基于TVDI和MPDI指数的淮河流域干旱时空变异规律研究

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干旱是一种世界性的自然灾害对经济、社会、环境具有重大影响。与其他灾害相比,干旱是典型的累积性灾害,持续时间长,常常在较大的范围发生,对工农业生产和居民的生活造成巨大的影响。淮河流域位于我国东部,地势以平原为主,是我国重要的农产品基地之一,干旱是制约该区域生产发展的主要限制因素,同时该区域也是典型的生态脆弱区,受极端干旱事件影响巨大。因此,运用实时、客观、动态的干旱监测方法,及时掌握区域干旱的时空分布规律,采取有效的抗旱措施,最大限度的降低干旱造成的损失具有重要的现实意义。本次研究查阅了国内外干旱遥感监测的相关资料,总结了干旱遥感反演的各种模型,选择淮河流域这一受极端干旱事件影响巨大的区域为研究对象。利用MODIS合成产品数据MOD11A2和MOD13A2提取归一化植被指数(NDVI)和陆地地表温度(Ts)构建温度植被干旱指数(TVDI);利用AMSR-E被动微波遥感数据构建微波极化差异(MPDI)干旱指数,进一步验证MPDI干旱指数在淮河流域的适用性。通过TVDI和MPDI指数与研究区内各站点实测土壤水分、标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)在时空上的比较和分析,对研究区2006-2010年的干旱进行长时间的动态遥感监测和评价。具体内容包括以下几个方面:(1)利用MODIS产品数据经投影变换软件MRT对图像进行处理,然后构建Ts-NDVI特征空间,并通过VC++6.0编程得到淮河流域.2006-2010年每16天的温度植被干旱指数(TVDI),利用TVDI值将土壤湿度分为5个等级,得到研究区2006-2010年的干旱等级空间分布图。从总体上看,研究区东部的淮阴、临沂等大部分时间都处于正常和湿润状况,而研究区中部和西部的宿县、阜阳、许昌、驻马店等大部分时间表现为干旱和极干旱状况。通过淮河流域内气象观测站2006年的土壤墒情数据和遥感反演的结果进行验证。结果表明,TVDI与实测土壤水分之间存在明显的负相关性,随着TVDI的增加,土壤湿度呈较明显的递减趋势。说明TVDI能反映研究区地表土壤的水分状况,作为干旱评价指标具有合理性。(2)利用AMSR-E垂直和水平极化方式下4个波段的被动微波遥感数据,通过公式计算得到研究区2006-2010年微波极化差异(MPDI)指数,并与气象站点获取的降水量数据、标准化降水指数以及AMSR-E土壤水分产品进行了时间上的比较和分析。结果表明,AMSR-E土壤水分产品与降水量、SPI相比较,在时间上的变化趋势相差很大。因此,AMSR-E土壤水分产品并不适用于淮河流域,而MPDI干旱指数与降水量、SPI的相关性更好。其中,MPDI干旱指数4个波段中的6.9Hz和10.7GHz更能充分反映淮河流域内各站点的干旱情况,进一步验证MPDI干旱指数更适用于淮河流域的干旱研究。(3)对比和分析2006—2010年淮河流域内7个气象站点TVDI和MPDI指数与实测土壤湿度和标准化降水指数(SPI)在时间上的变化关系,得到了2种干旱指数与各站点实测土壤湿度和SPI在时间上的曲线图。TVDI指数与实测土壤湿度总体呈负相关趋势,而MPDI指数与实测土壤湿度总体呈正相关趋势;TVDI指数与SPI值总体呈正相关趋势,而MPDI指数与SPI总体呈负相关趋势;从2种干旱指数的变化趋势可以发现,TVDI和MPDI指数在7个站点的变化趋势大体一致。这说明TVDI和MPDI指数在一定程度上可以准确反映出研究区域所发生的干旱情况。(4)对比和分析淮河流域2006—2010年12月、1月、2月上旬的TVDI和距平MPDI指数与实测土壤水分的空间分布状况,得到淮河流域2种干旱指数与实测土壤水分的空间序列图。从总体上看,TVDI和距平MPDI干旱指数在空间分布上的总体趋势基本一致,所反映的旱情空间分布与实测土壤含水量的旱情分布情况大致相同,尤其在淮河流域西部和西南部地区干旱分布的情况极为一致,其干旱范围的空间变化趋势都是从西部或西南部逐步向中部和东部地区扩大。但研究区部分区域均存在干旱程度的差异性,特别是干旱严重的区域差异较大。
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