南部区域。时间上,在春季,四川盆地区域的土壤干旱程度大致呈现加剧—持续—减缓的趋势;夏季,四川盆地的干旱变化趋势是加剧—减缓—加剧;秋季,四川盆地的干旱变化趋势是加剧—减缓—持续减缓;冬季,全川干旱程度变化不明显。本文的研究结果对四川省开展农业防灾减灾,引导农业灌溉具有指导意义。     

基于标准化降水、径流指数的黄河流域近50年气象水文干旱演变分析

针对黄河流域近年来干旱频繁发生和水资源匮乏状况,基于1961-2010年黄河流域146个气象站的逐月降水和干流6个水文站的逐月径流资料,采用标准降水指数(SPI)、标准流量指数(SDI)及其相关评估指标,运用趋势、时滞互相关等气候学分析方法,分析了近50年黄河流域气象和水文干旱时空变化特征.结果表明:全流域年气象干旱表现出加剧趋势,且中游干旱化较突出.中游春旱、全流域秋旱和上、下游夏旱均呈加剧趋势,而全流域冬旱出现减轻态势,以上游较突出.沿干流从上游至下游水文干旱呈加重趋势,且自1990s后期开始水文干旱的发生更加频繁,干旱等级也越来越高.流域水文干旱主要与流域干旱、半干旱气候区的气象干旱有1～5个月的滞时.     

1961-2015年新疆降水及干旱特征分析

基于1961-2015 年新疆地区51 个气象站过去55 a 逐日降水资料,借助标准化降水指数、降水距平百分率表征干旱,利用线性趋势,K-means 聚类,Mann-Kendall 非参数检验,Morlet 小波分析等方法,分析过去55 a 降水及干旱变化特征。研究表明：（1）过去55 a 新疆降水量、雨日整体呈上升趋势,相关系数为0.83,降水量增加主要表现为雨日增长;降水空间分布和聚类得出,降水呈现显著“北多南少”格局,3 个降水分区的降水量表现为III 区 > II 区 > I 区。（2）干旱指数SPI、降水距平Pa极显著相关,干旱频次、影响范围、严重性总体呈现下降趋势;干旱变化率空间分布整体存在一致性,由南向北干旱缓解趋势增大,但局域上又有异质性,北疆个别站点干旱加剧;（3）干旱变化具有周期性,主周期为8 a,次主周期为4 a、16 a。     

20世纪下半叶干旱对新疆农业的影响及灾害链效应

利用历史灾害数据对20世纪下半叶新疆农业的干旱影响及灾害链效应进行了评价。同时对干旱灾害的时间特征也做了分析。结果表明,1950-2001年的52年里,新疆年平均农田旱灾成灾面积为109.25×103hm2,其中.2000年最高达312.0×103hm2,1950年最低仅为2.01×103hm2。1950-1997年48年年平均受灾人口与减产粮食分别为285.63×103人和174.85×103t。从1950-2001年,新疆农田成灾面积大致上呈上升趋势,虽然其间也有暂时的下降时段,即20世纪70年代早期和90年代早期。1950-1997年受旱人口和减产粮食也存在大致的上升趋势。有两个时期(20世纪60年代和80年代到90年代早期)干旱灾害相对较严重。另外,还发现干旱灾害与沙尘天气和草原蝗灾有明显的相关性,表现出了明显的干旱灾害链性。本评价的结果暗示干旱及其相关灾害的增多可能意味着天气和气候极端事件的增多;20世纪80年代中期以来,尽管区域年降水和径流量的增多对减轻干旱及其灾害具有很大的正效应,但由于降水和径流的年内分布不均匀性,加上耕地向易旱区的扩张,区域干旱灾害还是比较严重,并表现出了与降水和径流增加不一致的趋势。     

修订后水分盈亏指数在甘肃省冬小麦干旱监测中的应用

提高西北旱作农业干旱监测准确性和时效性,对农业生产防灾减灾有重要意义。利用甘肃省3个农业气象观测站长期土壤水分和冬小麦生育状况观测资料、1971—2016年43个冬小麦种植县气象观测资料及产量资料,基于冬小麦播前底墒和生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,并确定了干旱等级指标,改进后作物水分盈亏指数与土壤贮水和冬小麦减产率高度相关,能更准确的反映甘肃省冬小麦干旱实况,并利用ArcGIS分析了近46 a甘肃省冬小麦不同生育期、不同等级干旱发生频率的时空分布特征。结果表明:甘肃省冬小麦从播种至开花期随着发育期推移,呈现干旱频率增加、范围扩大的趋势,多以中旱居多,其中拔节—开花期发生面积最大,陇中、庆阳市北部、平凉市西部、天水市西部、陇南市南部干旱出现频率较高;开花—成熟期随着降水量增加干旱发生频率减少、程度减轻。     

农业干旱业务化监测研究进展与展望

业务化农业干旱监测系统是农业干旱监测和预测以及农业风险评价和防范的有力工具,为了更好地促进农业干旱业务化监测的发展,系统回顾了基于气象变量、土壤湿度、植被状态和多变量等4类常用干旱指数,详细分析了美国、中国、欧洲和联合国粮食及农业组织等业务化农业干旱监测系统的特征,讨论了业务化农业干旱监测系统中存在的问题：如数据的质量及融合不稳定、综合干旱指数的构建不确定、监测的时间分辨率有待提高、缺乏考虑水文条件以及作物的生长过程等影响的问题。展望了未来农业干旱业务化监测,应从利用多源数据监测干旱、构建综合指标时需考虑区域时空差异及不同指标间的累积性和滞后性、加强机器及深度学习在综合指标构建中的作用、发展日时间尺度监测干旱以应对骤旱事件的发生、强化作物生长过程模型和先进的技术手段在干旱监测中的作用等方面深入发展。     

