4種遙感干旱指數(shù)在內(nèi)蒙古東部干旱監(jiān)測(cè)中的對(duì)比研究

曲學(xué)斌,吳 昊,越 昆,劉朋濤,李翕然

(1.呼倫貝爾市氣象局,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008;2.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所/ 甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730020;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051;4.莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗氣象局,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 162850)

干旱與地球環(huán)境相伴而生,是全球分布范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的自然災(zāi)害[1]。內(nèi)蒙古地區(qū)是我國(guó)干旱重災(zāi)區(qū)之一,2004—2013年內(nèi)蒙古干旱災(zāi)害導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失占全區(qū)總氣象災(zāi)害損失的57%,受災(zāi)面積和受災(zāi)人口也均超過其他氣象災(zāi)害的總和[2]。國(guó)際上一般將干旱劃分為4類,即氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[3]。目前,氣象干旱的研究相對(duì)成熟,楊慶等[4]利用土壤濕度和徑流數(shù)據(jù)對(duì)7種氣象干旱指數(shù)在中國(guó)區(qū)域的適用性進(jìn)行了評(píng)估,并分析了各氣象干旱指數(shù)的區(qū)域監(jiān)測(cè)特點(diǎn)。廖要明等[5]利用氣象干旱綜合指數(shù)(meteorological drought composite index,MCI)分析了中國(guó)干旱時(shí)空特征。張強(qiáng)等[6]研究表明,氣象干旱與其他類型干旱之間存在傳遞過程,對(duì)于無灌溉設(shè)施的農(nóng)田或草地來說,降水減少會(huì)導(dǎo)致土壤水分減少,最終導(dǎo)致植物因缺水而萎蔫或死亡。遙感干旱指數(shù)屬于農(nóng)業(yè)干旱領(lǐng)域[7],是隨著遙感技術(shù)逐漸興起的一種“年輕”的干旱監(jiān)測(cè)手段[8],通過衛(wèi)星監(jiān)測(cè)將傳統(tǒng)“點(diǎn)”測(cè)量逐漸擴(kuò)展為“面”的信息,因其具有大范圍、高精度等優(yōu)勢(shì)而發(fā)展迅速。

目前較常用的遙感干旱指數(shù)有20余種,不同遙感干旱指數(shù)的監(jiān)測(cè)特點(diǎn)存在很大差異。王鶯等[9]對(duì)比了7種遙感干旱指數(shù)在2006年甘肅河?xùn)|地區(qū)干旱期間的監(jiān)測(cè)情況,并根據(jù)土壤相對(duì)濕度對(duì)各指數(shù)進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。李新堯等[10]分析遙感干旱指數(shù)在陜西的適用性,表明其在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)方面具有優(yōu)勢(shì)。目前,內(nèi)蒙古干旱監(jiān)測(cè)仍以氣象干旱指數(shù)為主,遙感干旱指數(shù)未得到廣泛應(yīng)用。同時(shí),現(xiàn)有遙感干旱指數(shù)適用性研究多針對(duì)農(nóng)田干旱,而草原干旱可借鑒的研究成果較少,遙感干旱指數(shù)在內(nèi)蒙古的適用性研究鮮有報(bào)道。采用2016和2017年4月下旬至9月下旬內(nèi)蒙古東部地區(qū)MODIS數(shù)據(jù),基于溫度狀態(tài)指數(shù)(temperature condition index,TCI)、植被狀態(tài)指數(shù)(vegetation condition index,VCI)、溫度植被干旱指數(shù)(temperature vegetation dryness index,TVDI)和植被供水指數(shù)(vegetation supply water index,VSWI)4種常用遙感干旱指數(shù),結(jié)合MCI和土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,以期為遙感干旱監(jiān)測(cè)技術(shù)在內(nèi)蒙古東部地區(qū)的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇內(nèi)蒙古東部呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、赤峰市、通遼市和興安盟5個(gè)市盟,其中呼倫貝爾市中部為大興安嶺林地,西部邊緣有少量耕地,其他區(qū)域均為草地。研究區(qū)草地自西向東可分為沙地草原、半荒漠草原、典型草原和草甸草原,植被覆蓋度依次增加[11]。研究區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫為4.3 ℃,自南向北依次遞減;年平均降水量為431.4 mm,自東向西依次遞減。

