基于多源數(shù)據(jù)的寧夏中部干旱帶干旱信息時空變化特征研究.pdf

1、干旱是全球氣候變化研究中的一個熱點問題。據(jù)統(tǒng)計，每年因旱災(zāi)造成的全球經(jīng)濟損失高達60～80億美元，遠遠超過其他災(zāi)害，而我國又是一個農(nóng)業(yè)災(zāi)害頻發(fā)的國家，其中以干旱造成的農(nóng)業(yè)災(zāi)害最為嚴重，平均每年受災(zāi)面積最高可達2200萬hm2。寧夏是中國受旱率和成災(zāi)率最高的省份之一，其中以中部干旱帶的干旱情況最為嚴重，持續(xù)嚴重干旱引起農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、土地荒漠化和生態(tài)環(huán)境惡化等嚴重問題，已成為該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的巨大障礙。因此，研究寧夏中部干旱帶的干旱時空變化特

2、征，不僅可為當(dāng)?shù)卣姆篮悼篂?zāi)提供決策幫助，還可為該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。干旱監(jiān)測的手段主要有基于氣象資料傳統(tǒng)的監(jiān)測手段和基于遙感的現(xiàn)代監(jiān)測手段，二者各有優(yōu)缺點，而有機的結(jié)合兩種監(jiān)測手段會全面提升干旱時空信息的提取能力。為此，本研究利用寧夏中部干旱帶鹽池、中寧和同心三縣1960～2012年的逐月氣象資料，在計算標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)和帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)的基礎(chǔ)上，利用集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EEMD)、功率譜分析和重新標(biāo)度極差分

3、析等方法，對中部干旱帶近53 a來的干旱多尺度變化特征進行研究。同時，利用2000～2014年中分辨率成像光譜儀(MODIS)獲取的逐月晝夜地表溫度差(△LST)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了△LST-NDVI特征空間，改進溫度植被干旱指數(shù)(TVDI)模型，從時間和空間兩個維度上研究寧夏中部干旱帶近15a的干旱特征，研究取得如下幾點結(jié)論:
　　(I)寧夏中部干旱帶鹽池、中寧和同心3縣發(fā)生的干旱事件中，超過中旱以上的干旱事

4、件達到了總干旱次數(shù)的30％以上，三縣發(fā)生特大干旱的情況呈現(xiàn)相似的時間特征，干旱波動周期的多尺度分解顯示，整個中部干旱帶的干旱事件存在著0.5 a尺度的輕旱、1a尺度的中旱、3a尺度的重旱和10a尺度的特旱這一發(fā)生發(fā)展規(guī)律;基于SPI的分析顯示，平均干旱強度的年際波動周期特征中，有平均超過65％的貢獻來自于3.25～4 a左右的干旱周期波動，而平均超過14％的貢獻來自于5.78～6.5 a左右的干旱周期波動;趨勢分析得出，寧夏中部干旱帶的

5、干旱趨勢總體處于增強態(tài)勢，但不同季節(jié)的干旱強度態(tài)勢又表現(xiàn)出差異。平均干旱強度在增強，而極端干旱事件卻有減弱的趨勢。中部干旱帶年平均干旱強度的增強趨勢均具有長程依賴性，即未來還將持續(xù)干旱。
　　(2)研究利用2000～2014年的逐月△LST與NDVI數(shù)據(jù)，構(gòu)建地表溫度與植被指數(shù)的二維特征空間，通過統(tǒng)計方法改進溫度植被干旱指數(shù)模型的干濕邊擬合過程。首先通過統(tǒng)計方法判斷出NDVI在低值區(qū)時△LST存在的下“拖尾”現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上剔除“

6、拖尾”點并用擬合干邊方程。同時，使用箱線圖(Box-plot)統(tǒng)計方法來計算濕邊散點中的異常值，通過剔除異常值以消除數(shù)據(jù)對濕邊擬合的影響。研究對模型改進前后產(chǎn)生的TVDI干旱監(jiān)測結(jié)果進行了對比，發(fā)現(xiàn)原始溫度植被干旱指數(shù)會高估旱情。
　　(3)對寧夏中部干旱帶近15a的TVDI進行空間分析發(fā)現(xiàn)，雖然寧夏中部干旱帶干旱發(fā)生規(guī)律不定，但整體干旱強度都很高，其中以海原縣的西南部、沙坡頭區(qū)的北部、同心縣部分區(qū)域以及整個鹽池縣干旱情況最為嚴重