植被状况指数的改进及在西北干旱监测中的应用

干旱是全球分布最广、发生频率最高、持续时间最长、影响范围最大、造成的经济损失最为严重的一种自然灾害，干旱也是所有自然灾害中影响因子最为复杂、人类了解最少、监测最为困难的一种自然灾害，干旱监测是世界性的难题。干旱可以发生在任何气候带上，但干旱、半干旱地区是全球干旱灾害发生最频繁的地区。干旱发生特征和规律因地区的不同会有很大的差异，不同地区对干旱监测方法不同。目前，世界各国干旱监测主要利用基于气象、水文、农业和卫星遥感等观测资料建立的各种干旱指数开展，已经有150多种干旱指数。植被状况指数VCI是应用最为广泛的一种卫星监测干旱的指数，研究和业务应用结果表明，VCI对全球各地的干旱均有较好的反映，已经应用在美国国家大气海洋局（NOAA）日常干旱监测业务中，中国国家卫星气象中心干旱卫星遥感监测服务产品也是以VCI为基础。 我国干旱半干旱地区主要分布在新疆、甘肃、青海、陕西、宁夏以及内蒙古自治区的中西部，这里降水少且不稳定，降水变率大，是中国干旱发生频率最高的地区。干旱严重制约着当地经济发展和人类生活质量的提高，使本身非常脆弱的生态环境趋于恶化。为了了解条件植被指数VCI对西北地区不同气候区干旱的监测能力，以上述6省（区）为研究区，利用1982—2003年22年NDVI数据，计算了研究区域22年来逐月的VCI，对比分析了不同气候区VCI与降水距平的关系。结果表明，VCI在空间和时间上较好地反映了西北大部分气候干旱发生、发展和空间分布，是干旱监测的较好指标，但在干旱和极端干旱地区，VCI经常出现异常偏高现象，不能反映干旱气候区常年干旱的基本特点。通过对西北不同生态系统之间NDVI特点和各生态系统间NDVI年变化及其年际变化规律的研究，设计了VCI改进方案，提出了改进的条件植被指数RVCI。通过对22年来逐月RVCI与VCI的对比，RVCI客观地反映了干旱气候区常年干旱特点，较VCI有显著改进。      

气象干旱指数在河北省的适用性分析

基于河北省1974—2014年的气象观测和旱情资料,分析降水距平百分率PA、相对湿润指数M、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI这四种常用气象干旱指数在河北省的适用性。通过对比四种干旱指数与旱情资料、农作物产量等资料的一致性,结果表明：(1)从干旱事件分类的总体准确度来看,M指数最好,PA和SPEI指数监测效果次之。(2)四种干旱指数都能较好地监测河北省历年旱灾发生的空间范围,表现在四种指数的干旱站次比分别与旱灾受灾比和旱灾成灾比均有较强的相关性。(3)7月份SPEI和SPI指数均可较好地预报河北省雨养区(半干旱区)内的玉米产量。研究结论可为干旱防灾减灾及确保粮食生产安全提供理论依据。     

区域气象干旱评估分析模式

为应对全球范围内日益严重的干旱问题,对区域气象干旱相对完整的评估分析模式开展了探讨。提出了从区域气象干旱识别到干旱特征值计算,再到干旱特征多变量分析的3个分析评估步骤。并以渭河流域为例,对研究区域进行了矩形干旱评估单元划分,选取了RDI（Reconnaissance Drought Index）为评估指标对区域内各单元各时段的干旱状态进行了识别,结果与历史记载的干旱年份吻合较好。分别采用了分布拟合、相关系数和Copula函数等统计学方法对区域干旱的干旱特征值（干旱历时、干旱面积、干旱强度和干旱频率）进行了特征分析,得出了一系列的单变量、双变量及多变量特征分析对比结果。通过对各类分布函数的计算和绘图,得到了渭河流域干旱事件发生的条件概率和重现期,形成了一套相对完整的区域干旱评估分析模式。     

干旱监测与评价技术的发展及其科学挑战

由于气候变暖及人类活动加剧,干旱灾害对全球粮食、水资源和生态安全及人类可持续发展的威胁日益突出,对干旱决策服务和应急管理能力提出了严峻挑战,干旱监测预警、影响评估及应急管理等方面的技术水平亟待进一步提高.在系统总结以往研究成果基础上,阐述了对干旱气候、干旱和干旱灾害的科学认识,归纳了干旱气候、干旱和干旱灾害的成因及其主...     

青藏高原地区气象干旱研究进展与展望

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此,着眼于青藏高原的区域特点,对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析,系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果,揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征：干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部,高发时段为1980年代和2000年代;归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法：基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测;给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律：青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区,东北部、西南部和东南部是较高风险区;高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景,预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加;但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性,未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大;同时,提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题,并结合国际前沿...     