2016—2017年研究區(qū)連續(xù)2 a出現(xiàn)嚴(yán)重干旱。2016年春季,赤峰市北部、通遼市北部和興安盟南部地區(qū)有輕度氣象干旱,夏季受降水偏少、溫度偏高影響,氣象干旱迅速發(fā)展并擴(kuò)散至整個(gè)研究區(qū)。7—8月干旱成災(zāi),9月初隨著“獅子山”臺(tái)風(fēng)與中、高緯度系統(tǒng)共同影響形成大范圍降水后,旱情才得到緩解。2017年干旱從入春就開始成災(zāi),大部分地區(qū)的牧草難以返青,8月以后降水逐漸增多,旱情才得到緩解。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

MODIS數(shù)據(jù)通過美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)官網(wǎng)(https:∥www.nasa.gov/)免費(fèi)下載。歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)數(shù)據(jù)來源于MOD13Q1數(shù)據(jù),空間分辨率為250 m×250 m,時(shí)間分辨率為16 d,并將空間分辨率重采樣為1 km×1 km。陸面溫度(land surface temperature,LST)數(shù)據(jù)來源于MOD11A2產(chǎn)品,空間分辨率為1 km×1 km,時(shí)間分辨率為8 d,并將相鄰2期取平均值,時(shí)間分辨率處理為16 d。計(jì)算VCI和TCI所需的NDVI和LST多年極值選取時(shí)段均為2000—2017年。研究期為2016和2017年每年4月下旬至9月下旬,日序按16 d為1期統(tǒng)計(jì),即為第8～17期(表1)。

表1 MODIS遙感影像基本信息

Table 1 Basic information of MODIS remote sensing images

期數(shù)日期 84月22日—5月7日 95月8日—5月23日 105月24日—6月8日 116月9日—6月24日 126月25日—7月10日 137月11日—7月26日 147月27日—8月11日 158月12日—8月27日 168月28日—9月12日 179月13日—9月28日

計(jì)算MCI所需的氣溫和降水等氣象要素以及土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)分別來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局的48和40個(gè)站點(diǎn),并按16 d為1期取平均值。每個(gè)氣象站點(diǎn)的MCI為其周邊20 km緩沖區(qū)內(nèi)的平均值。計(jì)算得到研究期(共20期)內(nèi)各氣象站點(diǎn)遙感干旱指數(shù)、MCI和土壤相對(duì)濕度間的相關(guān)系數(shù),并利用反距離加權(quán)法進(jìn)行空間插值并制圖。

1.3 遙感干旱指數(shù)

1.3.1溫度狀態(tài)指數(shù)(TCI)

當(dāng)植被遭受水分脅迫時(shí),為減少蒸騰葉片氣孔關(guān)閉,進(jìn)而使植被冠層潛熱通量下降而感熱通量增加,LST隨之上升。KOGAN等[12]根據(jù)這一原理提出TCI,其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中,ITC為溫度狀態(tài)指數(shù);TLS,i為觀測(cè)期陸面溫度，℃;TLS,max和TLS,min分別為多年同期陸面高溫最大值和最小值,℃。TCI取值范圍為0～1,其值越小,表明植被干旱狀況越嚴(yán)重,反之則干旱狀況越輕。

1.3.2植被狀態(tài)指數(shù)(VCI)

NDVI是應(yīng)用最廣泛的植被指數(shù),隨著長(zhǎng)序列NDVI數(shù)據(jù)的積累,KOGAN等[13]提出利用比值消除因地理位置、氣候背景和生態(tài)類型不同而產(chǎn)生的NDVI區(qū)域性差異植被狀態(tài)指數(shù)VCI,其計(jì)算公式為

