基于多源遥感数据的甘肃省农业干旱研究

干旱是农作物生长发育的主要环境胁迫因子,也是制约农业丰产丰收的关键自然要素。农业干旱监测通常基于气象站点观测数据,这在一定程度上难以反映区域尺度的农业干旱状况。以甘肃省为研究区,基于MODIS、TRMM、ESA CCI等遥感数据产品和气象站点数据,利用随机森林回归模型构建综合气象干旱指数（CMDI）,并对甘肃省2011—2019年农作物生长季（4—9月）旱情时空格局及变化规律进行分析。结果表明：（1）CMDI与实测值的决定系数（R2）在各月均高于0.634,且与标准化降水蒸散发指数（SPEI）在空间上具有一定的相关性,表明该指数可反映农业干旱的发生发展过程。（2）甘肃省农业干旱呈现明显的地域分异规律,干旱程度由东南向西北逐渐加重,其中河西地区多为特旱区和重旱区,陇中地区为重（中）旱区,陇南、陇东、甘南地区为干旱-无旱波动变化区。（3）2011—2019年甘肃省农业干旱在年、月尺度上均呈现较大的波动趋势,其中2012年干旱程度最轻,2017年则最为严重;甘肃省大部分地区在4月和6月,陇东、陇南地区分别在5月和9月以及甘南地区4—9月农业旱情有所减轻外,其余地区在农作物生长季的旱情呈加重趋...     

基于MODIS和TRMM数据的黄土高原农业干旱监测

农业干旱对农业生产影响最为严重，基于站点观测数据的干旱指数不能准确监测区域尺度的农业干旱特征。因此，本文利用2003—2010年MODIS地表温度（LST）、植被指数（NDVI）和TRMM降水（3B43）数据以及1960—2015年黄土高原地区及周边92个气象站点的月均温和月降水量数据，构建了综合遥感干旱监测模型规模干旱条件指数（Scale Drought Condition Index，SDCI），对黄土高原地区农用地生长季（4~10月）旱情的时空分布特征进行研究，结果表明：黄土高原地区农用地生长季多年平均干旱状态为中度干旱，干旱程度在空间上表现为西北部较严重，东南部较轻。2003—2010年黄土高原地区旱情年际变化呈缓慢加重趋势，2003—2007年旱情持续加重，2007—2009旱情缓慢减轻，2009—2010年旱情又加重。黄土高原地区旱情年内变化表现4-8月持续减轻，8-10月持续加重，干旱程度具体表现为4月呈严重干旱，5月、6月和10月呈中度干旱，7月、8月和9月呈轻度干旱。研究表明利用多源遥感数据构建的具有适当权重的SDCI可以有效监测黄土高原地区作物生长季的干旱状况。     

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。     

2001−2018年西北地区植被变化对气象干旱的响应

基于2001?2018年逐月的MODIS NDVI数据，以归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）和植被状态指数（Vegetation Condition Index, VCI）作为植被生长状况指标，结合2001?2018年的月降水和月均温数据计算的标准化降水蒸散指数值，分析西北地区植被状况和气象干旱指数的变化趋势及其空间分布特征，以及多时间尺度下植被对气象干旱的响应。结果表明：2001?2018年西北地区植被的生长状况整体呈好转趋势，但空间分布上差异明显，东部植被改善状况高于中西部地区。近18 a西北地区5种不同时间尺度标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）均值整体上均呈增加趋势，表明干旱程度降低；空间上，干旱化趋势整体上表现为中西部高，东部低。植被生长状况在大部分区域均与SPEI呈现不同程度的正相关，总体表现为，西北地区东部植被对气象干旱的响应程度最高，西部次之，中部最低；不同植被类型中，草地对SPEI-12的响应最强，耕地次之，而林地的响应最弱；各植被类型在生长季的多数月份中对SPEI-3和SPEI-12的响应普遍较高。     

