基于MODIS与Landsat 8的艾比湖湿地旱情时空变化及其影响因素分析

对干旱区艾比湖湿地旱情进行多源遥感监测,分析干旱对艾比湖湿地的生态安全与农业生产的影响,为水资源合理配置与干旱预警提供依据。选用2013年5月到2016年5月的MODIS温度和植被指数产品数据反演TVDI指数,并构建二维特征空间,分析土壤水分的时空分布特征,结果表明:TVDI可以有效地反演土壤水分,且精度较高;通过分析,艾比湖湿地土壤水分格局呈现由"极湿润-湿润-正常"面积减少,"干旱-极干旱"面积增加的趋势;在此基础上分析了影响艾比湖干旱变化的影响因素,近年来随着温度升高,风速与蒸发量增加,降水量减少,使艾比湖湿地旱情急剧恶化。利用多源遥感能很好的实现大面积、长时间、高精度的旱情监测,在四年间艾比湖湿地的旱情有所加剧,湖水面积与冰川萎缩变化较为严重,可见艾比湖湿地旱情情况较为不乐观,需加强水资源管理,开展艾比湖旱情监测对于干旱区湖泊生态有重要的理论与实际意义。     

西南地区水稻干旱时空分布特征

从西南地区水稻生产特点和气候条件出发,改进相对湿润指数,建立计算偏离多年平均相对湿润指数值变化程度的湿润指数距平率（M_p）农业干旱监测模型,并采用农业干旱监测等级指标分析了1961—2010年西南地区水稻生育期间农业干旱时空分布特征,验证了M_p在西南地区水稻干旱监测方面的适用性.结果表明： 从年代际变化趋势来看,随着年代的增加,水稻受旱频率有降低趋势;从空间分布趋势来看,水稻受旱高频区主要分布在云南西北部和中东部,以及四川盆地东部、重庆东北部、贵州东南部局部区域;从各生长阶段发生干旱频率来看,水稻移栽至抽穗阶段发生干旱频率最高,其次是灌浆至成熟阶段,抽穗至灌浆期受旱频率最低.湿润指数距平率能较好地监测西南地区水稻的受旱情况,对于缺乏灌溉资料的地区采用该方法进行水稻干旱监测具有一定的实用价值.     

基于SPEI的辽宁省玉米生育期干旱特征分析

在全球气候变暖的背景下,探究玉米生育期的气候变化及干旱特征,对于预防干旱灾害对作物造成的损失,以及农业可持续发展意义重大。基于1967—2018年辽宁省33个国家级气象台站逐日观测数据,计算了不同月尺度下玉米各生育期标准降水蒸散指数（SPEI）,并结合干旱频率及干旱站次比综合分析了干旱时空变化情况。结果表明：（1）辽宁省玉米生育期降水量以13.31 mm/10a的速率减少,与SPEI呈显著正相关（P<0.01）;气温以0.25℃/10a的速率显著上升（P<0.01）,与SPEI呈负相关。（2）播种-出苗期、出苗-拔节期和喇叭口期SPEI在时间上均呈上升趋势,抽雄期和成熟期呈降低趋势;在空间上全生育期SPEI表现为西北向东南递增趋势。（3）全生育期干旱站次比以0.41%/10a的速率上升;出苗-拔节期干旱站次比呈减少趋势,其他生育阶段均呈上升趋势;发生干旱类型频次区域性干旱 > 部分区域性干旱 > 局域性干旱 > 全域性干旱。（4）全生育期干旱频率整体呈现出由西北向东南递减的特征,且干旱频发区主要在辽西地区;干旱发生频率轻旱 > 中旱 > 重旱 > 特旱。（5）出苗-拔节期为干旱站次比最高的时期;SPEI平均值和不同等级干旱频率最高的时期均为播种-出苗期。该研究成果可为区域农业干旱风险评价以及抗灾减灾等提供参考。     