(2)

式(2)中,IVC為植被狀態(tài)指數(shù);INDV,i為觀測(cè)期NDVI;INDV,max和INDV,min分別為多年同期NDVI最大值和最小值。VCI取值范圍和變化規(guī)律與TCI一致。

1.3.3溫度植被干旱指數(shù)(TVDI)

SANDHOLT等[14]發(fā)現(xiàn)以某一區(qū)域、同一時(shí)期各柵格上的NDVI和LST分別作為x和y繪制在同一散點(diǎn)圖時(shí),能形成獨(dú)特的三角形關(guān)系,并基于該關(guān)系建立TVDI,其計(jì)算公式為

(3)

式(3)中,ITVD為溫度植被干旱指數(shù);a1、b1、a2和b2分別為干邊和濕邊回歸方程的系數(shù),干邊和濕邊由某一時(shí)刻同一NDVI對(duì)應(yīng)的地表溫度最高值和地表溫度最低值構(gòu)成。TVDI取值范圍為0～1,其值越大,表明植被干旱狀況越嚴(yán)重,反之則干旱狀況越輕。

1.3.4植被供水指數(shù)(VSWI)

CARLSON等[15]根據(jù)干旱發(fā)生時(shí)會(huì)同時(shí)造成葉片冠層氣溫升高和光合作用降低,提出VSWI,其計(jì)算公式為

IVSW=INDV，i/TLS，i。

(4)

式(4)中,IVSW為植被供水指數(shù)。VSWI值越小,表明植被干旱狀況越嚴(yán)重,反之則干旱狀況越輕。

1.4 氣象干旱綜合指數(shù)(MCI)

MCI是GB/T 20481—2017《氣象干旱等級(jí)》中推薦的氣象干旱指數(shù)之一[16],也是目前認(rèn)可度最高、應(yīng)用最廣泛的氣象干旱指數(shù)之一,其計(jì)算公式為

IMC=Ka(aWSPI，60+bIM，30+cISP，90+dISP，150)。

(5)

式(5)中,IMC為氣象干旱綜合指數(shù);WSPI，60為近60 d的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù);IM，30為近30 d的相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù);ISP，90和ISP，150分別為近90 d和近150 d的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù);a、b、c和d4個(gè)權(quán)重系數(shù)分別取0.3、0.5、0.3和0.2;Ka為季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù),在4—10月分別選取0.6、1.0、1.2、1.2、1.0、0.9和0.4。

2 結(jié)果與分析

2.1 遙感干旱指數(shù)間的相關(guān)性分析

遙感干旱指數(shù)間的相關(guān)性可以反映其對(duì)干旱描述的一致程度,研究期各站點(diǎn)4種遙感干旱指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)見圖1。TVDI與VSWI的相關(guān)性最好，它們都只與同時(shí)期的NDVI和LST有關(guān)。研究區(qū)VCI與TVDI的相關(guān)性最差。TCI與VCI、TCI與VSWI顯著相關(guān)的區(qū)域主要位于呼倫貝爾市西部、興安盟、通遼市、赤峰市西部和錫林郭勒盟西部(P<0.05),該區(qū)域以草甸草原和典型草原為主,草原植被覆蓋度處于中高等水平。TCI與TVDI、VCI與VSWI顯著相關(guān)的區(qū)域整體偏西，直至錫林郭勒盟西部的半荒漠草原和沙地草原(P<0.05)。

