基于多源數(shù)據(jù)的西南地區(qū)綜合干旱監(jiān)測指數(shù)研究及其應(yīng)用.pdf

1、西南地區(qū)是我國重要的糧食產(chǎn)地，同時也是受旱影響最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。囿于地形地貌復(fù)雜，氣候多變，降水時空分布不均，區(qū)域內(nèi)階段性干旱和季節(jié)性干旱頻發(fā)，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成巨大損失。因此，研究適宜性較好的干旱監(jiān)測方法，對西南地區(qū)進(jìn)行有效的旱情監(jiān)測，不但有利于地方政府順利開展抗旱減災(zāi)活動，還對區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文系統(tǒng)的分析和總結(jié)了國內(nèi)外干旱監(jiān)測方法，開展氣象干旱監(jiān)測指數(shù)和遙感干旱監(jiān)測指數(shù)研究，以歷

2、史旱情資料和土壤墑情數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，定性、定量的對比分析各個干旱監(jiān)測指數(shù)對西南地區(qū)旱情的響應(yīng)情況，并探討各個干旱監(jiān)測指數(shù)在西南地區(qū)干旱中的適宜性。在此基礎(chǔ)上充分利用地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)和遙感空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，建立基于多源數(shù)據(jù)的綜合干旱監(jiān)測指數(shù)，使其達(dá)到豐富干旱監(jiān)測機(jī)理，優(yōu)化單一旱情監(jiān)測指數(shù)，提高監(jiān)測精度，更適宜于復(fù)雜地形區(qū)域干旱監(jiān)測的目的，并以西南地區(qū)特大干旱為例進(jìn)行分析。
　　論文取得了以下幾點(diǎn)成果和結(jié)論:
　　1、氣象類監(jiān)測指數(shù)與歷

3、史旱情資料的定性分析表明:基于氣象站點(diǎn)插值方法得出的降水距平百分率Pa、標(biāo)準(zhǔn)降水指數(shù)SPI和相對濕潤度指數(shù)MI在空間變化上均具有良好的一致性，對干旱的發(fā)生均有反映，但反映程度存在較大差異。降水距平指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)降水指數(shù)反映的旱情受旱程度偏輕，且降水距平指數(shù)存在一定的突變性和滯后性，不能很好的反映出干旱發(fā)生的漸變過程，相對濕潤度指數(shù)在低溫度地區(qū)出現(xiàn)異常導(dǎo)致局部區(qū)域受旱程度偏重。此外，三種氣象干旱監(jiān)測指數(shù)的干旱監(jiān)測結(jié)果均由站點(diǎn)空間插值得到，不可

4、避免的出現(xiàn)旱情過渡緩沖帶，說明基于單一的氣象干旱監(jiān)測指數(shù)進(jìn)行干旱監(jiān)測存在一定的局限性?？傮w上來說，相對濕潤度指數(shù)監(jiān)測的干旱范圍和干旱程度與實(shí)際旱情最為吻合，使用相對濕潤度指數(shù)的監(jiān)測結(jié)果更能反映實(shí)際旱情。
　　2、遙感類監(jiān)測指數(shù)與歷史旱情資料的定性分析表明:植被供水指數(shù)VSWI和植被水分指數(shù)NDWI對旱情均有響應(yīng)，并且對干旱發(fā)展過程的監(jiān)測與實(shí)際旱情均具有較好的一致性。從干旱的空間分布來看，VSWI和NDWI的干旱空間分布大致相同，但

5、VSWI監(jiān)測出的干旱受旱范圍比NDWI更廣，說明VSWI對干旱的反應(yīng)更為敏感，也存在更多的干旱監(jiān)測不確定的問題。從干旱的受旱程度來看，VSWI和NDWI監(jiān)測的旱情程度較實(shí)際受旱程度均偏輕。NDWI監(jiān)測的干旱情況比VSWI更確定、更可靠，但二者均不能真實(shí)反映出受云、雪覆蓋區(qū)域的干旱信息，且植被供水指數(shù)受云雪影響更為嚴(yán)重，因此遙感類旱情指數(shù)中優(yōu)先考慮NDWI。
　　3、采用站點(diǎn)與像元窗口均值配對的方法對氣象干旱監(jiān)測指數(shù)、遙感監(jiān)測指數(shù)和

6、土壤墑情數(shù)據(jù)進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明:在月時間尺度下，氣象類干旱指數(shù)MI與土壤相對濕度的相關(guān)性最高，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.477，遙感類干旱指數(shù)NDWI與土壤相對濕度的相關(guān)性最高，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.416;此外，同一類型干旱監(jiān)測指數(shù)間的相關(guān)性高于不同類型指數(shù)之間的相關(guān)性，可見不同類型指數(shù)表征的干旱信息不同，二者具有互補(bǔ)性。
　　4、通過定性分析和定量分析，選用遙感指數(shù)NDWI和氣象指數(shù)MI為驅(qū)動參量，構(gòu)建了綜合干旱

7、監(jiān)測指數(shù)DI。該綜合指數(shù)的估算值與土壤水分實(shí)測值有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均通過0.05水平雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)，模型能用于西南地區(qū)干旱旱情監(jiān)測。此外，在各海拔高度內(nèi)，DI與土壤墑情的相關(guān)系數(shù)均高于MI或NDWI與土壤墑情的相關(guān)系數(shù)，表明基于多數(shù)據(jù)源的綜合指數(shù)與土壤墑情在不同高度的擬合效果比單一數(shù)據(jù)源指數(shù)的擬合效果要好，精度更高，說明綜合指數(shù)對西南地區(qū)的復(fù)雜地形有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
　　5、將綜合干旱監(jiān)測指數(shù)用于2009-2010年西南特大干

8、旱旱情監(jiān)測，宏觀的再現(xiàn)此次干旱的發(fā)展和消退過程。這次干旱重旱主要集中在四川南部攀西地區(qū)、云南大部和貴州西部地區(qū)，干旱演變過程概括為:旱情初現(xiàn)（2009年9-10月）-旱情發(fā)展（11月至次年2月）-旱情緩解（次年3月-5月）-旱情解除（次年6月）四個階段。為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性，分析每個階段典型月份的模擬值與土壤水分值，其結(jié)果均通過0.01水平雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)，同時對比分析2010年3月份的干旱空間分布結(jié)果與他人研究結(jié)果，干旱范圍和受旱程

9、度均有較好的一致性，說明可將綜合干旱監(jiān)測指數(shù)用于西南地區(qū)干旱監(jiān)測。
　　6、綜合干旱監(jiān)測指數(shù)DI與降雨量的分析發(fā)現(xiàn)，DI值與降雨量的變化曲線成明顯的正相關(guān)，說明綜合干旱監(jiān)測指數(shù)對降雨量有較強(qiáng)的敏感性。綜合干旱監(jiān)測指數(shù)DI與大氣相對濕度的分析發(fā)現(xiàn)，DI值與大氣相對濕度的相關(guān)性比較高，均達(dá)到0.05雙側(cè)顯著性水平，且從重旱區(qū)到濕潤區(qū)的DI值與大氣相對濕度的相關(guān)系數(shù)依次緩慢降低，說明綜合干旱監(jiān)測指數(shù)對重旱區(qū)域的空氣水分含量更為敏感，也間