六种园林植物耐旱性分析

为选择耐旱性较强的园林绿化植物,选择6种常见的园林植物：金银木（Lonicera maackii）、紫荆（Cercis chinensis）、紫薇（Lagerstroemia indica）、荆条（Vitex negundo var.heterophylla）、胡枝子（Lespedeza bicolor）和构树（Broussonetia papyrifera）,进行盆栽控水试验,对植株外观形态和土壤含水率、叶片叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量进行比较。结果表明,随干旱胁迫时间的延长,土壤含水量均呈下降趋势,金银木、胡枝子和荆条的长势较好;紫薇、紫荆和构树出现叶片萎蔫、掉落现象,6种植物叶片的光合色素含量呈先上升后下降的趋势,除紫薇外,SOD活性总体均呈上升趋势,MDA含量持续上升。可见,金银木、胡枝子和荆条的耐旱性较强,紫薇、紫荆和构树的耐旱性较弱。     

水分胁迫下不同抗旱性小麦品种叶片转录因子表达差异研究

通过研究不同抗旱性小麦品种中转录因子表达水平的差异,为阐明小麦抗旱机制奠定基础。依据候选基因序列设计PCR引物,以干旱胁迫后0、3、6、9、12和24 h的小麦叶片为实验材料,以26S rRNA为内参,运用荧光定量PCR技术,检测Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性和干旱耐受性小麦叶片中的相对表达量。定量PCR结果显示：干旱胁迫后,Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性小麦叶片中的表达明显低于干旱耐受性小麦,在不同品种叶片中的响应时间和表达趋势存在差异。研究认为,Wdreb2、Wlip19基因在不同品种小麦受到干旱胁迫后的表达差异,与该品种小麦的抗旱能力具有一定的相关性。     

荒漠草原向灌丛转变过程两种优势植物定植土壤水分阈值特征

为探究宁夏东部荒漠草原灌丛转变过程中两种优势种蒙古冰草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）植物更新土壤水分需求特征,在前期萌发土壤水势阈值研究的基础上,进一步通过野外观测和室内干旱胁迫试验分析确定转变过程中两种优势植物种的定植土壤水分阈值。结果表明：荒漠草原灌丛近30年人为转变过程中0-200 cm土壤水分呈降低趋势,灌丛地土壤水分含量较荒漠草地显著降低了52.43%（P<0.05）,灌丛转变加速了土壤旱化;柠条锦鸡儿和蒙古冰草幼苗定植过程中叶绿素含量随干旱胁迫程度加深呈先增加后降低趋势,其死亡率逐渐上升。通过渗透势和死亡率的拟合函数以及其对应样地的土壤水势、土壤水分关系分析得出,随样地转变柠条锦鸡儿定植土壤水势、水分阈值均低于蒙古冰草,两者平均土壤水势阈值分别为-9.38—-9.95 kPa、-8.72—-9.28 kPa,平均土壤水分阈值分别为4.93%-5.23%、5.92%-6.50%。与蒙古冰草相比,柠条锦鸡儿更适应灌丛引入下或降雨减少引起的土壤旱化,其旱生条件下的定植成功更易发生。     

基于全球气候模式集合的鄱阳湖流域未来潜在蒸散量及其干旱效应研究

鄱阳湖流域近年来旱涝灾害频发,原有的水量平衡被打破。因此,开展鄱阳湖地区潜在蒸散量及干旱效应研究具有重要意义。潜在蒸散量（Reference Evapotranspiration,ET₀）是评价区域水资源配置和计算干旱指数的重要指标。以我国的鄱阳湖流域为研究区,依托统计降尺度模型,基于站点观测数据、气候模式数据以及美国环境中心再分析数据,运用遗传算法构建多模式集合,模拟未来情景下流域潜在蒸散量和干旱指数（Drought Index,DI）时空演变特征。结果表明：基于遗传算法构建的模式集合较单一气候模式或等权模式集合,模拟性能佳;RCP4.5、8.5情景下流域ET₀均呈上升趋势,ET₀变化的第一主周期分别为20年和4年,流域ET₀未来空间变化特征表现为东高西低;RCP8.5情景下,鄱阳湖流域DI在年际上呈显著上升趋势,9-11月是干旱风险防范的关键时期;流域年DI变化的主周期为8年,流域的中东部地区将是未来干旱风险防范的重点区域。本研究为认识区域尺度下气候变化对潜在蒸散量的影响提供借鉴,同时为政府部门科学应对鄱阳湖流域未来时期可能出现的旱情提供的决策支持。     