由于植物在生長(zhǎng)季不同階段受到水分脅迫后的表現(xiàn)不同,以不同時(shí)期為單位,統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)4種遙感干旱指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)(表2)。VCI與VSWI、VSWI與TVDI各期的相關(guān)性均達(dá)極顯著水平(P<0.01),而VCI與TVDI、TCI與TVDI在生長(zhǎng)季初期和末期的相關(guān)性較差,TCI與VCI、TCI與VSWI在生長(zhǎng)季初期的相關(guān)性較差。在生長(zhǎng)季中期的12～16期,所有遙感干旱指數(shù)間的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。這是因?yàn)樵谏L(zhǎng)季初期,受氣溫回升的年際差異或春季干旱影響,牧草返青時(shí)間并不一致,造成依據(jù)2000—2017年NDVI或LST極值計(jì)算的TCI和VCI與其他2種遙感干旱指數(shù)間存在明顯差異。當(dāng)牧草完成返青后至黃枯前,這種差異會(huì)減??；當(dāng)牧草黃枯時(shí),這種差異又重新出現(xiàn)。

TCI為溫度狀態(tài)指數(shù);VCI為植被狀態(tài)指數(shù);TVDI為溫度植被干旱指數(shù);VSWI為植被供水指數(shù)。

表2 研究區(qū)各遙感干旱指數(shù)在不同時(shí)期的相關(guān)系數(shù)

Table 2 The correlation coefficients of different remote sensing drought indices in the study area in different periods

指標(biāo)8期9期10期11期 12期 13期 14期 15期 16期 17期 TCI與VCI0.020.170.21?0.47??0.49??0.41??0.61??0.61??0.61??0.58?? TCI與VSWI0.010.040.080.160.35??0.23?0.35??0.40??0.44??0.31?? TCI與TVDI0.060.120.040.45??0.36??0.47??0.40??0.31??0.60??0.07 VCI與TVDI-0.16-0.40??-0.52??-0.57??-0.73??-0.54??-0.64??-0.46??-0.41??-0.11 VCI與VSWI0.31??0.56??0.63??0.71??0.78??0.78??0.75??0.60??0.59??0.46?? VSWI與TVDI-0.73??-0.76??-0.76??-0.74??-0.82??-0.80??-0.81??-0.63??-0.84??-0.80??

*表示P<0.05;**表示P<0.01。TCI為溫度狀態(tài)指數(shù);VCI為植被狀態(tài)指數(shù);TVDI為溫度植被干旱指數(shù);VSWI為植被供水指數(shù)。

2.2 遙感干旱指數(shù)與MCI的相關(guān)性分析

氣象干旱主要表示因某時(shí)段蒸發(fā)量和降水量的收支不平衡而導(dǎo)致的水分短缺現(xiàn)象,而遙感干旱指數(shù)側(cè)重于表示干旱對(duì)植物的影響。盡管兩者角度不同,但氣象干旱是導(dǎo)致其他干旱的基礎(chǔ),且不同干旱類型間存在傳遞規(guī)律,可利用較成熟的氣象干旱指數(shù)評(píng)估遙感干旱指數(shù)的監(jiān)測(cè)能力。

研究期各站點(diǎn)MCI與4種遙感干旱指數(shù)相關(guān)性的空間分布見圖2。研究區(qū)各站點(diǎn)MCI與同期TCI的平均相關(guān)系數(shù)(0.49)最高,顯著相關(guān)區(qū)域主要位于呼倫貝爾市西部、興安盟、通遼市、赤峰市和錫林郭勒盟東部(P<0.05)。各站點(diǎn)MCI與同期VCI的平均相關(guān)系數(shù)(0.44)也較高,顯著相關(guān)區(qū)域主要位于呼倫貝爾市西部、興安盟西部、通遼市、赤峰市北部和錫林郭勒盟(P<0.05)。結(jié)合研究區(qū)草地類型差異可知,TCI對(duì)中、高覆蓋度草原的干旱監(jiān)測(cè)與MCI一致性較高,而VCI對(duì)中、低覆蓋度草原的干旱監(jiān)測(cè)與MCI一致性較高。MCI與同期TVDI和VSWI的相關(guān)性偏低。

