随着全球气候变化和区域生态环境的变化,干旱已经成为地球上空间范围较广、持续时间较长、对社会经济和环境影响最严重的自然灾害之一。中国干旱灾害造成的经济损失占所有自然灾害的50%,是中国居于首位的自然灾害。华北地区不仅是中国的政治、经济和文化中心,又是中国重要的商品粮食生产基地,该区属于暖温带半干旱半湿润季风气候区,降水量时空分布不均,年际变化大,干旱发生频率位居全国之首。从20世纪80年代开始至今,华北地区干旱不断加剧,20世纪90年代后期以来更是连年出现旱灾,干旱已成为该地区粮食产量稳定上升的重要限制因素。因此,针对华北地区进行干旱监测研究,发展适宜的干旱监测模型,及时准确地分析干旱的时空变化特征及其影响因素,对该地区的农业生产和经济发展具有十分重要的意义。与传统观测手段相比,遥感干旱监测技术具有观测范围广、观测时间的连续性和获取信息量大等优点,已经成为当前干旱监测的重要手段。在系统分析回顾国内外遥感干旱监测的研究现状和方法的基础上,结合遥感数据和气象数据对CWSI(Crop Water Stress Index)、VSWI(Vegetation Supply Water Index)和TVDI(Temperature Vegetation Drought Index)三种干旱监测模型在华北地区的干旱监测适宜性进行了较为全面的对比分析,选择其中最适宜的CWSI模型对华北地区2001~2018年的干旱时空变化特征及其影响因素进行了全面的分析和探讨。主要结论如下:(1)2012年华北地区的CWSI、VSWI和TVDI对比分析表明,整体上CWSI在描述华北地区土壤水分空间分布与年内变化方面优于VSWI和TVDI。CWSI更加适合于监测华北地区生长季干旱状况。(2)近18年华北地区生长季CWSI的年际旱情监测结果表明,旱情整体上表现为轻度干旱,旱情呈明显的减缓趋势。2009~2010年为华北地区生长季干旱到湿润的转折点,在此前后,旱情由轻度干旱转为无旱,虽然旱情有所减轻,但部分地区旱情仍然较为严重。在生长季CWSI干旱指数的空间分布上,整体表现为东部小于西部、北部大于南部。对于不同行政区而言,生长季的实际旱情差异较大,阿拉善盟和乌海市的生长季旱情最为严重,表现为特大干旱;鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、包头市和乌兰察布市生长季旱情较为严重,表现为严重干旱;朔州市、呼和浩特市和锡林郭勒盟生长季旱情相对严重,表现为中度干旱,其余行政区旱情较小,表现为轻度干旱或无旱。(3)华北地区CWSI在生长季内变化呈现有规律的波动趋势,多年8d均值变化整体上呈双峰型曲线,峰值位于第113~120天和273~280天,干旱影响程度分别为严重干旱和轻度干旱,谷值位于第209~216天,表现为无旱。CWSI的生长季内变化特征共经历了3个阶段,每年的第161~168天是由干旱到湿润的转折点,第249~256天是由湿润到干旱的转折点,第281~288天是由干旱到湿润的转折点。生长季三个时期旱情大小整体表现为生长季前期>生长季后期>生长季中期,但不同地区存在较大的差异。(4)华北地区生长季的干旱稳定性、变分率和易旱区重心的变化分析表明,旱情大致由西南向东北稳定性逐渐降低。山西省、燕山山脉、内蒙古的草甸草原区与呼伦贝尔市除西北方向上的大部分区域生长季旱情变化均以改善为主,锡林浩特市-乌兰察布-大同-朔州为分界线的西北部地区、赤峰市的北部和河海平原的生长季旱情变化基本不变,生长季旱情年际变化呈恶化的区域仅占总面积的0.25%,表明近18年来华北地区旱情总体上向好的趋势发展,大部分地区旱情均发生了不同程度的缓解。近18年来华北地区生长季的易旱区重心有明显向西移动的趋势,有轻微向南移动的趋势,整体上向西南方向移动。(5)在影响华北地区生长季CWSI空间变化的因素中,土壤类型和植被类型是影响干旱空间变化差异的主导因素;气温和降水是影响干旱空间变化的重要因素;海拔、坡度、河流密度和城市距离,是影响干旱空间变化的次要因素;道路距离和人口密度单个因子对干旱空间变化的影响很小;干旱空间变化基本不受坡向和地均GDP的影响。虽然单个人口密度和地均GDP对旱情空间变化的影响较小,但它们与气温、降水、土壤类型和植被类型交互作用后将大幅度增加对干旱空间变化的影响力,表现为非线性增强的关系。各指示因子均有其适宜范围,在该范围内,不易发生干旱,气温为<12.69℃、降水为>380.84mm、海拔为200m1000m、坡度>25°、植被类型为沼泽植被、土壤类型为淋溶土和水成土、河流密度为1.62km/km2~4.32km/km2、城市距离为>383km。(6)在影响华北地区生长季CWSI时间(年际)变化的气候因素中,降水对旱情的影响强于气温,且生长季旱情对气温和降水均存在一定的滞后距离,旱情对气温有10个
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