施磷对干旱胁迫下箭竹根际土壤养分及微生物群落的影响

以箭竹及其根际土壤作为研究对象,采用两因素随机区组实验,设置2种水分处理（正常浇水和干旱胁迫）和2种施磷量处理（施磷和不施磷）,探究施磷对干旱胁迫下箭竹根际土壤养分及微生物群落结构和多样性的影响。结果表明：（1）干旱胁迫显著降低了箭竹根际土壤中微生物量碳、可溶性有机氮和有效磷的含量,虽对箭竹根际土壤微生物群落的多样性无显著影响,但显著降低了箭竹根际土壤中总PLFA（phospholipid fatty acid contents）的含量和真菌、细菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的PLFA含量以及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌的PLFA比值,显著改变了箭竹根际土壤微生物群落结构,结果显著降低了箭竹的生物量。（2）施磷显著增加了受旱箭竹根际土壤中微生物量碳和有效磷的含量,虽大体上对受旱箭竹根际土壤微生物群落的多样性无显著影响,但显著增加了受旱箭竹根际土壤中总PLFA和真菌PLFA的含量,并在一定程度上增加了细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和放线菌的PLFA含量以及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌和真菌/细菌的PLFA比值,也在一定程度上改善了受旱箭竹根际土壤微生物群落结构,从而改善受旱箭竹的生长。（3）主成分分析表明,干旱对箭竹根际土壤微生物群落结构的影响显著,而施磷的影响不明显。（4）相关分析发现,箭竹根际土壤微生物群落结构与箭竹根际土壤微生物量碳、可溶性有机氮及箭竹生物量呈显著正相关。综上,干旱降低了箭竹根际土壤养分含量和微生物生物量,改变了箭竹根际土壤微生物群落结构,抑制了箭竹的生长;施磷能增加受旱箭竹根际土壤养分含量和微生物生物量,改善受旱箭竹根际土壤微生物群落结构,进而改善受旱箭竹的生长。     

煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响

我国西北干旱荒漠区生态环境脆弱,煤炭开采活动严重地破坏植被和影响生态环境,而煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响尚不明确。以灵武市为例,采用遥感技术和野外实地调查相结合的方法,分析2000-2019年间煤炭井工开采对植被动态变化的影响。结果表明：灵武市的植被主要以沙蒿（Artemisia salsoloides）、柠条（Caragana korshinskii）和芨芨草（Achnatherum splendens）等荒漠植物为主;2000-2019年间,植被覆盖度（FVC）和绿度变化率（GRC）表明灵武市植被整体呈现改善趋势;归一化植被指数（NDVI）与年降水量（P）和年平均风速（S）等气象因子显著相关,表明气候因子对区域植被动态变化起主要作用;煤炭开采区侵占草地和灌丛面积,使得土地利用类型发生变化,生态环保政策的实施对于区域土地利用类型的变化和植被改善具有重要作用。实地调查分析表明煤炭开采改变了矿区植物群落结构,植被盖度和物种多样性指数均在煤炭开采后1-4a呈下降趋势,5-9a为上升趋势,10a自然恢复后与对照区的变化趋势一致,说明在自然条件下煤炭开采区植被恢复经历了退化期、改善期和初步恢复期等过程。这些研究结果为西北干旱荒漠区煤炭井工开采矿区植被恢复和生态环境建设提供了理论基础。     