由于氣象干旱是其他類型干旱傳遞的起點(diǎn),因此其他類型干旱指數(shù)與氣象干旱指數(shù)間一般呈滯后相關(guān)性。如圖2所示,研究區(qū)各站點(diǎn)MCI與滯后1期VCI的平均相關(guān)系數(shù)(0.37)最高,顯著相關(guān)區(qū)域主要分布在呼倫貝爾市西部、興安盟北部、通遼市南部、錫林郭勒盟西部等地,而其他遙感干旱指數(shù)與MCI的相關(guān)性較差。這可能是因?yàn)闅庀蟾珊凳钦T發(fā)農(nóng)業(yè)干旱的前提,因此MCI對(duì)VCI監(jiān)測(cè)有一定早期預(yù)警能力。

研究區(qū)各時(shí)期各站點(diǎn)MCI與同期或滯后1期的4種遙感干旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)見表3。

MCI為氣象干旱綜合指數(shù);TCI為溫度狀態(tài)指數(shù);VCI為植被狀態(tài)指數(shù);TVDI為溫度植被干旱指數(shù);VSWI為植被供水指數(shù)。

表3 研究區(qū)MCI與同期及滯后1期遙感干旱指數(shù)在不同時(shí)期的相關(guān)性

Table 3 The correlation between MCI and drought index of remote sensing in the study area in different periods

類型指標(biāo)8期9期10期 11期 12期 13期 14期 15期 16期 17期 同期MCI與TCI0.060.45??0.26??0.63??0.65??0.38??0.38??0.45??0.47??0.35??MCI與VCI0.100.010.34??0.59??0.54??0.48??0.45??0.62??0.60??0.35??MCI與TVDI-0.61??-0.24??0.02-0.41??-0.37??-0.13-0.38??-0.17-0.23?-0.17MCI與VSWI0.33??0.28??0.20?0.32??0.39??0.23?0.150.31??0.33??0.38?? 滯后1期MCI與TCI0.38??0.030.41??0.61??0.31??0.110.030.49??0.37??MCI與VCI0.030.170.48??0.56??0.51??0.47??0.54??0.61??0.49??MCI與TVDI-0.37??-0.12-0.21?-0.39??-0.25?-0.24?-0.25?-0.20?-0.21?MCI與VSWI0.28??0.23?0.25?0.35??0.31??0.20?0.25?0.32??0.34??

*表示P<0.05;**表示P<0.01。MCI為氣象干旱綜合指數(shù);TCI為溫度狀態(tài)指數(shù);VCI為植被狀態(tài)指數(shù);TVDI為溫度植被干旱指數(shù);VSWI為植被供水指數(shù)。

如表3所示，同期比較時(shí),MCI與TCI和VCI的平均相關(guān)系數(shù)(0.41)最高;滯后1期比較時(shí),MCI與VCI的平均相關(guān)系數(shù)(0.43)最高。在生長(zhǎng)季初期,MCI與同期TCI和VCI的相關(guān)性較差,而在生長(zhǎng)季中、后期,均呈極顯著相關(guān)(P<0.01);MCI與同期VSWI相關(guān)性較好,僅在第14期相關(guān)不顯著(P>0.05);MCI與同期TVDI的相關(guān)性最差,在第10、13、15和17期相關(guān)不顯著(P>0.05)。MCI與滯后1期TCI的相關(guān)系數(shù)在第9、13和14期未達(dá)顯著水平(P>0.05);MCI與滯后1期VCI的相關(guān)性與同期VCI基本一致;MCI與滯后1期TVDI在第9期的相關(guān)系數(shù)未達(dá)顯著水平(P>0.05);而MCI與滯后1期VSWI的相關(guān)性均達(dá)到顯著及以上水平(P<0.05)。綜上可知,VSWI對(duì)MCI的響應(yīng)在全生長(zhǎng)季均較好;VCI在生長(zhǎng)季初期對(duì)MCI的響應(yīng)較差,但其在整個(gè)生長(zhǎng)季相關(guān)系數(shù)的平均值最高;TCI對(duì)MCI的響應(yīng)與VCI相似,但其滯后1期對(duì)MCI的響應(yīng)不如VCI;TVDI對(duì)MCI響應(yīng)的波動(dòng)較大,這可能是由于TVDI受LST-NDVI特征三角形的干、濕邊界,研究區(qū)面積和區(qū)域植被類型等因素影響,存在很大不確定性。