基于SPEI指数的秦岭南北地区干旱时空变化特征

基于秦岭南北地区47个气象站点1960-2016年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了秦岭南北地区不同时间尺度干旱发生频率和强度的时空演变特征,并试图揭示该区域干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能够较好的反映秦岭南北地区的干旱特征及干湿演变状况。从时间变化上看,近57 a来秦岭南北地区呈干旱化趋势,以20世纪90年干旱化趋势最为显著,干旱化趋势最显著的区域为秦岭以北地区,但近22 a秦岭南北地区开始出现湿润化趋势;从季节来看,四季大部分区域呈干旱化趋势,秋季干旱化趋势最显著且开始最早,春季次之,冬、夏干旱化趋势相对不显著。从空间来看,秦岭南北地区在年、季、月尺度上均有干旱发生且各地区分布极不均匀;其中秦岭以北地区干旱发生频率较高,其他子区域干旱发生频率的空间分布特征较为复杂。干旱发生强度呈现出中西部强,四周弱的特点,干旱发生强度最强的地方为陕西石泉,为14.7%,最弱的地方为四川阎中,为23.6%。     

基于MODIS数据新疆土壤干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着新疆的农业生产。利用中分辨率成像光谱仪MODIS影像MOD11A2数据和MOD13A2数据,数字高程模型(DEM)对Ts进行了纠正,提取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)构建NDVI-Ts特征空间,并依据特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为监测土壤湿度指标,反演了新疆2013年5、6、7三个月每16 d的土壤湿度。较好地反映地表图层土壤湿度,分析了新疆土壤湿度的时空分布特征,新疆北部地区土壤湿度高于南部,西部的土壤湿度高于东部,且土壤湿度由西北向东南逐步减小,依次表现为湿润>正常>轻旱>中旱>重旱>极旱;由5月到7月土壤湿度不断增大,这与新疆降水量分布和实地土壤含水率十分吻合,监测结果可信,能够为决策部门防旱抗旱提供有力的信息支持。     

温度植被干旱指数(TVDI)在复杂山区干旱监测的应用研究

对地观测卫星(EOS)中分辨率成像光谱仪(MODIS)传感器因具有高时间分辨率、高光谱分辨率、适中的空间分辨率等特点,非常适合大范围、长时期、动态的干旱监测。本文选取云南省红河州地区为研究对象,利用MODIS植被指数和陆地表面温度产0品建立高原多山地区NDVI- T_s空间,并由此建立了复杂山区的温度植被干旱指数(TVDI)。利用该方法检测2006年3、4两个月的云南省红河地区的地表干旱情况,同时结合当地气象局信息和野外同步观测的表层土壤温度、湿度数据对该指标进行定量验证,结果表明,TVDI与土壤湿度显著相关,该方法可以用来对大区域干旱进行检测,能很好的用于山区的干旱预警与监测。     

非平稳标准化降水蒸散指数构建及中国未来干旱时空格局

旱灾是一种致灾因子与成害机理均非常复杂的自然灾害,也是目前对其检测与风险防御最为困难的自然灾害种类之一。随着全球气候变化,干旱的变化逐渐趋于非平稳化,水文气象序列的非平稳性已有广泛研究,但在干旱检测指标中却鲜有考虑。基于标准化降水蒸散指数（SPEI）和非平稳性理论,构建非平稳性标准化降水蒸散指数（NSPEI）并进行适用性评价,利用NSPEI评估未来不同排放情景下中国气象干旱时空格局演变规律。结果表明：① 非平稳性站点集中在东北平原、黄淮海平原、长三角地区、青藏高原及周边区域,NSPEI拟合最优的站点占中国气象站点的88%（2177个站点）。② SPEI对温度较为敏感,在评估未来干旱变化时会高估干旱强度和持续时间性,而NSPEI能够克服这一弱点,较SPEI可更好的检测中国气象干旱,且能很好的刻画中国未来干旱变化。③ 低、高排放情景下中国北方干旱加剧,南方呈湿润化趋势;中排放情景下中国北方湿润化趋势明显,而中国南方则呈干旱化。基于NSPEI干旱检测结果,中高排放情景下中国未来极端干湿历时与发生频率均呈增加趋势。     

两种不确定性来源对干旱指数SPEI及干旱评估的影响

全球气候变暖背景下,干旱问题更加频繁、持久,影响范围也逐步扩大。采用干旱指数进行干旱评估与研究时,受多种因素影响,干旱评估结果往往存在一定的不确定性。以黑河流域为研究区,分析概率分布模型和参数估计误差这两种不确定性来源对标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）和干旱特征变量（干旱强度、干旱峰值和干旱历时）的影响。结果表明：这两种来源均会对SPEI和干旱特征变量产生影响,且SPEI越极端,其影响越大,二者对于极端和严重干旱的影响程度远大于对轻度和中度干旱的影响;对于极端和严重干旱,概率分布模型导致的干旱强度和干旱峰值的不确定性更大,参数估计误差导致的干旱历时的不确定性更大。研究结果可为干旱的准确评估提供支撑,在防旱减灾工作中为制定更加准确有效的抗旱决策提供理论支持,以避免可能造成的减灾能力不足或抗旱资源的浪费。