1961—2010年潜在干旱对我国夏玉米产量影响的模拟分析

玉米是我国重要的粮食和饲料作物,旱灾是玉米生产中常见的气象灾害。采用CERES-Maize作物模拟模型,模拟了1961—2010年潜在干旱对我国夏玉米产量影响的时空变化趋势,并分析了其与大气环流因子间的关系,以期了解我国50年来夏玉米受旱的变化情况,并为干旱的研究方法提供一些参考。结果表明:(1)1961—2010年我国夏玉米的潜在产量损失呈略微下降的趋势,不同时期表现不同,其中20世纪60年代、90年代表现为上升趋势。(2)在过去50年里,我国夏玉米潜在旱灾损失中心有向东北移动的趋势,华北地区受旱程度的减轻和东北地区受旱程度的增强是造成损失中心移动的主要原因。(3)我国夏玉米潜在旱灾产量损失中心的经纬度和影响我国夏季降水的北极涡、副热带高压系统的部分指数具有显著的相关关系。当北极涡在生长季前期或同期偏小、偏弱时,我国夏玉米潜在旱灾产量损失中心将偏东、偏北,而副热带高压系统影响更为复杂。     

基于SPEI指数的长江中下游流域干旱时空特征分析

基于长江中下游流域1961—2015年129个气象站点的逐日气温和降水数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),对长江中下游流域近55年年尺度及各季节干旱变化趋势、站次比、强度和频率进行了分析,并探讨了干旱和区域气温、降水变化及ENSO的关系。结果表明:(1)在区域尺度,近55年长江中下游流域年尺度、春季和秋季呈干旱化趋势,春季干旱化趋势显著;夏季和冬季呈湿润化趋势。空间变化上,对于年尺度,汉江流域、中游干流区及洞庭湖流域以干旱化趋势为主,鄱阳湖流域、下游干流区和太湖流域以湿润化趋势为主;春季和秋季分别有96.90%和92.25%的站点呈干旱化趋势;夏季和冬季分别有82.95%和72.87%的站点呈湿润化趋势。(2)年尺度、春季和秋季干旱站次比及强度均呈增加趋势,春旱站次比与强度增加趋势显著;夏季和冬季干旱站次比和强度均呈下降趋势。(3)年尺度和春季干旱频率在21世纪初均达到最高,年尺度、春季和夏季干旱频率从20世纪90年代到21世纪初均呈增加趋势。(4)春、秋季干旱化趋势与降水量的减少及气温的上升相关,夏、冬季降水量的增加使得夏、冬季呈湿润化趋势。冬季SOI和次年春季干旱相关性极显著,冬季发生拉尼娜事件时,次年春季更易发生干旱。     

淮河流域干旱时空演变特征及成因

基于淮河流域149气象站点1962—2016年标准化降水蒸散发指数、16个气候因子和NCEP/NCAR再分析资料,通过小波分析和旋转经验正交函数等手段,分析淮河流域干旱重心的转移轨迹,研究气象干旱与气候因子的相关关系,并通过大气环流的异常特征揭示气象干旱的主要成因。结果表明:(1)干旱重心分布主要从淮河流域中心向四周扩散,淮河流域大范围区域呈干旱化态势。2013年干旱重心从西北部→中部→西南部→中部变化,随着干旱面积的增大,干旱重心由四周向中心移动。(2)PDO、ONI、Nino4、Nino3.4、MEI、BEST与SPEI均呈显著正相关关系,SOI、TNI与SPEI则呈显著负相关关系。(3)干旱周期主要集中在1970年代、1990年代和2000年代存在2—5年显著周期,气候因子在3.4—4.5年存在显著周期。(4)春季高纬度地区的气流南下,与印度洋、孟加拉湾北上气流导致南湿北干;夏季蒙古气旋偏弱与异常偏北风覆盖导致东干西湿;秋季大陆高压控制,偏北风和南风相互影响造成东干西湿;冬季盛行下沉气流与盛行东南风造成东湿西干的气候特征。     

