WnOeeCndieeandoySonedoenddTeoednonyynddEondnmy 2226年4月Ape0，2021 doi：10.3966/j.issn.1006-7675.2226.04.067
农业干旱变化特征
赵丽萍
(山东省临沂市兰陵县会宝岭水库管理处，山东兰陵277712)
［摘要］采用NDVI值、地表温度数据和气象站采集的降雨数据，分别计算植被状态指数、温度条件指数和归一化降水指数，将该3种指数相结合并形成归一化旱情综合指数，通过该指数来评估海河流域农业干旱在年际、季节和生长季的时空演变特征。 ［关键词］遥感数据；农业干旱；海河流域
［中图分类号］S423［文献标识码］A［文章编号］1006-765(2021)04-0077-06 Change Characteristict of Agricelturai Draught in Haihr Rivea Basin Buser on MuUl Source Remoi Sensing Dati
ZHAO L-—ping
(Saandong Province Liny-City Lanling Conrdy HuiPaoling Reserve--Management Office,Lanling 977717,Saandong,China)
Abstract:This panes uses the NDVI value,ihe suWaco temperature data and mdeorolopical rainfall data from tOe weetOen station and state ot veyetation index,temperature and nownalizeh precipitation indee are colcalateh respectively-and combining tOe tOree kinds of indee and composite index,now malizeh dmnaht measure of HaiPe Wven basin by tOe index of aaWchltural dmnaht in anneal；seasonal and spatial and temporal evelution of tOe growing season.
Key wodt：remote sensing data;aancaltural dmnahi;HaiPe aven basin
1研究区概况
海河流域是山东省最大的河流之一。海河流域包括海河、滦河和徒骇马颊河。海河流域水资源呈扇形分布，水资源总量较少，降水时空分布不均匀。流域总面积36.8xl02km9，人均水资源占有量276m5，仅为全国平均水平的6%o海河流域耕地灌溉面积常年大于7.0x109hm2，节水灌溉方式趋于多样化。近年来，在人口规模、经济社会发展压力和气候的影响下，海河流域水资源衰减问题十分突出。同时，水资源短缺、水环境污染和水生态恶化等问题，直接影响农业水资源的利用。见图6o
［收稿日期］7020-10-13
［作者简介］赵丽萍(677-)，女，山东兰陵人，工程师，从事水资源调度与农业干旱变化特征研究工作.
——77—
Watvo Couservegcy Scieocc and Techoolooy and Ecooomy
2021年4月
Apo ,2021
图1
2数据资料与研究方法
2. 1 TRMM
本文采取2000 - 202年TRMM 3B43数据， 数据集来自于NASA 的热
，空间
分
0.25。，时间分
月尺度。 ，许
多学 表明TRMM 数据集适
国众多流域，并且在干旱评估方面也取 好的效海河流 图
果⑴，但对于TRMM 数据在海河流域的适用性分
析较少。因此，选取2000 -202 年TRMM 3B43
V7降水数据集，与流域内2个气象站点的降水
量数据在年和月时 度 行精度 。
降水量的规律见图2o 气象站点年降水量与 TRMM 年降水量的相关性为0.31；月降水
二者的 性为0. 91，相关性较高,TRMM 3B43
数据 适
流域。
y=0.9603x+2.5204R=0.91
O O O O O O O O O
45403530252015105日左*系進
O O O O O O O O O
10C OOC 90807060504030 1 1日定*系t l <；哑吿
*f
y=0.959x+30.9510
R=0.81
400 500
600
700
800