基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的毛乌素沙地1981—2020年干旱特征研究

大气干旱是影响半干旱沙区植被建设、生态恢复及社会经济可持续发展的重要因素。基于1981—2020年毛乌素沙地10个气象站点的逐月气象资料,计算了月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了该沙区近40年降水和气温的变化趋势、干旱事件及其频率的时空特征。结果表明：（1）毛乌素沙地近40年降水量和气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）;秋季和冬季降水量呈现显著的上升趋势（P<0.05）,四季气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）。（2）毛乌素沙地总体上呈现出不显著的湿润化趋势（P>0.05）,但秋季呈显著的湿润化趋势（P<0.05）;中、西部地区呈现出湿润化趋势,而东部地区则呈现干旱化趋势。（3）近40年毛乌素沙地的月尺度下干旱总频率达32.71%,各等级发生频率为轻旱>中旱>重旱>特旱,季节发生频次为冬季>夏季、秋季>春季;轻旱主要发生在毛乌素沙地的北部、中部、东南和西南部,中旱在东部、北部和西部边缘,重旱在东部、中部以及南部地区,特旱在西北部、南部和东南部区域。     

1960—2014年广东省干旱时空演变特征

利用1960—2014年广东省24个气象站点的逐日降水资料,采用下次降水平均等待时间（Average Waiting Time for Precipitation, AWTP）计算得到的相当干期（Equivalent Dry Period, EDP）指数分析了广东省1960—2014年的干旱时空特性,重点分析其自21世纪以来的干旱时空演变趋势。结果表明：EDP指数能够较好地适用于本研究区。从空间分布上看,广东省干旱大致呈现自西向东、自北向南逐渐加重的空间分布格局,东南部沿海地区干旱程度较粤北和粤西地区更为严重。1960—2014年广东省干旱有明显的年代际的变化特征,且干旱程度存在显著的逐年加重趋势。此外,广东省存在典型的季节性干旱,秋旱和冬旱频发,其次是春旱;各季的干旱中心位置有所不同。21世纪以来广东省干旱的发生频率、强度和影响面积都远超20世纪后半叶。具体而言,进入21世纪,珠三角东部东源站和粤西云浮市罗定站的EDP值明显增高,成为广东省新的干旱中心。从季节性干旱的角度分析,21世纪以来,秋季与冬季的旱情加剧最为严重并向全省蔓延,秋、冬季EDP值在21世纪初期相对20世纪后半叶的增幅都为23%。春旱则是逐年缓慢加重,夏旱在1960—2014年较少,但进入21世纪后广东省夏旱也呈现频发的态势。     

基于改进型TVDI在干旱区旱情监测中的应用研究

干旱是全球范围内影响最为广泛的自然灾害之一，其所导致的土壤沙漠化、荒漠化和盐碱化给生态环境造成不可逆的危害。通过对MODIS数据进行投影转换、去云等预处理的基础上，利用地形校正对TVDI模型进行改进，构建了改进型的温度植被干旱指数（mTVDI）用于新疆干旱区旱情监测。利用土壤实测数据对mTVDI及传统的TVDI模型进行对比验证。研究结果表明：（1） 利用EVI与校正后的LST构建的mTVDI_E对干旱区旱情的敏感度最高，与实测土壤水分数据的相关性R²为0.74。（2） 从空间上看，新疆2015年旱情分布以塔里木盆地和准噶尔盆地为两个干旱中心，旱情状况由严重逐步向周围山区递减至湿润状态。从时间上看，新疆6月、7月和8月旱情最为严重。（3） 研究利用TRMM降水数据对基于mTVDI_E反演的新疆旱情时空分布特征进行对比分析，结果表明二者所表现出的旱情时空分布较为一致，不同时间段内的降水量与mTVDIE之间具有一定的相关性，且均通过了P<0.01显著性检验。综上，基于TVDI所提出的mTVDI_E 能够有效开展新疆干旱区旱情监测，且精度较高，从而为今后定量化开展大区域尺度旱情监测研究提供参考。     

黄土高原气象干旱和农业干旱特征及其相互关系研究

选择标准化降水指数（SPI）和植被状态指数（VCI）分别作为评价黄土高原气象干旱和农业干旱的指标，使用干旱频率和Sen斜率分析了黄土高原地区干旱的分布特征与变化趋势，并探讨了气象干旱与农业干旱的相关性。结果表明：① 黄土高原西部干旱频率总体上高于东部。气象干旱和农业干旱变化趋势在空间上表现有所不同，黄土高原西部、北部气象干旱呈不显著减缓趋势，东部和南部呈不显著加重趋势，但绝大部分地区的农业干旱呈减缓趋势，尤其是400 mm等降水量一线两侧区域。② 季节上，黄土高原夏季和秋季气象干旱频率较高，春季和冬季气象干旱频率相对较低。黄土高原农业干旱频率春季最高，夏季其次，VCI对农业干旱实时监测的适用性更强。③ 不同季节，农业干旱滞后气象干旱的时间长短不同，冬季滞后约2个月，春季滞后约1个月，夏季和秋季滞后少于1个月。黄土高原一熟制种植区的SPI-12值与VCI值具有较好的正相关性。研究结果可以为黄土高原的干旱监测和预警、干旱区划以及干旱灾害风险评估提供科学依据。     