2.3 遙感干旱指數(shù)與土壤相對(duì)濕度的相關(guān)性分析

土壤水分缺失會(huì)體現(xiàn)在植被水分脅迫和長(zhǎng)勢(shì)上,因此土壤相對(duì)濕度與遙感干旱指數(shù)間關(guān)系密切。研究區(qū)各站點(diǎn)土壤相對(duì)濕度與4種遙感干旱指數(shù)相關(guān)性空間分布見圖3。10 cm土壤相對(duì)濕度與TCI的平均相關(guān)系數(shù)(0.33)最高,與VCI相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)的站點(diǎn)數(shù)(15)最多,與TVDI和VSWI的相關(guān)性相對(duì)較弱。10 cm土壤相對(duì)濕度與4種遙感干旱指數(shù)相關(guān)性較高的區(qū)域均主要位于呼倫貝爾市西部、興安盟南部、通遼市北部、赤峰市北部和錫林郭勒盟西部地區(qū)。50 cm土壤相對(duì)濕度與VCI和VSWI的相關(guān)性在興安盟南部、通遼市北部和赤峰市北部地區(qū)的部分站點(diǎn)達(dá)到顯著水平(P<0.05),與TCI和TVDI的相關(guān)性不明顯。

各時(shí)期研究區(qū)站點(diǎn)土壤相對(duì)濕度與4種遙感干旱指數(shù)的相關(guān)性見表4。

TCI為溫度狀態(tài)指數(shù);VCI為植被狀態(tài)指數(shù);TVDI為溫度植被干旱指數(shù);VSWI為植被供水指數(shù)。

表4 研究區(qū)土壤相對(duì)濕度與遙感干旱指數(shù)在不同時(shí)期的相關(guān)性

Table 4 Correlation between soil relative humidity and remote sensing drought index in the study area in different periods

指標(biāo)8期9期10期11期 12期 13期 14期 15期 16期 17期 10 cm土壤相對(duì)濕度與TCI0.010.130.180.30??0.45??0.30??0.34??0.67??0.27?0.36??10 cm土壤相對(duì)濕度與VCI0.39??0.110.27?0.35??0.39??0.35??0.55??0.70??0.52??0.25? 10 cm土壤相對(duì)濕度與TVDI-0.10-0.46??-0.33??-0.42??-0.41??-0.09-0.15-0.36??-0.28?-0.38??10 cm土壤相對(duì)濕度與VSWI0.30??0.36??0.24?0.24?0.26?0.160.28?0.58??0.50??0.51??50 cm土壤相對(duì)濕度與TCI0.070.040.050.110.33??0.26?0.210.45??0.42??0.33??50 cm土壤相對(duì)濕度與VCI0.24?0.10.25?0.140.36??0.26??0.40??0.53??0.46??0.18 50 cm土壤相對(duì)濕度與TVDI-0.17-0.25?-0.37??-0.23?-0.38??-0.15-0.32??-0.32??-0.26?-0.08 50 cm土壤相對(duì)濕度與VSWI0.070.160.210.150.25??0.150.30??0.44??0.35??0.32??

