改进型温度植被干旱指数在云南旱季遥感干旱监测中的适用性研究

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干旱是世界上分布面积最广、危害最严重、并且造成经济损失最大的自然灾害之一。在当前全球变暖的气候背景下,我国受旱灾影响的面积呈现出不断上升的趋势。云南历史上曾多次发生严重的干旱灾害,特别是2009-2013年遭遇了全省性特大的连续性旱灾,对当地的农业生产和人民生活造成了严重的影响。遥感技术以其信息量大、获取速度快、覆盖范围广、受人力物力限制小等优点,已逐渐成为当前干旱监测的重要数据来源和技术手段。通过遥感方法及时地获取干旱地区准确、全面的相关信息,开展干旱的监测、评估分析与预警,可以为各级政府及相关部门提供决策依据。  本文利用2000年11月-2013年4月NASA(美国国家航空航天局)提供的MODIS(中分辨率成像光谱仪)1 km×1 km分辨率的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)数据,在探讨其参数化关系的基础上,根据地表土壤和植物的蒸散情况对其进行了创新性改进,构建出一种更符合NDVI-LST散点实际分布情况的新型抛物线形特征空间。据此得到改进型温度植被干旱指数(iTVDI)与对应气象站点的土壤相对湿度实测数据进行比较分析、验证后,在讨论iTVDI在云南旱季干旱监测中的适用性基础上,得到了云南省2000-2013年旱季的干旱等级及时空分布情况,并进一步分析了云南严重干旱的形成原因。得出以下结论:  1、归一化植被指数(NDVI)与陆地地表温度(LST)之间存在着显著的负相关关系,而NDVI和LST结合在一起能够提供更为丰富的关于地表植被和水分状况的重要信息,新构建出来的抛物线形特征空间比以往的线性结构在拟合度上有了大幅度提高。  2、与经典的温度植被干旱指数(TVDI)相比,iTVDI与气象台站实测的土壤相对湿度之间具有更好的相关性,并且发现它在地表温度的最大值和最小值之差较大和较小、植被覆盖度极高和极低的地区可能并不完全适用,而更适用于部分植被覆盖条件下的干旱监测。  3、从云南省干旱的逐月分布情况来看,每年的11月雨季刚刚结束,为干旱的初发期,全省只有极少数地区处于严重干旱状态;12月的干旱程度略微加深,但总体变化不大;进入1月份以后,干旱的程度开始加深,严重干旱的范围开始扩大;2月份的干旱情况有着明显的加重,中等及严重干旱的范围明显扩大;3月份则是干旱情况最为严重的时期,中等及严重干旱的区域遍布云南省的南部及中东部地区;4月以后云南的干旱程度开始减轻。  4、从干旱的整体分布情况来看,宾川、鹤庆、永仁、元谋、东川、建水、开远、丘北、砚山等地区在整个旱季期间基本都处于中等、严重干旱等级,可以视为干旱的易发区及多发区,对干旱较为敏感。而滇西北地区则常年处于湿润或者正常的状态,基本没有发生干旱情况。  5、通过分析大气环流分布,发现中高纬度地区大陆上空大气环流场的异常对云南省旱季的干旱情况有显著影响。出现严重干旱年份的异常风场表现为较强的异常风场,风向单一,无异常辐合趋势。其中正异常年前期,云南上空被来自北方的异常干冷空气控制,导致孟加拉湾及南海上空水汽输送受阻,从而导致降水偏少,发生严重干旱。而严重干旱年份的同期,云南地区为异常西风,冷空气条件不足,并且云南地区上空表现为显著的下沉气流,即云南上空动力条件不利于降水,因此导致正异常年同期云南降水偏少,干旱情况较为严重。而干旱较轻年份的异常风场多表现为异常辐合趋势,冷空气与水汽条件均表现较好,其中干旱较轻年份的前期,我国南海的异常暖湿气流给云南带来充足的水汽条件,并与北方异常干冷空气汇集,从而导致云南旱季前期降水偏多;在干旱较轻年份的同期,来自孟加拉湾和南海的异常气流在云南地区上空汇合,为云南地区降水提供了充足的水汽,且云南上空表现为显著的上升气流,满足降水的动力条件,致使降水量偏多,干旱程度偏轻。
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