基于MODIS数据的华北地区遥感干旱监测研究

选择4种遥感干旱监测模型,与土壤相对湿度（RSM）和自校准帕默尔干旱指数（sc-PDSI）进行相关性分析,并探讨了研究区生长季干旱的时空变化特征。结果表明：作物缺水指数（CWSI）和植被供水指数（VSWI）更适合监测华北地区的土壤水分,在草原区和农区CWSI干旱监测较好,在森林区和荒漠区VSWI干旱监测效果较好;研究区干旱化趋势有所减缓,且2007—2011年为干旱到湿润的转折区间;干旱空间分布呈北部大于南部、西部大于东部的变化趋势,阿拉善高原的干旱最严重,而大兴安岭山脉基本无干旱发生;干旱整体上向好的趋势发展,尤其是鄂尔多斯南部、山西省、燕山山脉和华北地区-东北地区交界处的农区,且易旱区重心有向西移动的趋势,该成果可以为区域农业干旱监测提供一定的参考。     

基于SPEI法的陇东地区近50 a干旱化时空特征分析

选取陇东地区近50 a平均逐月降水和气温数据,采用Mann-Kendall方法、反距离加权插值（IDW）、功率谱分析、标准化降水蒸散发指数（SPEI）等方法分析了陇东地区近50 a来干旱变化的时空特征。研究显示：近50 a来陇东地区干旱化趋势非常明显,特别是20世纪90年代以来干旱趋势显著。持续干旱事件次数增多,持续干旱累积时间增长,以春夏连旱、伏秋连旱的次数增多为显著特征。发生干旱的周期在不同的时间尺度上表现不一致,随着时间尺度的增长,干旱出现的周期也在变长。干旱发生频率不断加快,尤其是在20世纪90年代以来,极端干旱事件的频率显著上升。近50 a来干旱频率较高的区域在环县西北部和六盘山以西静宁等地,干旱高频区逐步向中南部和东部转移。通过与其他方法对比分析和历史资料比对,证明SPEI在陇东地区有较好的适用性。     

基于SPEIbase v.2.6数据集的内蒙古旱灾危险性评价

为明确内蒙古地区不同时间尺度旱灾危险性分布特征,选取内蒙古地区1949—2018年SPEIbase v.2.6数据集,利用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall检验法分析气象干旱时空演变特征,并基于干旱多年平均强度与加权综合评价模型,对研究区年、季节尺度的旱灾危险性进行了评价。结果表明：无论是年际变化还是在空间上,内蒙古年尺度和春、夏、秋3个季节尺度的气候整体呈显著干旱趋势;研究区以中等及以上等级的年尺度旱灾危险性为主,占总面积的71%。其中,高、极高危险性区域主要位于呼伦贝尔市和锡林郭勒盟东部;在春、夏两季,内蒙古干旱灾害危险性空间分布呈“北高南低”,高等级的危险性主要位于锡林郭勒草原和地处干旱区的阿拉善盟;秋、冬两季的高等级危险性区域显著减少,尤其是冬季,以东北地区的低、极低危险性为主要特征,与其干旱趋势变化特征较为一致。研究结果可为内蒙古地区干旱灾害风险管理提供参考依据。     

