基于多源数据的宁夏中部干旱带干旱信息时空变化特征研究

摘要

干旱是全球气候变化研究中的一个热点问题。据统计，每年因旱灾造成的全球经济损失高达60～80亿美元，远远超过其他灾害，而我国又是一个农业灾害频发的国家，其中以干旱造成的农业灾害最为严重，平均每年受灾面积最高可达2200万hm2。宁夏是中国受旱率和成灾率最高的省份之一，其中以中部干旱带的干旱情况最为严重，持续严重干旱引起农业减产、土地荒漠化和生态环境恶化等严重问题，已成为该地区社会经济发展的巨大障碍。因此，研究宁夏中部干旱带的干旱时空变化特征，不仅可为当地政府的防旱抗灾提供决策帮助，还可为该地区农牧业发展提供科学依据。干旱监测的手段主要有基于气象资料传统的监测手段和基于遥感的现代监测手段，二者各有优缺点，而有机的结合两种监测手段会全面提升干旱时空信息的提取能力。为此，本研究利用宁夏中部干旱带盐池、中宁和同心三县1960～2012年的逐月气象资料，在计算标准化降水指数(SPI)和帕默尔干旱指数(PDSI)的基础上，利用集合经验模态分解(EEMD)、功率谱分析和重新标度极差分析等方法，对中部干旱带近53 a来的干旱多尺度变化特征进行研究。同时，利用2000～2014年中分辨率成像光谱仪(MODIS)获取的逐月昼夜地表温度差(△LST)和归一化植被指数(NDVI)数据，构建了△LST-NDVI特征空间，改进温度植被干旱指数(TVDI)模型，从时间和空间两个维度上研究宁夏中部干旱带近15a的干旱特征，研究取得如下几点结论:
　　(I)宁夏中部干旱带盐池、中宁和同心3县发生的干旱事件中，超过中旱以上的干旱事件达到了总干旱次数的30％以上，三县发生特大干旱的情况呈现相似的时间特征，干旱波动周期的多尺度分解显示，整个中部干旱带的干旱事件存在着0.5 a尺度的轻旱、1a尺度的中旱、3a尺度的重旱和10a尺度的特旱这一发生发展规律;基于SPI的分析显示，平均干旱强度的年际波动周期特征中，有平均超过65％的贡献来自于3.25～4 a左右的干旱周期波动，而平均超过14％的贡献来自于5.78～6.5 a左右的干旱周期波动;趋势分析得出，宁夏中部干旱带的干旱趋势总体处于增强态势，但不同季节的干旱强度态势又表现出差异。平均干旱强度在增强，而极端干旱事件却有减弱的趋势。中部干旱带年平均干旱强度的增强趋势均具有长程依赖性，即未来还将持续干旱。
　　(2)研究利用2000～2014年的逐月△LST与NDVI数据，构建地表温度与植被指数的二维特征空间，通过统计方法改进温度植被干旱指数模型的干湿边拟合过程。首先通过统计方法判断出NDVI在低值区时△LST存在的下“拖尾”现象，在此基础上剔除“拖尾”点并用拟合干边方程。同时，使用箱线图(Box-plot)统计方法来计算湿边散点中的异常值，通过剔除异常值以消除数据对湿边拟合的影响。研究对模型改进前后产生的TVDI干旱监测结果进行了对比，发现原始温度植被干旱指数会高估旱情。
　　(3)对宁夏中部干旱带近15a的TVDI进行空间分析发现，虽然宁夏中部干旱带干旱发生规律不定，但整体干旱强度都很高，其中以海原县的西南部、沙坡头区的北部、同心县部分区域以及整个盐池县干旱情况最为严重，且2002～2005年、2007～2010年以及2012～2014年这三次干旱过程均是从盐池县开始蔓延至同心县乃至整个中部干旱带。由此干旱变化趋势来推断，2015年的干旱情况可能较轻，但是从2016年开始又会有一次较严重的干旱过程。同心县、红寺堡区以及灵武市未来干旱增强的趋势会有较强持续，而盐池县未来干旱减弱的地区会中等持续减弱但干旱增强的地区则呈现较弱持续的态势。

目录

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论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究进展

1．3 研究内容与技术路线

2．1 研究区概况

2．2 数据资料来源与预处理

2．3 干旱监测指标计算及模型方法介绍

2．4 时序数据分析方法介绍

第三章 基于气象指数的干旱时间变化特征

3．1 干旱强度及频次特征

3．2 干旱灾害多时间尺度变化特征分析

3．3 干旱周期分析

3．4 干旱趋势分析

第四章 温度植被干旱指数(TVDI)模型及其改进

4．1 温度植被干旱指数模型的原理

4．2 温度植被干旱指数模型的改进

4．3 原始模型与改进模型的对比

第五章 基于TVDI的近15a旱情时空变化特征

5．1 基于TVDI的干旱灾害多时间尺度变化特征分析

5．2 基于TVDI的近15a干旱趋势分析

5．3 基于TVDI的旱情空间变化特征

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

个人简介及论文发表情况

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