青岛市气象和水文干旱变化特征分析

利用青岛市气象和天然径流资料,借助极端降水指数、气象和水文干旱指数,采用回归分析、相关分析和ARCGIS空间分析等方法对该市气象和水文干旱的变化特征进行分析。主要结论为:(1)青岛市无雨日数明显增多,降水量则呈减少的趋势;最大连续无雨日数(pxcdd)和平均干旱期长度(pdsav)的上升在西部地区大于东部地区,而降水量(prcptot)的下降在东部地区大于西部地区。(2)气象干旱指数SPI和水文干旱指数SSI均表明青岛市干旱呈加剧特征;SSI所反映的旱涝发生频次少于SPI,但持续时间大于SPI,尤以1个月和3个月尺度更明显。(3)干旱指数与历史旱灾面积的相关性较好,其中水文干旱指数与成灾面积的相关性更强,而气象干旱指数与受灾面积的相关性更强。此外,由于干旱的累积效应,在降水并不十分稀缺的年份,造成的局部旱情亦十分严重。     

Palmer干旱指数在淮河流域的修正及应用

Palmer指数是目前研究区域干旱时应用最广泛的指数之一,但由于其空间适用性比较强,所以在应用已修正的Palmer指数描述淮河流域干旱等级和持续时间时和实际情况有较大差异,因此有必要做进一步订正。利用淮河流域开封、信阳、巢湖站1961—2009年逐日降水和气温等常规观测资料,根据1965年Palmer指数原理,在200...     

TRMM降水数据在气象干旱监测中的应用研究

针对热带降雨计划卫星(TRMM)的降水数据在气象干旱监测中还未有应用的现状,论文利用TRMM 3843降水数据产品,以2008年10月～2009年2月间我国北方冬麦区气象干旱为监测实例,采用降水距平百分率指数对干旱的空间演变过程进行了监测.监测结果显示:(1)累积降水距平百分率,由于充分考虑了前期降水的累积效应,其气象干旱监测结果与实际情况极为吻合.(2)在2008年10月～2009年2月期间,我国北方冬麦区气象干旱先后经历了一个不断加重到逐渐缓解的过程.其中,2009年1月份的干旱程度最高,干旱核心区主要分布在北京南部,天津、河北中南部,山西大部,陕西北部,山东西部,河南中北部,湖北北部以及安徽北部等广大区域;至2009年2月底,受多次有效降水过程的影响,我国北方冬麦区的抗旱压力则得到极大缓解.(3)TRMM降水数据较地面气象站点观测,具有较好的时空连续性,在全国性及区域性宏观气象干旱监测中具有较好的应用前景.     

卫星遥感信息系统在林火及干旱监测中的应用

根据几种投影方式的特点，再结合贵州地理位置，采用麦卡托投影方式来进行火灾检测，火灾自动监测系统能迅速找出火点位置并计算火面积，监测范围广，时效较常规地面监测手段提前1－3天。旱情的遥感监测基于土壤水分和植被状况，对于裸地卫星遥感重点是土壤的含水量，对于有植被覆盖的区域，遥感的重点是植被指数的变化以及植被冠层蒸腾状况的变化。从贵州的实际情况和地表条件，分别选用植被指数法、第四通道遥感下垫面温度法、植被供水指数法及热惯量方法来进行干旱监测。通过实例认为，气象卫星确实能大范围地对干旱进行宏观监测，其监测面积精度高，不仅可以迅速准确确定受灾面积，而且还可精确到县，在实际运用中可操作性很强，能为政府部门抓好防旱抗旱提供详细的数据参考，做好灾情预报和指导抗灾救灾工作服务。     

IMERG卫星降水数据在嘉陵江流域的干旱监测效用评估

针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化IMERG卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,并基于卫星降水数据采用标准化降水指数(SPI)对流域实行干旱监测。结果表明：1)根据分类指标与统计指标的计算结果,三种卫星降水数据中的IMERG-F能更准确地反映流域内的日降水量,与地面降水数据CC达0.737,整体高估地面降水2.6%,具有在干旱监测方面的应用潜力。2)三种卫星降水数据驱动的SPI指数在干旱监测方面存在一定的差异,IMERG-F驱动的SPI指数与地面降水数据驱动的SPI指数保持较高的一致性(CC>0.9),较近实时产品IMERG-F更能准确地呈现出流域的干湿特征。3)卫星识别降水与干旱监测的能力受地形地貌的影响,IMERG卫星降水数据在平原丘陵地带具有较好的适用性。     

The Modification of Palmer Drought Severity Index in the Research of Drought in Huaihe Area

Palmer指数是目前研究区域干旱时应用最广泛的指数之一,但由于其空间适用性比较强,所以在应用已修正的Palmer指数描述淮河流域干旱等级和持续时间时和实际情况有较大差异,因此有必要做进一步订正。利用淮河流域开封、信阳、巢湖站1961—2009年逐日降水和气温等常规观测资料,根据1965年Palmer指数原理,在2004、2006年几次修正的基础上对Palmer指数进行修正。淮河流域和美国Kansas、Iowa周边区域均属亚热带季风气候,但在用Palmer指数研究2个区域的旱涝时,其前期旱涝对后期的影响程度存在一定的差异,在淮河流域前期旱涝的影响要小些,因此,在修正Palmer指数过程中加入一个修正系数,用以改善其敏感度。结果表明,修正后的Palmer指数在反映淮河流域的干旱强度和持续时间等方面都得到了很好的改进,可以用于淮河流域干旱的监测和预警。     