900
1000
TRMM 3B43年降水量/mm
200 -------------l
200 300
图2基于TRMM 3B43数据的海河流域年值降水
平的时间变
程见图3o
流域降
水
体下降的 ，2年 下降15.31 mm ；在202年降水量达到最小值为
337.51 mm 。2000 -202年，海河流域年均降水 量为547. 15 mm，在2003年降水量达到777. 53 mm ,
超出平 的42.15%。根据
表明，该年海流域 重的洪 害。2011和2013
年，降水量距平分别为2. 99%和16%，而2012
年降水 平为-9.5%，海河流域
时间气象站点与TRMM 降水量散点图
分布不均匀，易造成旱涝灾害。
2.2 MODIS
本文选取MODIS 11A2的地表温度数据 (Land Sudacc Temperature , LST )和 MODIS 13A2
的归一化植被指数(Normdized Differential Veyc-
tadoo Index,NDVI)作为基础遥感数据，提取2000 -2019年。地表温度的采集时
2天一个周
期，为消除云层和 的 ，采用最 成
LST 和NDV)合成月数据2。两种数据空
分 1km 。
— 75
—
赵丽萍：基于多源遥感数据的海河流域农业干旱变化特征第4期图3基于TRMM数据的海河流域降水量年值及其距平变化过程
(a)降水量年值(b)降水量年值距平
2.8研究方法
2.3.1植被状态指数
近些年来，归一化植被指数(Norm/ized Dif-ferehtiat V6X61:31:101Index,ND V S)不仅用来反映植被的状况2多学干旱评估方面[]。天气的变，排除ND-VI空间变的，Koo/i(190)提出了植被状态指数，其计算公式如下⑶：
二NDV—ND叽y
e NDVI mx—NDVI me
xl00%
式中：C/j是/时的植被状态指数・,NDVI、为/时的归数；NDV mx和ND V me分别为多年第i个时期NDVm的最大值和最小值。
2.3.2温度条件指数
造成地表干旱的最重要因素就是地表的温度，地表温度越高，作水分胁迫产干旱。温度升高后，植物的蒸腾作，地表感热通量增加，导致温度继续升高。基 个原理,Kooad(195)提出了温度数的定义，其计算公式如下⑷：一化旱情综合指数(ScoCh Dmnght Coadidoa Index,SDCS)[]，计算公式如下：
SDcm=0.25x vcm+0.25x Tcm+0.5Pcm
p Cm=TRMM-TRMM me
-TRMM m/-TRMM me
本文计的TRMM数据为3个月时间尺度的TRMM数据。TRMM水速率，单位为mm/h；TRMM m/和TR
MM m m分别为降水】最大值和最小值。权重的自于Rhee的研究，选取在湿和干旱好评估效果的一组权重进行计算和分析。SDC)的旱；级分布见表1
表1SDCI旱涝等级分布表
干旱等级SDCI值
异常干旱0〜0.3
极度干旱0.3〜0.2
重度干旱0.2-0.8
中度干旱0.3〜0.4
轻度干旱0.4-0.8
正常0.8-1
TCI e二
LSSm/—LSS)
LSTmx-LST
xl00%3研究结果
式中:TCm为日期/的温度条件指数；；ST「期j的地表温度；LT m/X和LT me分别为多年第i个时期LST的最大值和最小值。
Tcm强调了温度与作物生长的关系，即高温对作利。当水分缺乏伴随着高温I 时2确定由于热导致作物健康的微小变。
2.3.3归一化旱情综合指数
Rhee(2010)提出基于VI、LST和TRMM数据进行计算，从而得到适用于干旱区和湿润区的归3.1基于植被状态指数的时空演变特征
3.1.1年际变化
提取海河流域2000-2016年的归一化植被指数NDV)，并计状态指数(Veyem/oa Coadidoa Tdex,VC))。年际变化见图4。
在21-初，我国开始行退林策，海河流域也着手实行，大部分地区开始制定封山育林政策、修建生态恢复工程。工程的原本由作覆盖的坡、旱地丘陵区和中低覆盖度林’草
—79
—
水利科技与经济
Wates Copserveocy Scieecc and Techoolovy and Ecopomy
第27卷第4期2021年4月
Vol. 27 No. 0Apn ,2021
地所代替。林地和草地较为茂密，植被覆盖度 大。因林木 期较短尚未成林，所以在2000年VCI/
；2001年
初见成效，整体有所好转，所以"C 值由2000年的6. 96跃
升到2001年的30；在2002年达到43. 76o KC 年
