旱情監(jiān)測(cè)方法及作用探究

摘要：河南省受季風(fēng)氣候影響較大，降水量時(shí)空分布也不均勻，導(dǎo)致干旱成為該省的主要自然災(zāi)害之一，給該省的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來很大的影響。因此需要實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、宏觀地對(duì)旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便能夠更好地為防旱、抗旱提供決策幫助。文章從干旱的形成原因著手，并針對(duì)目前比較常用的旱情監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：旱情監(jiān)測(cè)方法；干旱；土壤熱慣量；土壤波譜特征；蒸散模型；植被指數(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP79 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

干旱是一種水量相對(duì)虧缺的自然現(xiàn)象，相比于其他自然災(zāi)害來說，干旱具有明顯的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、波及范圍廣等特點(diǎn)。所謂的旱情監(jiān)測(cè)就是在確定了旱情監(jiān)測(cè)指標(biāo)的基礎(chǔ)之上，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的旱情資料來計(jì)算出當(dāng)前的旱情指標(biāo)值，并以此來客觀地評(píng)價(jià)旱情的強(qiáng)度和范圍。就目前情況而言，利用遙感技術(shù)來進(jìn)行旱情監(jiān)測(cè)已成為趨勢(shì)，其中在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上基于土壤熱慣量的旱情監(jiān)測(cè)方法、基于土壤波譜特征的旱情監(jiān)測(cè)方法、基于蒸散模型的旱情監(jiān)測(cè)方法、基于植被指數(shù)的旱情監(jiān)測(cè)方法已成為主要的旱情監(jiān)測(cè)方法，具體如下：

1 基于土壤熱慣量的旱情監(jiān)測(cè)方法和作用

土壤水分是地球水資源的重要組成部分，其在大氣水資源、地表水資源、地下水資源相互轉(zhuǎn)化的過程中起到了紐帶的作用，因此土壤水分進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)于旱情監(jiān)測(cè)有著重要意義。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)土壤水分的方法有重量法、中子儀法、張力計(jì)法和時(shí)域反射法等，這些監(jiān)測(cè)方法不僅需要大量的人力和物力，并且很難大范圍地獲取土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)資料，同時(shí)也不具有代表性。而土壤熱慣量是土壤阻止溫度變化能力的一個(gè)熱特性參數(shù)，它與土壤水分有著密切的關(guān)系，因此近年來，基于土壤熱慣量的方法已經(jīng)成為土壤水分和旱情監(jiān)測(cè)的主要方法。在我國，基于土壤熱慣量的旱情監(jiān)測(cè)方法是應(yīng)用比較早、研究比較廣的一種旱情監(jiān)測(cè)方法。在實(shí)際工作中，工作人員主要通過建立不同的熱慣量模型，利用大量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來建立熱慣量和水分之間的穩(wěn)定關(guān)系，從而使得該監(jiān)測(cè)方法在小范圍內(nèi)、單一土壤上精確的進(jìn)行旱情監(jiān)測(cè)。

但是，我們不能忽略的是基于土壤熱慣量的旱情監(jiān)測(cè)方法是有著一定的局限性的。首先，由于其是在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，因此受天氣的影響比較大，例如在多云的天氣中遙感數(shù)據(jù)的誤差比較大；其次，熱慣量計(jì)算通常需要計(jì)算溫度差，而在實(shí)際中，溫度受植被的影響比較大，這樣一來就很難獲得土壤表面溫度。因此，該監(jiān)測(cè)方法比較適用于裸土或者植被覆蓋較低的

區(qū)域。

2 基于土壤波譜特征的旱情監(jiān)測(cè)方法和作用

不同濕度的土壤在可見光、紅外光等方面表現(xiàn)出不同的波譜特征，這也就成為了利用光學(xué)或微波遙感對(duì)旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)的重要理論基礎(chǔ)。眾所周知，土壤水分的含量對(duì)于土壤的介電特性有著很大的影響，而微波對(duì)于土壤的濕度又是極為敏感的，因此通過建立土壤含水量和微波后向散射系數(shù)二者之間的關(guān)系就能夠達(dá)到對(duì)旱情進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前，微波遙感技術(shù)以其全天候、全天時(shí)的工作特征以及對(duì)植被、土壤有著一定的穿透能力已經(jīng)成為了最主要的旱情監(jiān)測(cè)方法。

