基于多源數(shù)據(jù)的寧夏中部干旱帶干旱信息時(shí)空變化特征研究.pdf

1、干旱是全球氣候變化研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因旱災(zāi)造成的全球經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)60～80億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他災(zāi)害，而我國(guó)又是一個(gè)農(nóng)業(yè)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，其中以干旱造成的農(nóng)業(yè)災(zāi)害最為嚴(yán)重，平均每年受災(zāi)面積最高可達(dá)2200萬hm2。寧夏是中國(guó)受旱率和成災(zāi)率最高的省份之一，其中以中部干旱帶的干旱情況最為嚴(yán)重，持續(xù)嚴(yán)重干旱引起農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、土地荒漠化和生態(tài)環(huán)境惡化等嚴(yán)重問題，已成為該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大障礙。因此，研究寧夏中部干旱帶的干旱時(shí)空變化特

2、征，不僅可為當(dāng)?shù)卣姆篮悼篂?zāi)提供決策幫助，還可為該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。干旱監(jiān)測(cè)的手段主要有基于氣象資料傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段和基于遙感的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)手段，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)，而有機(jī)的結(jié)合兩種監(jiān)測(cè)手段會(huì)全面提升干旱時(shí)空信息的提取能力。為此，本研究利用寧夏中部干旱帶鹽池、中寧和同心三縣1960～2012年的逐月氣象資料，在計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)和帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)的基礎(chǔ)上，利用集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)、功率譜分析和重新標(biāo)度極差分

3、析等方法，對(duì)中部干旱帶近53 a來的干旱多尺度變化特征進(jìn)行研究。同時(shí)，利用2000～2014年中分辨率成像光譜儀(MODIS)獲取的逐月晝夜地表溫度差(△LST)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了△LST-NDVI特征空間，改進(jìn)溫度植被干旱指數(shù)(TVDI)模型，從時(shí)間和空間兩個(gè)維度上研究寧夏中部干旱帶近15a的干旱特征，研究取得如下幾點(diǎn)結(jié)論:
　　(I)寧夏中部干旱帶鹽池、中寧和同心3縣發(fā)生的干旱事件中，超過中旱以上的干旱事

4、件達(dá)到了總干旱次數(shù)的30％以上，三縣發(fā)生特大干旱的情況呈現(xiàn)相似的時(shí)間特征，干旱波動(dòng)周期的多尺度分解顯示，整個(gè)中部干旱帶的干旱事件存在著0.5 a尺度的輕旱、1a尺度的中旱、3a尺度的重旱和10a尺度的特旱這一發(fā)生發(fā)展規(guī)律;基于SPI的分析顯示，平均干旱強(qiáng)度的年際波動(dòng)周期特征中，有平均超過65％的貢獻(xiàn)來自于3.25～4 a左右的干旱周期波動(dòng)，而平均超過14％的貢獻(xiàn)來自于5.78～6.5 a左右的干旱周期波動(dòng);趨勢(shì)分析得出，寧夏中部干旱帶的

5、干旱趨勢(shì)總體處于增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，但不同季節(jié)的干旱強(qiáng)度態(tài)勢(shì)又表現(xiàn)出差異。平均干旱強(qiáng)度在增強(qiáng)，而極端干旱事件卻有減弱的趨勢(shì)。中部干旱帶年平均干旱強(qiáng)度的增強(qiáng)趨勢(shì)均具有長(zhǎng)程依賴性，即未來還將持續(xù)干旱。
　　(2)研究利用2000～2014年的逐月△LST與NDVI數(shù)據(jù)，構(gòu)建地表溫度與植被指數(shù)的二維特征空間，通過統(tǒng)計(jì)方法改進(jìn)溫度植被干旱指數(shù)模型的干濕邊擬合過程。首先通過統(tǒng)計(jì)方法判斷出NDVI在低值區(qū)時(shí)△LST存在的下“拖尾”現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上剔除“

6、拖尾”點(diǎn)并用擬合干邊方程。同時(shí)，使用箱線圖(Box-plot)統(tǒng)計(jì)方法來計(jì)算濕邊散點(diǎn)中的異常值，通過剔除異常值以消除數(shù)據(jù)對(duì)濕邊擬合的影響。研究對(duì)模型改進(jìn)前后產(chǎn)生的TVDI干旱監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)原始溫度植被干旱指數(shù)會(huì)高估旱情。
　　(3)對(duì)寧夏中部干旱帶近15a的TVDI進(jìn)行空間分析發(fā)現(xiàn)，雖然寧夏中部干旱帶干旱發(fā)生規(guī)律不定，但整體干旱強(qiáng)度都很高，其中以海原縣的西南部、沙坡頭區(qū)的北部、同心縣部分區(qū)域以及整個(gè)鹽池縣干旱情況最為嚴(yán)重