基于SPEI指数的淮河流域干旱时空演变特征及影响研究

运用淮河流域149个气象站1962—2016年逐日气温、降水资料以及历史旱情资料,基于SPEI、EOF和M-K等方法分析淮河流域的干旱时空特征,研究干旱的时空演变规律并揭示其对农业生产的影响。结果表明:(1)基于SPEI得到的干旱频次与受灾、成灾面积的相关性通过了0.1的显著性水平检验,表明SPEI在淮河流域具有较好的适用性;(2)淮河流域干旱发生时间差异明显,干旱次数呈现波动变化,发生重旱和特旱次数占总干旱的比重是20.0%,其中重旱和特旱在1960s比重最大(24.8%),其次是2010s(15.8%),在1980s比重最低(10.0%);(3)干旱的空间分布差异大,淮河流域干旱频率在27.76%—36.04%之间,西北部和东南部发生干旱强度较西南部、东北部及中部低;(4)淮河流域总体呈干旱化的趋势,从中部到四周呈现由高到低递减的趋势变化,且空间模态表现为全区一致型、南北相反型和东西相反型。     

基于综合气象干旱指数的石羊河流域近50年气象干旱特征分析

借助数理统计理论和GIS空间分析技术,利用综合气象干旱指数(composite index,CI),根据石羊河流域5个气象站1961-2010年实测气象资料,对石羊河流域近50a的干旱在时空上的变化特征进行分析.首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度和不同等级干旱发生的多年平均日数.分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,秋季极大值在武威.(2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有22 a、11a,冬季最少只有4a.(3)石羊河流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性.(4)干旱发生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响.研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据.     

Assessing the remotely sensed Drought Severity Index for agricultural drought monitoring and impact analysis in North China

Remote sensing can provide real-time and dynamic information for terrestrial ecosystems, facilitating effective drought monitoring. A recently proposed remotely sensed Drought Severity Index (DSI), integrating both vegetation condition and evapotranspiration information, shows considerable potential for drought monitoring at the global scale. However, there has been little research on regional DSI applications, especially concerning agricultural drought. As the most important winter wheat producing region in China, North China has suffered from frequent droughts in recent years, demonstrating high demand for efficient agricultural drought monitoring and drought impact analyses. In this paper, the capability of the MODIS DSI for agricultural drought monitoring was evaluated and the drought impacts on winter wheat yield were assessed for 5 provinces in North China. First, the MODIS DSI was compared with precipitation and soil moisture at the province level to examine its capability for characterizing moisture status. Then specifically for agricultural drought monitoring, the MODIS DSI was evaluated against agricultural drought severity at the province level. The impacts of agricultural drought on winter wheat yield during the main growing season were also explored using 8-day MODIS DSI data. Overall, the MODIS DSI is generally effective for characterizing moisture conditions at the province level, with varying ability during the main winter wheat growing season and the best relationship observed in April during the jointing and booting stages. The MODIS DSI agrees well with agricultural drought severity at the province level, with better performance in rainfed-dominated than irrigation-dominated regions. Drought shows varying impacts on winter wheat yield at different stages of the main growing season, with the most significant impacts found during the heading and grain-filling stages, which could be used as the key alert period for effective agricultural drought monitoring.     

SPEI指数在中国东北地区干旱研究中的适用性分析

干旱指数的区域适用性是准确表征区域干旱的重要前提,本文以中国东北地区为典型研究区,探讨标准化降水蒸散指数(SPEI)在该地区应用的有效性。基于研究区90个气象台站的逐日气象资料,计算1961—2014年多时间尺度的SPEI指数。从Kolmogorov-Smirnov(K-S)拟合优度检验、SPEI与典型干旱事件核准、SPEI与农作物受旱灾面积及与土壤湿度相关性分析等方面,验证SPEI指数在东北地区的适用性。分析结果表明:1)东北地区多时间尺度的累积水分亏缺量符合Log-logistic分布,SPEI指数在东北地区的应用具备数学统计理论基础;2)生长季平均SPEI值与黑龙江省、吉林省和辽宁省农作物受旱灾面积比例均呈极显著负相关(P0.01);3)在1、3、6和12个月尺度下,SPEI与土壤湿度呈显著正相关(P0.05)的站点比例分别为90.2%、92.16%、90.2%和88.24%。综上所述,SPEI指数不仅满足数学理论统计的要求,而且与干旱灾情数据和土壤水分监测值均具有极度的关联性,说明其在东北地区干旱预测和定量化研究中具有较好的适用性。     