從作用上來看，微波遙感旱情監(jiān)測(cè)方法的作用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是微波遙感能夠?qū)崟r(shí)、同步、大范圍的提供土壤水分含量信息，遙感圖像可以清晰的反映出遙感地區(qū)的干旱程度；二是微波遙感技術(shù)可以在空間范圍內(nèi)對(duì)多源、多時(shí)相的信息進(jìn)行組合、集成、提取等拓?fù)浞治?；三是利用遙感信息源，輔以其他的專題信息如專題圖件、統(tǒng)計(jì)資料等，即可有效地對(duì)土壤旱情進(jìn)行分區(qū)、分級(jí)、分類的進(jìn)行制圖，從而為防旱、抗旱等決策提供信息支持服務(wù)。此外，我們需要注意的是，微波遙感旱情監(jiān)測(cè)技術(shù)仍然有著不足之處。首先，利用微波遙感對(duì)旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其空間和時(shí)間分辨率難以和光學(xué)和紅外遙感相比，這是由微波成像機(jī)理所決定的；其次，微波遙感的后向散射系數(shù)受地表粗糙度和植被的影響很大，這也就使得如何降低或消除地表粗糙度和植被對(duì)微波的影響成為目前利用微波遙感來對(duì)旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)的主要研究方向。

3 基于蒸散模型的旱情監(jiān)測(cè)方法和作用

蒸散發(fā)是衡量一個(gè)地區(qū)水量是否平衡的重要依據(jù)，其不僅在水循環(huán)過程中有著極其重要的作用，更是生態(tài)過程和水文過程的重要紐帶。因此，通過建立蒸散模型來對(duì)區(qū)域內(nèi)水量的蒸散發(fā)是進(jìn)行旱情監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要手段。目前，SEBAL模型及其改進(jìn)版METRIC模型和SEBS模型已經(jīng)被成功地用于旱情監(jiān)測(cè)。其主要通過兩種方法來估算地表的蒸散量：一是使用遙感表明輻射溫度結(jié)合氣溫以及系列阻抗公式來求取顯熱，通過能力平衡余項(xiàng)表示蒸散；二是在P-M公式的基礎(chǔ)之上直接進(jìn)行蒸散計(jì)算。一般來說，前者的計(jì)算精準(zhǔn)度比較高，而后者則較為簡(jiǎn)單易用。目前第二種蒸散計(jì)算方法應(yīng)用比較廣泛，例如張長(zhǎng)春等人采用SEBS模型來對(duì)黃河三角洲區(qū)域的蒸散量進(jìn)行了估算，同時(shí)結(jié)合同時(shí)期該地區(qū)的降水量，從而確定了該地區(qū)的干旱程度。

相比于其他旱情監(jiān)測(cè)方法來說，基于蒸散模型的旱情監(jiān)測(cè)方法的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是該監(jiān)測(cè)方法能夠直觀地顯示出一個(gè)地區(qū)的水分收支狀況，工作人員可以根據(jù)該狀況結(jié)合降水量對(duì)該地區(qū)的旱情進(jìn)行正確的估測(cè)；二是該監(jiān)測(cè)方法具有較強(qiáng)的地域性，雖然說地域性從某個(gè)方面限制了該監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用范圍，使得該監(jiān)測(cè)方法只能應(yīng)用于局部地區(qū)，但從另一個(gè)角度來說，也使得該監(jiān)測(cè)方法具有很大的可操作性，簡(jiǎn)單易行，能夠給相關(guān)部門的旱情監(jiān)測(cè)帶來很大的便利，減少其工作量和人力物力的投入。

4 基于植被指數(shù)的旱情監(jiān)測(cè)方法和作用

植被的生長(zhǎng)和旱情的發(fā)展有著密切的聯(lián)系，因此相關(guān)的工作人員研究利用植被指數(shù)來對(duì)旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前已經(jīng)利用的植被指數(shù)主要有三種：植被狀態(tài)指數(shù)、綜合植被指數(shù)、植被水分指數(shù)。其中植被狀態(tài)指數(shù)指的是工作人員根據(jù)植被在缺水的情況下其生長(zhǎng)狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)的改變?cè)恚Y(jié)合天氣氣候中的“距平”概念，從而對(duì)植被覆蓋地區(qū)的旱情做出判斷。

不過由于除了干旱之外，洪澇、病蟲害等災(zāi)害都會(huì)對(duì)植被的生長(zhǎng)狀態(tài)造成一定的影響，因此利用植被生長(zhǎng)狀態(tài)來對(duì)旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有一定的局限性；而綜合植被指數(shù)是研究人員為了減少植被狀態(tài)指數(shù)局限性提出的一個(gè)概念，其包括植被供水指數(shù)、植被干旱指數(shù)等，其中利用植被供水指數(shù)和NDVI值構(gòu)建的植被綜合指數(shù)應(yīng)用比較廣泛，當(dāng)出現(xiàn)旱情時(shí)，植被的NDVI比值就會(huì)降低，而植被供水指數(shù)則會(huì)升高，植被供水指數(shù)越高則說明旱情越嚴(yán)重。此外，由于研究證明植被水分指數(shù)并不適用于植被覆蓋率較低的區(qū)域，因此在利用植被水分指數(shù)進(jìn)行旱情監(jiān)測(cè)時(shí)往往會(huì)盡量引入其他判斷以減少來自土壤的影響。

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作者簡(jiǎn)介：田莉（1982-），女，河南項(xiàng)城人，河南省周口水文水資源勘測(cè)局助理工程師，研究方向：水文監(jiān)測(cè)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）