遥感监测在洞庭湖流域水稻秋旱监测中的应用

第一章绪论

1.1干旱概述
1.1.1干旱定义与分类
中国国家气象局认为干旱是水分收支不平衡而形成的持续的水分短缺；《中华人民共和国抗旱条例》中则把干旱定义为由于降雨减少或水利工程供水不足而引起的用水短缺的问题，并对人们的生活、生产和生态造成危害[3]。上述干旱的定义虽然在一定程度上反映了引起干旱的直接原因，但由于形成干旱的原因非常复杂，影响因素包括多方面如气象、水文、地貌、人类活动等，而且干旱的时空分布不均，加之相关学者的研究目的也不同，使干旱的定义很难满足各部门和各行业的需求。所以研究者将干旱进行不同类型的分类和重新定义，目前将干旱分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱的分类标准基本达成共识气象千旱是一段时间内，蒸发和降雨的收支不平衡，导致水分收入小于支出而出现水分短缺；农业干旱是在作物生长的关键时期，土壤水分不能满足作物的需水量，影响作物正常的生长发育，导致作物减产或绝收；水文干旱是因为降雨长期减少而使一段时间内的地表水或者地下水收支不平衡，从而造成水分短缺，导致地表水、水库蓄水、河流径流和湖水减少；社会经济干旱是自然与人类社会经济中水资源的供需不平衡造成的水分异常短缺?气象干旱出现迅速并且结束突然，农业干旱发生通常比气象千旱晚，这决定于表层土壤的前期蓄水量，水文干旱在气象干旱结束后仍然会持续较长的时间。另外，根据发生干旱的频率，干旱还可以分为因气候异常引起的常年性干旱和因气象因子（降雨少、气温高等）引起的季节性干旱。
1.1. 2研究目的和意义
干旱发生频率高、持续时间长、影响范围大、危害性大，是世界上最严重的自然灾害之一 从全球范围来看，据测算每年因千旱造成的经济损失高达60-80亿美元，远远超过了其它的气象灾害，且大部分损失是农业部门严重干旱主要发生在非洲、印度、中  国、北美洲和澳大利亚等世界近一半的国家[11]。近些年随着全球气候变暖，干旱发生的频率和影响范围在不断增加。联合国政府气候变化专门委员会（   Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在其系列评估报告中指出，在未来，干旱风险有增加的趋势预防和减轻干旱灾害已成为当今世界的重要课题之一，受到各国政府和相关学者的普遍关注[14]中国历来就是一个干旱灾害严重的国家。由于我国地处东亚季风气候区，季风气候明显，降雨量的季节波动和年际变化显著，空间分布不均匀，以及其他一些因素造成了我国干旱频繁发生。
自公元前206年-1949年2156年间，中国发生较大旱灾1056次，平均每2年1次；从1950-1990年的41年间，中国有11年发生了特大千旱，发生频率为27%;从1991年-2011年，其中21年间有7年发生了特大干旱，发生频率接近50%。中国又是人口最多的农业大国，农业自然灾害中旱灾造成的经济损失占各种自然灾害总损失的55%。据统计，全国每年旱灾粮食损失2600-3600万，占全国粮食总产量的6. 5%，损失超过一个农业大省如河北2380万的粮食总产量;每年农业旱灾直接经济损失800亿元-1000亿元，占农业总产值的。随着社会经济的发展和人口的增长，水资源短缺问题日益严重，在全球气候变暖的背景下，我国干旱灾害呈加重趋势20世纪50年代平均成灾面积为518X lO'hm', 60 年代为 799X 104h，70 年代增至 856X 104hm2，80 年代达 1129X104hm2，90年代高达1194X ICThrn2, 21世纪的前8年，成灾面积平均髙达1559. 5Xl(rhm2m]。尤其是近三年，我国每年均发生较大干旱，例如2009年春，干旱波及我国12个省份，河北南部、山西东南部、河南西南部等地达到特旱等级；2010年以来，以云南、贵州为中心的西南五省接连发生旱灾，此次干旱灾害为西南五省有气象记录以来最严重的气象干旱事件；2011年长江中下游春季大旱，使鄱阳湖、洞庭湖水面面积锐减，166, SOOhmM乍物绝收。
干旱灾害受到地理、气候等多种复杂因素的影响，具有复杂性、动态性、髙危害性及开放性等特征，目前我们还不能防止其发生，因此大面积、及时、准确地监测农业干旱信息，评估干旱发生的程度和等级，对于各级政府和领导及时了解旱情程度和分布，釆取积极有效的防旱、抗旱措施，科学地指导农业生产，最大限度地降低干旱造成的损失具有重要的指导意义。