的 个原
由于在
2000年
作物产量持续增加。
年份
(a)均值
年份
(b )最小值
海河流域FCJ 均值和最小值时间变化
图43. 6 2季节变化统计分析2000 -2016年海河流域不同季节 的"C 值年际变化过程，结果见图5o 由图5中
知，海河流域 FC/。夏
最大2 和春季，冬
最力、。
1) 春季：平均每10年上升6. 82且相关系 数达到0. 63。FC/值在2000和2011年取得最小
值，分别为14.53和28.24。这是因为退耕还林、 封山育林等工程还未明显见效，在2002年VC/值
62.87，之后维持在一定
。在
2011年“C 值为39.21，这可能是由于在2011年 海河流域发 春旱，使粮食产量有所下降，从而"C 值的明显下降。
2) 夏季：平
10年上升24. 71且相关系
数达到9 87。在2010 - 2016年间，夏季“C 值
，海河流域降雨量主要集中在6-7月
—80 —
份，降雨量的多少直接影响植被和作物生长，从
FC/的年际变化。206年
流域
降水
389. 72 mm，降水
平为-28. 5，降
水量的 制 和作物的
，
导致VCI
度 下 。
3).：平均每6年上升6. 82且相关系
数达到0. 77。2005年FC/值为39. 86 ，小于2004 年的46 72和2006年的55.62。这可能是由于
在2005年6-10月份
流域发 事件,
洪涝灾害的影响导致VC/值的下降。2008年VCI 值为45.31，明显小于2007年的52. 71和2009年
的54. 37，且2008年海河流域降水量为⑷.7 mm ,
水 平为-6.71。降水量的 导致
业干旱的发生，从而导致VC/值的
。在
2012年发生同样情况，2012年降水量距平为
-9.76降水量的过多
制农作物
。
赵丽萍：基于多源遥感数据的海河流域农业干旱变化特征
第4期
)春季
y=1.4049x+39.362R=0.66
y=1.7817x+33.376R=0.63
尸2.4905x+28.804K=0.87
尸 1.882x+32.437R=0.77
OiZE 寸 S9L006OIZE 寸 S9
ooooooooooooooooo
oiem 寸 s9 卜 006O1ZE 寸 s9I-H
OOOOOOOOOOOOOOOOO zzzzezzzzzezzzzze
OiZE 寸 S9 卜 OO6O1ZE 寸 S9vH vH
OOOOOOOOOOOOOOOOO
zzezzzzzzzzzzzzzz
100
908070、60g 50
403020100
oicne 寸 sgLooGOieE 寸 59C^b ■rH
OOOOOOOOOOOOOOOOO
zzezzzzzzzzzzzzzz
海河流域2000 -2015年VC/值季节变化过程
100908070 、60 壬50
40302010 0
100908070 门60 三5040302010 0
(b)夏季
1009080706050403020100
(c)秋季
(d)冬季
图54)冬季：平均每2年上升2. 09且相关系 数达到0.66。VC 值在32. 5〜64. 45之间波动，
由
流域在每年2月份至次年9月份
的 2 流域 VC 值与
VCA
。2007 年 VCA 值为
37. 74，而2007年夏粮产
，可能是由于
产量的 VC 值的变化。3.2基于温度条件指数的时空演变特征从时间分 ，TC/多年势2 数
0.67，范围在36. 53〜72.2之
间波动，最大值在202年，最小值在2002年。
TC 最 在5. 2〜24.7.
，
最 在
202年，最小值在2013年，且最 多年上
2 数 0.96；温度高
作物产 成一定 。TC 最 在65. 09〜 96.27之间波动，最大值在202年，最小值在2002 年， 且
多 年
，
数
0.93。从TC 值变 ，流域最值、最
、最
多年 ，表明
流域地表温度逐年升高2 业干旱有
。
见图6o
图6 海河流域2000 -20173.3基于归一化旱情综合指数的时空演变特征 在图7中，SDC/年值在0.31〜0.552之间，在2000年取得最 ，发生中度干旱事件；在年TC 最值和均值时间变化
2003年取得最 ，无干旱事件发生/除2003年
外,2 在0.0左右
。SDCI 年最大值在
0. 497〜0. 696之间，分别在2004和2003年取得
—51
—
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