基于标准化红外指数的旱情时空变化特征研究 ——以陕西省为例

论文摘要

干旱是中国频繁发生的自然灾害之一,影响范围广、持续时间长,给粮食生产及人类生活带来严重威胁。陕西省地理位置处于中国西北内陆腹地,位于西北地区东部环境脆弱带上,自然灾害频繁发生。频发的干旱不利于粮食作物的生长,尤其是冬小麦、夏玉米的关键生育期春、夏季降雨稀缺,对该区域的粮食生产安全构成了较大威胁。因此,针对陕西省旱情发生状况进行干旱监测研究,准确掌握旱情发展状况,及时分析干旱时空变化特征对该地区的农业生产与经济发展具有重要意义。遥感监测技术因其具有实时性、动态性、高效性等多方面的优点而被广泛应用于旱情监测研究中。本文采用的研究方法主要有:相关分析、Mann-Kendall检验、Theil-Sen Median趋势分析及Hurst指数等方法,同时在研究过程中结合植被指数、实测土壤相对湿度、降水及农业受旱面积等数据分析了标准化植被指数（SVI）、标准化降水指数（SPI）和标准化红外指数（SII）在陕西省的区域适用性以及15a干旱的时间变化特征、空间分布特征及旱情的演变趋势。主要结论如下:（1）三种指数SVI、SPI和SII对陕西省的旱情监测结果与土壤相对湿度、降水数据以及受旱面积均具有一定的相关关系,但SII指数表征的干旱发生状况与实际旱情吻合度最高,说明利用SII进行旱情监测具备一定的有效性与可行性。（2）近15a来陕北、关中、陕南地区和陕西全省的年平均SII值总体上均呈现逐年上升趋势,分别以0.0826、0.0683、0.0565、0.0739的速率增加。各地区旱情波幅不同,陕南地区干旱变化幅度显著,关中地区干旱变化幅度微弱,陕北地区干旱变化幅度居于关中与陕南之间;利用M-K突变检测方法结合SII距平曲线确定4个地区SII值出现突变的年份:陕西省为2002、2008、2011年,陕北地区为2003、2008年,关中地区为2010、2014年,陕南地区为2006、2008、2012年,根据《全国近50年旱灾灾情统计》,以上存在突变年份均为旱情加重年。（3）通过近15a来陕北、关中、陕南地区和陕西全省年际、春、夏、秋、冬季5个时间尺度上干旱面积覆盖率的变化情况得出,不同地域、时间尺度上均有旱情发生,但各季节旱情出现强度略有差别,以春季旱情最为严重,夏季和秋季稍弱;在年际变化方面,各区域干旱面积覆盖率均以不同程度的速率减小,以2001～2005年干旱最为严重,2010年以来干旱状况有所缓解。（4）依据SII干旱等级标准对近15a陕北、关中、陕南地区和陕西全省的平均SII值进行旱情等级划分,可得出4个区域各干旱等级的空间分布特征。干旱、极干旱区域主要位于陕北地区北部、西北部区域,关中地区中部、东部区域,陕南地区为整个陕西省降雨量最为充沛的区域,唯北部与关中地区接壤部分处于干旱区域,整体较为湿润。由各干旱类型的出现频率统计情况来看,15a陕西省干旱发生频率从陕南、关中、到陕北逐渐增加,且陕北地区干旱、极干旱发生频率远高于关中及陕南地区。（5）将SII值的变化趋势与持续性信息耦合可知:陕西全省14.23%的区域干旱化趋势持续性显著增加,主要位于陕南地区汉中、安康及商洛市,关中地区宝鸡市西南部区域以及陕北地区延安市东南部小面积区域也有分布;55.74%的区域干旱化趋势持续性不变,主要位于关中地区咸阳、铜川市,陕北地区延安市大部分区域;11.89%的区域干旱化趋势持续性减弱,主要位于陕北地区榆林市,关中地区西安、渭南市,陕南地区商洛、汉中市也有少量分布,另外有18.14%的区域无法确定未来变化趋势。本研究从指数构建角度分析SII指数进行旱情监测的适宜性,分析了陕西省、陕北、关中及陕南地区不同季节、不同等级、不同时间尺度的干旱时空变化特征,并结合Sen氏斜率法、Mann-Kendall检验与Hurst指数等方法得出各区域旱情的演变趋势,该研究结果可对陕西省采取积极有效的防旱、抗旱应对策略具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 研究内容、拟解决的关键问题与研究目标
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 拟解决的关键问题
•     1.3.3 研究目标
•   1.4 技术路线
• 第2章 研究区概况与资料方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 地质与地貌特征
•     2.1.2 气候与水文特征
•     2.1.3 自然资源状况
•     2.1.4 自然灾害状况
•   2.2 研究资料
•     2.2.1 遥感数据获取及预处理
•     2.2.2 气象观测资料与统计数据
•     2.2.3 辅助数据资料
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 标准化红外指数
•     2.3.2 标准化降水指数
•     2.3.3 标准化植被指数
•     2.3.4 Sen氏斜率法、Mann-Kendall检验与Hurst指数
•     2.3.5 干旱面积覆盖率与干旱发生频率
• 第3章 三种干旱监测指数在陕西省的适用性比较
•   3.1 三种指数与土壤相对湿度的关系
•   3.2 三种指数与降水数据的关系
•   3.3 三种指数与旱灾记录实况对比
•   3.4 本章小结
• 第4章 陕西省旱情时空变化特征
•   4.1 年际旱情变化特征
•     4.1.1 SII指数年际变化及突变检验
•     4.1.2 历年旱情时间变化特征
•   4.2 季节性旱情变化特征
•     4.2.1 春季旱情时间变化特征
•     4.2.2 夏季旱情时间变化特征
•     4.2.3 秋季旱情时间变化特征
•     4.2.4 冬季旱情时间变化特征
•   4.3 干旱空间分布特征
•     4.3.1 陕北地区干旱空间分布特征
•     4.3.2 关中地区干旱空间分布特征
•     4.3.3 陕南地区干旱空间分布特征
•   4.4 不同等级干旱分布特征及发生频率
•     4.4.1 极端干旱空间分布特征
•     4.4.2 中度干旱空间分布特征
•     4.4.3 轻度干旱空间分布特征
•   4.5 本章小结
• 第5章 陕西省旱情时空演变趋势
•   5.1 旱情变化趋势分析
•     5.1.1 Sen氏斜率变化状况
•     5.1.2 Mann-Kendall检验结果
•   5.2 旱情变化持续性分析
•   5.3 本章小结
• 第6章 结论与讨论
•   6.1 研究结论
•   6.2 创新之处
•   6.3 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑发美

导师: 白建军

关键词: 旱情监测

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,农业基础科学,农业基础科学,植物保护

单位: 陕西师范大学

分类号: S423;S127

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000227

总页数: 91

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