    1.2 国内外农业干旱遥感监测研究现状 ....................12-17 
    1.3 研究总体设计 ....................17-20
        1.3.1 研究内容 ....................17-18
        1.3.2 研究方法 ....................18
        1.3.3 技术路线 ....................18-20
第二章 研究区概况 ....................20-24
    2.1 洞庭湖流域自然地理特征 ....................20-22
    2.2 洞庭湖流域农业干旱状况 ....................22-23
    2.3 洞庭湖流域水稻生产历史与现状 ....................23-24
第三章 数据及其处理 ....................24-31
    3.1 数据资料说明.................... 24-28
        3.1.1 MODIS数据 ....................24-27
        3.1.2 TRMM数据 ....................27-28
        3.1.3 其他数据资料 ....................28
    3.2 数据资料处理 ....................28-31
        3.2.1 数据预处理 ....................28-29
        3.2.2 DEM水文分析 ....................29-31
第四章 农业干旱遥感监测指数与监测模型 ....................31-37
    4.1 农业干旱遥感监测指数/因子 ....................31-33
        4.1.1 植被指数(VI) ....................31-32
        4.1.2 陆地表面温度(LST) ....................32
        4.1.3 月降雨量 ....................32-33
    4.2 农业干旱遥感监测模型 ....................33-37
        4.2.1 模型构建 ....................33-34
        4.2.2 模型的适用性论证和检验 ....................34-37
第五章 干旱状态指数模型及其应用 ....................37-51
    5.1 干旱状态指数模型(DCI) ....................37
    5.2 DCI模型在洞庭湖流域秋旱监测中的应用 ....................37-44
        5.2.1 洞庭湖流域秋旱遥感监测 ....................38-42
        5.2.2 洞庭湖流域秋旱遥感监测结果与分析 ....................42-44
    5.3 DCI模型在洞庭湖流域水稻秋旱监测中的应用研究 .............44-51
        5.3.1 洞庭湖流域水稻信息提取 ....................44-46
        5.3.2 洞庭湖流域水稻秋旱监测(2008～2010年) ..............46-49
        5.3.3 洞庭湖流域水稻秋旱监测结果及其分析 ...............49-51

结论

文中重点研究了基于南方湿润地区复杂的地形地貌，结合MODIS和TRMM数据，反演植被指数、陆地表面温度和降水数据的复合信息，并根据三者反映干旱信息的敏感程度不同，赋予不同的权重值，建立遥感干旱监测模型，应用于2008?2010年洞庭湖流域秋季干旱监测和水稻秋旱监测。本文选取并建立的干旱状态指数模型提高了干旱监测的实用性和可操作性。研究工作主要包括内容如下：
(1)利用ArcHydro数据模型，以ASTERGDEM为数据源，采用Arc HydroTools提取流域面积。最终获取洞庭湖流域的边界矢量图。
(2)釆用2000-2010年11年9月?11月的MODIS数据，综合运用植被指数（NDVI)和陆地表面温度（LST)以及TRMM3B43热带降雨数据的复合信息，建立了干旱状态指数（DCI)模型，并且对模型参数的权重以及分级指标进行了论证分析，提出了适用于南方区域的干旱遥感监测模型，对于推动南方湿润地区干旱监测的业务化运行具有重要意义。
(3)应用干旱状态指数(DCI)模型并结合GIS技术，监测洞庭湖流域秋旱，通过与综合气象干旱指数（CI)和统计资料及干旱调查结果对比分析，表明干旱状态指数遥感监测模型能准确反映洞庭湖流域干旱的空间变化特征。

参考文献

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