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干旱监测遥感模型和中国干旱时空分析

齐述华  
【摘要】:我国地处东亚,季风气候明显,年际间季风的不稳定性造成了我国干旱的频繁发生,使干旱成为对我国农业生产影响最严重的自然灾害。随着人口增长、开垦耕地增加和复种指数提高,农业和工业用水需求量都在增大,以及在全球环境变化的大环境下,干旱化趋势还在进一步发展。 为了利用遥感资料分析较长时间我国干旱发生的时空格局,本论文致力于区域干旱监测遥感模型的研究。具体包括以下几方面的内容: (1) VCI和SVI在干旱监测中的作用评价:探讨利用NDVI时间系列数据建立的植被状态指数(VCI)和标准植被指数(SVI)评价区域干旱的可行性,研究结果表明:VCI和SVI作为植被相对生长状况指标,对降水的响应随着植被覆盖类型、时间和空间等而表现出不同的敏感性,因此在大区域干旱监测中,特别是我国这样地形复杂多样的国家,VCI和SVI在干旱监测中的作用都是有限的; (2) 利用TVDI评价全国干旱等级分布:结合陆地表面温度和植被指数建立NDVI-T_s空间,在NDVI-T_s空间物理意义理解的基础上,分别采用线段比值法和斜率归一化法构建温度植被干旱指数(TVDI),并利用TVDI研究了我国2000年3~5月份各旬的干旱分布,取得比较满意的结果。受NDVI-T_s空间的启发,对比分析陆地表面温度、陆表昼夜温差、表观热惯量分别与NDVI建立相应NDVI-T_s、NDVI-ΔT和NDVI-ATI空间,并分别计算TVDI、DVDI和AVDI评价区域干旱,结果表明在效果和实际操作中,TVDI都明显优于DVDI和AVDI,而且AVDI基本不适用干旱遥感监测; (3) 气温的遥感数据获取方法研究:考虑到陆地表面温度纬度地带性和垂直地带性都很明显,这在一定程度上影响TVDI在大范围干旱监测中的应用。为了减小区域陆地表面温度的地带性影响,同时考虑到陆气温差是表征陆气系统之间水汽通量主要驱动力。根据作物水分胁迫系数(CWSI)原理,利用陆气温差与植被指数建立VIT空间研究干旱理论上更合理,因此有必要通过遥感手段获取气温的空间分布。在分析Ts、气温和植被指数之间关系的基础上,提出的NDVI-T_s空间法获取气温,并与Prihodok和Goward提出的模型进行对比,结果表明:尽管NDVI-T_s空间法获取气温在精度上不能对PrihodokGoward模型有所提高,但是NDVI-T_s空间法能够更加有效地利用遥感图像所获得的信息,在运算效率上也显著提高。 (4) 水分亏缺指数在区域干旱监测中应用评价:在气温遥感获取的基础上,根据作物水分胁迫系数(CWSI)原理,提出了利用陆气温差和植被指数建立的VIT空间,由VIT空间计算水分亏缺指数(WDI),与土壤水分对比结果表明WDI能够合理地评价区域土壤水分状况。与TVDI相比较,WDI具有更完备的理论基础, 并且一定程度上克服了TVDI所受Ts的地带性影响。 (5)分析我国近20年干旱发生的时空分布特征:利用1982一2001年NOAA AVHRR8km数据集,计算了20年来我国各旬干旱空间分布,并根据一定的干旱 发生判断标准,统计我国不同地区在各月相发生干早的频率和各月份平均WDI, 初步分析我国干旱发生的时空格局,结果表明:在春季,西北地区、华北平原和 华南大部分地区的干旱发生频率都比较高;在5一8月份,高频率千旱发生地区就 主要集中在西北和华北平原地区;9一12月份干旱发生高频率地区在主要在西北、 华北、华中和四川盆地等地。四川盆地属于冬春旱型;西北为常年干旱型;黄淮 海平原为春夏旱型;西南青藏区为常年湿润型;华南为冬春旱型。 (6)利用wDI进行全国干旱区划的尝试研究:根据传统干旱分区的降水临界线, 利用20年平均WDI与平均降水量之间关系,试图利用WDI进行干早分区,结 果表明:利用WDI能够比较合理地划分出干旱区,但不能很好地区分半干早/ 半湿润区以及半湿润棍润区。 (7)全国土地覆盖分类的研究:利用1995年10天合成NOAAlkm空间分辨率 数据,采用最大值合成法获取计算并合成月NDvi和月陆地表面温度。根据不同 土地覆盖类型在刀D件Ts空间中位置矢量的月相变化特征,计算各个像素点矢量 在刀D咋Ts空间中的方向NTVA,以NTVA月相变化为分类特征,采用模糊k- 均值非监督分类方法对我国土地覆盖进行分类,获得比较满意的效果。 (8)近20年我国受早耕地面积和受早成灾耕地面积的遥感提取研究:在土地覆盖分 类的基础上提取耕地的分布范围,利用全国1982一2001年各旬(共7加旬)的水分 亏缺指数,分别根据农田受旱和受早成灾标准,提取我国1982一2001年间农田受 旱和受早成灾范围,并与国家民政局公布的统计结果比较,表明:利用遥感手段 获取农田受早面积具有一定参考价值,遥感获取的农田受早成灾面积与统计结果 基本一致,是获取成灾面积和成灾范围的有效方法。


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