IPCC AR4多模式对中国地区干旱变化的模拟及预估

使用中国地区温度、降水格点观测数据以及多模式集合平均数据,计算了帕尔默干旱指数(Palmer Drought Severity Index),评估了全球气候模式对中国地区1961—2000年干旱变化特征的模拟能力,预估了SRES A1B情景下在2011—2050年干旱的可能变化.结果表明:对于衡量干旱变化特征的干旱频率、持续时间、干旱面积等几个指标,整个中国地区区域平均的模拟值与观测值较为符合;模式能够模拟再现西北地区的干旱变化特征,模拟的干旱程度在华北地区偏弱、长江以南地区偏强.2011—2050年SRES A1B情景下,中国地区表现为持续的干旱化趋势;总体干旱面积和干旱频率持续增加,其中极度干旱的持续增加占主要作用.从EOF分析结果看,未来40a中国地区以整体干旱分布型为主.     

中国西北地区干旱气象灾害监测预警与减灾技术研究进展及其展望

干旱灾害是制约中国西北地区社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然灾害,而且随着气候变暖西北地区极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势,影响不断加重。"中国西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术研究"成果是在数十个国家级科研项目的支持下,经过过去20年的理论研究和应用技术开发所取得的一系列创新性成果。该成果对西北干旱形成机理及重大干旱事件发生、发展的规律取得了新认识,尤其是发现了形成西北干旱环流模态的4种主要物理途径;研制了西北干旱预测的新指标、干旱监测的新指数及监测农田蒸散的新设备,明显提高了干旱监测准确性和针对性;提出了山地云物理气象学新理论,研发了水源涵养型国家重点生态功能区——祁连山空中云水资源开发利用技术;发现了干旱半干旱区陆面水分输送和循环的新规律,揭示了绿洲自我维持的物理机制;认识了干旱气候变化对农业生态系统影响的新特征,建立了旱作农业对干旱灾害的响应关系;开发了旱区覆膜保墒、集雨补灌、垄沟栽培、适宜播期等应对气候变化的减灾技术,为西北实施种植制度、农业布局及结构调整和农业气候资源高效利用提供了科学方案。该成果的完成提升了中国干旱防灾减灾技术水平,培养了中国干旱气象科技队伍,推进了西北地区干旱气象业务服务能力,对西北地区社会经济发展、农业现代化和生态文明建设等方面起到了重要的促进作用。在此基础上,展望了西北地区干旱气象科学研究中迫切需要、有可能突破的主要领域。     

Research Progress and Prospect of Integrated Drought Monitoring Based on Multi-source Information

At present, drought monitoring has changed from single factor to multi-factor comprehensive direction. In order to better promote the development of comprehensive drought monitoring theory and related models, the conceptual connotation of comprehensive drought monitoring was comprehensively and systematically analyzed, and the construction methods of comprehensive drought monitoring model were sorted out, which were divided into fiveWater balance model method, linear model combination method, multi-variable joint distribution function method, principal component analysis method and multi-source information data mining method. Furthermore, in view of the current challenges and shortcomings of integrated drought monitoring, the direction of future development of integrated drought monitoring model was put forward, that is, at the theoretical level: The first is to study the internal mechanism of drought and its occurrence and development process, clarify the relationship among the factors affecting drought, and construct a comprehensive quantitative drought monitoring model integrating multiple factors; The second is to enhance the pertinence of drought monitoring model, develop suitable drought monitoring model according to different regions, underlying surface, growing season, etc.;The third is to construct the precision verification index system of comprehensive monitoring model for drought in view of the difficulty of model validation. At the technical level, the integration and fusion of drought-related multi-source information is studied to improve its comprehensive utilization level and provide abundant data support and technical support for drought monitoring.     

中国北方地区几种农业气象灾害指标研究综述

针对我国北方地区常见的几种农业气象灾害:干旱、低温冷害、霜冻和干热风,对其各类指标进行了归纳和描述。干旱指标是从监测、防御、经济损失评估、社会经济发展水平和科技进步5个方面来分别描述;冷害指标就目前常见的几类进行了简要介绍;霜冻指标多针对不同作物给出具体判别标准;干热风指标从气象、判别、危害和防御4个方面进行了描述。总结了不同指标的优缺点,同时也对这些灾害指标目前存在的问题和今后改进的方向提出了看法,为形成北方地区农业气象灾害指标体系奠定基础,同时为今后该地区各类农业气象灾害的监测、评估及防灾减灾工作提供参考与支撑。     

灰色理论在干旱预测中的应用

介绍灰色系统理论及其建模原理,利用沁河流域上游沁源气象站42年的实测降水量资料建立灰色预测GM(1,1)灾变模型,对干旱灾害进行预测,经残差、后验差检验等分析,模型精度较高平均达98.8%.并对实测资料进行检验,效果较理想,为沁河流域上游抗旱及供水提供必要的预测信息.