Drought variations in the middle Qilian Mountains,northeast Tibetan Plateau,over the last 450 years as reconstructed from tree rings

Based on the tree-ring width chronology of Sabina przewalskii Kom., a 450-year Palmer Drought Severity Index (PDSI) series was reconstructed in the middle Qilian Mountains, northeast Tibetan Plateau. During the calibration period of 1957–2004, the predictor variable accounts for 47% of the variance in the modeled PDSI data. There were three sustained severe multiyear droughts during the periods of 1705–1723, 1814–1833, and 1925–1941 before the instrumental period of 1957–2004, while no drought event lasting longer than 10 years occurred during the instrumental period. Although the modeled PDSI during the 1957–2004 period adequately assessed the intensity of the multiyear droughts for the last 450 years, the potential for prolonged droughts was underestimated. In the multidecadal scale, the drought of 1640–1730 had the greatest magnitude and the longest duration, the drought of 1808–1846 had the highest intensity, and the drought of 1917–1973 was moderate. Both the multiyear and decadal scale droughts in the middle Qilian Mountains corresponded to the droughts in the northeast Tibetan Plateau, demonstrating that drought occurrences in the northeast Tibetan Plateau are synchronous in decadal to multidecadal scales. The drought variations in the middle Qilian Mountains have significant periodicities of 2.05–2.31, 54.44, 98, and 122.5 years at a 99% confidence level.     

Drought footprint on European ecosystems between 1999 and 2010 assessed by remotely sensed vegetation phenology and productivity

Drought affects more people than any other natural disaster but there is little understanding of how ecosystems react to droughts. This study jointly analyzed spatio‐temporal changes of drought patterns with vegetation phenology and productivity changes between 1999 and 2010 in major European bioclimatic zones. The Standardized Precipitation and Evapotranspiration Index (SPEI) was used as drought indicator whereas changes in growing season length and vegetation productivity were assessed using remote sensing time‐series of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Drought spatio‐temporal variability was analyzed using a Principal Component Analysis, leading to the identification of four major drought events between 1999 and 2010 in Europe. Correspondence Analysis showed that at the continental scale the productivity and phenology reacted differently to the identified drought events depending on ecosystem and land cover. Northern and Mediterranean ecosystems proved to be more resilient to droughts in terms of vegetation phenology and productivity developments. Western Atlantic regions and Eastern Europe showed strong agglomerations of decreased productivity and shorter vegetation growing season length, indicating that these ecosystems did not buffer the effects of drought well. In a climate change perspective, increase in drought frequency or intensity may result in larger impacts over these ecosystems, thus management and adaptation strategies should be strengthened in these areas of concerns.     

1962—2010年甘肃省黄土高原区干旱时空动态格局

借助ArcGIS 9.3和SPSS软件平台,根据甘肃省黄土高原区33个气象站1962—2010年气象资料,利用综合气象干旱指数(CI)从干旱率、干旱强度和干旱频率三方面对甘肃省黄土高原区近50年的干旱时空变化特征进行了分析。结果表明:春、秋季干旱率呈现显著增加趋势,夏、冬季干旱率呈略微增加趋势;夏季干旱频率最大,春季、秋季次之,冬季最少;春、秋季干旱以2000年来最为严重,夏季干旱以2000年以来、20世纪70年代和90年代均较严重,冬季干旱以20世纪80年代最为严重;甘肃省黄土高原区逐年干旱持续日数和干旱强度存在明显的年际波动,线性变化趋势明显;从空间分布来看,春、夏和秋季干旱多发区主要集中在甘肃省黄土高原区西北部,而106°E以西"临洮-通渭-天水"一线和庆阳东南部是干旱多发区变幅最大的地方,冬季干旱多发区主要集中在甘肃省黄土高原区南部。