*表示P<0.05;**表示P<0.01。TCI為溫度狀態(tài)指數(shù);VCI為植被狀態(tài)指數(shù);TVDI為溫度植被干旱指數(shù);VSWI為植被供水指數(shù)。

如表4所示，10和50 cm土壤相對(duì)濕度均與VCI的平均相關(guān)系數(shù)最高,分別為0.39和0.29。土壤相對(duì)濕度與TCI和VCI的相關(guān)性在生長(zhǎng)季初期較差,而在生長(zhǎng)季中、后期較好;VSWI在生長(zhǎng)季前期與10 cm土壤相對(duì)濕度的相關(guān)性較好且較為穩(wěn)定。10 cm土壤相對(duì)濕度與4種遙感干旱指數(shù)的相關(guān)性明顯好于50 cm土壤相對(duì)濕度。由此可見,隨著土層深度增加,土壤相對(duì)濕度與植被干旱的相關(guān)性逐漸降低。

3 討論

干旱發(fā)生的根源是降水減少,但其最終能否成災(zāi)還與植被生育期、地形、水系和灌溉狀況等因素相關(guān),一個(gè)完整的干旱過程是由氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱等其他干旱類型不斷傳遞和發(fā)展的過程。因此干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)估工作也無法僅用1種指數(shù)或方法描述整個(gè)旱情,而應(yīng)從氣象干旱、土壤墑情、植被長(zhǎng)勢(shì)和徑流變化等多個(gè)角度進(jìn)行。

氣象干旱指數(shù)已經(jīng)日漸成熟,在干旱早期預(yù)警和監(jiān)測(cè)方面起到了重要作用,土壤相對(duì)濕度也可通過土壤水分自動(dòng)站或人工取土測(cè)量獲得。目前,在“大氣-土壤-植被”的干旱傳遞過程中,針對(duì)植被干旱的監(jiān)測(cè)能力略顯不足。利用遙感技術(shù)發(fā)展而來的干旱監(jiān)測(cè)技術(shù)以其空間連續(xù)和直觀的監(jiān)測(cè)結(jié)果而備受青睞,目前已建立多種遙感干旱指數(shù),但很多遙感干旱指數(shù)的算法和適用范圍仍有待完善。在政府部門精準(zhǔn)救災(zāi)和農(nóng)牧業(yè)保險(xiǎn)部門理賠等實(shí)際工作中,統(tǒng)一的干旱監(jiān)測(cè)方法至關(guān)重要。在目前缺乏廣泛認(rèn)可的遙感干旱監(jiān)測(cè)指數(shù)前提下,根據(jù)干旱的傳遞規(guī)律,利用氣象干旱指數(shù)和土壤相對(duì)濕度來評(píng)估遙感干旱指數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果的優(yōu)劣具有較高實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)論

(1)從生長(zhǎng)季不同階段來看,4種遙感干旱指數(shù)對(duì)干旱描述的差異主要體現(xiàn)在生長(zhǎng)季初期。TCI與VCI都需要?dú)v史同期NDVI或LST極值,而生長(zhǎng)季初期NDVI和LST存在很多非干旱影響因素,因此該時(shí)期TCI和VCI與氣象干旱和土壤相對(duì)濕度的相關(guān)性較差。生長(zhǎng)季后期各遙感干旱指數(shù)的描述基本一致,其中VCI與氣象干旱綜合指數(shù)(MCI)和土壤相對(duì)濕度的相關(guān)性較高,在實(shí)際干旱監(jiān)測(cè)工作中存在一定優(yōu)勢(shì)。

(2)由于TVDI與VSWI都是通過同期LST和NDVI計(jì)算獲得,與歷史數(shù)據(jù)無關(guān),因此它們對(duì)干旱描述的一致性較高,但VSWI與MCI和土壤相對(duì)濕度的相關(guān)性要優(yōu)于TVDI。MCI與VCI和VSWI的一致性在中、低覆蓋度草原較高,而MCI與TCI的一致性在中、高覆蓋度草原較高。

(3)結(jié)合各遙感干旱指數(shù)的監(jiān)測(cè)特點(diǎn),建議內(nèi)蒙古東部在生長(zhǎng)季初期首選VSWI進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè),而在生長(zhǎng)季中、后期選擇VCI或LST進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)較為合理。若使用TVDI進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)則應(yīng)選取大小適中的監(jiān)測(cè)范圍,并謹(jǐn)慎確定LST-NDVI特征三角形的干、濕邊界。