4种干旱判别指数在东北地区适用性分析

利用东北地区207个国家基本气象站1961—2014年气象数据，计算改进后的综合气象干旱指数（MCI）、相对湿润度指数（MI）、标准化降水指数（SPI）以及标准化权重降水指数（SPIW）这4种常见的干旱指数，对比分析其在该区域的适用性，结果表明：在东北地区，4种气象干旱指数判断历年干旱持续天数及干旱过程强度的演变趋势基本一致；在干旱影响范围方面，SPI和SPIW指数对较长时间的干旱过程判别效果不佳，MCI指数能够较好的反应各时间尺度干旱过程的影响范围。在空间分布方面，SPI和SPIW指数无明显经向分布特征，MCI和MI指数的空间分布特征基本一致，呈现经向分布特征，干旱过程强度及干旱过程持续天数自西向东递减。从不同时间尺度的干旱影响范围、干旱累计强度和干旱持续天数的空间分布以及指数计算方法角度考虑，MCI指数较为接近实际灾情。     

Drought characteristics of Henan province in 1961-2013 based on Standardized Precipitation Evapotranspiration Index

Drought is one of the most complex natural hazards affecting agriculture, water resources, natural ecosystems, and society. The negative societal consequences of drought include severe economic losses, famine, epidemics, and land degradation. However, few studies have analyzed the complexity of drought characteristics, both at multiple time scales and with variations in evapotranspiration. In this study, drought occurrences were quantified using a new drought index, the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), based on observed data of monthly mean temperature and precipitation from 1961 to 2013 in Henan province, central China. Based on the SPEI values of each weather station in the study, the frequency and severity of meteorological droughts were computed, and the monthly, seasonal, and annual drought frequency and intensity over a 53-year period were analyzed. The spatial and temporal evolution, intensity, and the primary causes of drought occurrence in Henan were revealed. The results showed that the SPEI values effectively reflected the spatial and temporal pattern of drought occurrence. As the time scale decreased, the amplitude of the SPEI increased and droughts became more frequent. Since 1961, drought has occurred at the annual, seasonal, and monthly scales, and the occurrence of drought has increased. However, regional distribution has been uneven. The highest drought frequency, 35%, was observed in the Zhoukou region, while the lowest value, ~26%, was measured in central and western Henan. The most severe droughts occurred in the spring and summer, followed by autumn. Annually, wide-ranging droughts occurred in 1966–1968, 1998–2000, and 2011–2013. The drought intensity showed higher values in north and west Henan, and lower values in its east and south. The maximum drought intensity value was recorded in Anyang, and the minimum occurred in Zhumadian, at 22.18% and 16.60%, respectively. The factors with the greatest influence on drought occurrence are increasing temperatures, the Eurasian atmospheric circulation patterns, and the El Niño effect.     

长江经济带地级及以上城市“五化”协调发展格局研究

运用HR模型和耦合协调模型评价长江经济带每“两化”以及“五化”的协调发展指数,借助探索性空间数据分析探索“五化”协调发展指数的空间分布特征。结果表明：长江经济带“五化”发展指数中绿色化发展指数最高,农业现代化发展指数最低;“五化”发展指数上游地区绿色化指数最高,中游地区工业化指数最高,下游地区信息化、城镇化和农业现代化指数最高;“两化”协调发展指数最高为城镇化与信息化,最低为工业化与绿色化;“五化”协调发展指数空间格局为下游地区高于中游地区高于上游地区。     

基于气象干旱综合监测指数(MCI)的陕西省干旱灾害风险评估与区划北大核心CSCD

利用陕西省94个国家气象站1961—2018年逐日气象资料,根据干旱灾害气候背景和社会经济环境,结合灾害风险评估相关理论方法,选取致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露度、防灾减灾能力4个方面指标,建立干旱灾害风险评估指数,基于GIS平台,对陕西省不同季节进行干旱灾害风险区划。结果表明:(1)陕西各区域干旱致灾因子危险性季节差异明显,陕北北部除夏季外各季节干旱危险性较高,关中地区易发生伏旱。陕南的汉中各季节干旱危险性均较大,安康东部和商洛各季节干旱危险性则较小。(2)春季、夏季和秋季,陕南的汉中平原及安康的汉江河谷地带,关中的西安和渭南地区,陕北北部榆林地区为干旱孕灾环境高脆弱性区或较高区;冬季陕南大部、秦岭地区的高脆弱性区较其他三季范围有所减小;海拔较高的秦岭山地,关中平原和陕北北部各季节皆为低脆弱性或较低脆弱性地区。(3)承灾体暴露度的高风险区主要分布于关中地区。(4)全省抵御干旱风险能力最高地区为陕北黄河沿线、关中各地的城镇地区。(5)干旱灾害综合风险的高风险区主要在陕南巴山地区、秦岭南北两侧、陕北南部,陕南汉江平原、关中平原及陕北延安、榆林等地为干旱较低、低风险区。     

PDSI及sc_PDSI干旱指数在中国西南地区适用性分析

西南地区是中国干旱灾害频发地区,且在全球变暖背景下,干旱发生的频率和程度都有所增加,对农业生产和水资源安全造成威胁。帕默尔干旱强度指数（PDSI,Palmer Drought Severity Index）及在其基础上发展而来的自适应帕默尔干旱强度指数（sc_PDSI,self-calibrating Palmer Drought Severity Index）作为较成熟的干旱监测指标已得到广泛应用。本文利用土壤可含水量（AWC,Available Water Holding Capacity）地理空间模型中土种与AWC的对应关系,反演出西南地区更高分辨率的AWC分布,并采用中国西南70站温度月均值、月累积降水数据,分别计算了PDSI指数及sc_PDSI指数,进而比较分析两种指数的时间变化特征及统计分布性质,探讨二者在西南地区对干旱监测的适用性。结果表明：（1）PDSI与sc_PDSI均反映了西南地区在1965—2010年变干的趋势,但PDSI时间序列振动幅度更大;（2）PDSI的频率分布出现“翘尾”现象,监测到的极端干旱/湿润事件的发生频率高于严重干旱/湿润事件,而sc_PDSI的频率分布则更接近于正态分布;（3）两种指数对2009/2010年西南地区干旱事件的监测结果表明,sc_PDSI对干旱落区和干旱级别的监测均一定程度上优于PDSI,与土壤湿度结果更为接近,而PDSI更易对旱情估计过重;（4）虽然整体上sc_PDSI对PDSI具有一定的调整作用及一定的优越性,但在个别区域（如热带季风气候）并没有体现出调整效果,应用时应当考虑区域因素。     

西南地区干旱的变化特征及其与大气环流的关系

选用1962—2017年（10月~次年5月）西南地区（四川、贵州、云南和重庆市）90 个地面气象观测台站的逐日降水和日平均气温实测气象要素资料,运用综合气象干旱指数[WTBX](CI)[WTBZ]统计出西南地区累计干旱日数和频次，并分析两者近56 a来的时空变化特征，再挑选其高、低值年进行大气环流形势讨论，最后制作差值图（均为高值年减低值年）与相关场构造的图进行比较。研究结果表明：累计干旱日数和频次均呈逐渐降低的趋势；两者的年代距平在20世纪60年代~80年代同为正，而在20世纪90年代同为负，其后21世纪初两者距平则相反；累计干旱日数具有5 a和9 a的年际周期变化，12 a的年代际周期，干旱频次具有8 a左右的年际周期和20 a的年代际周期；两者均在四川西部地区和云南中北部为大值中心，云南西部、重庆和贵州中东部为小值中心；高、中和低层的环流形势也缺少水汽和系统抬升等配置关系。     

基于改进3SFCA的乡村地区公共医疗设施空间可达性与公平性评价——以海口市为例

公共医疗设施配置合理与否影响城乡居民健康和福祉,科学客观测算乡村地区公共医疗设施公平可达性具有重要意义。乡村地区人口规模较小且分散居住,居民就医行为有别于城市居民,2SFCA或3SFCA方法难以客观揭示乡村地区人口分布规律和就医出行特征,导致评估乡村地区医疗设施可达性时效果不佳。论文根据海口市乡村居民就医出行规律选择距离衰减函数,格网化研究区形成人口需求点,考虑不同等级医疗机构对居民就医的吸引,改进了3SFCA算法,建立乡村地区公共医疗设施可达性与空间公平性评估方法体系,并以海口市为案例进行实证分析。结果表明：① 基于改进3SFCA法建立的可达性评价模型可以获得更精准客观的评价结果;② 海口市乡村地区公共医疗设施可达性整体较差且空间分异明显,高值区分布在东部的三江、云龙及甲子镇,低值区主要集中在研究区西部;③ 海口市乡村地区公共医疗设施配置的公平性不佳,少量的高和较高公平等级区域均位于中低人口密度区,而低和极低公平等级区域覆盖了广大的高人口密度区,医疗资源配置的公平性亟需改善。