旱情監測方法及作用探究

摘要：河南省受季風氣候影響較大，降水量時空分布也不均勻，導致干旱成為該省的主要自然災害之一，給該省的工農業生產和人民生活帶來很大的影響。因此需要實時、動態、宏觀地對旱情進行監測，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，并針對目前比較常用的旱情監測方法進行了分析。

關鍵詞：旱情監測方法；干旱；土壤熱慣量；土壤波譜特征；蒸散模型；植被指數 文獻標識碼：A

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

干旱是一種水量相對虧缺的自然現象，相比于其他自然災害來說，干旱具有明顯的持續時間長、波及范圍廣等特點。所謂的旱情監測就是在確定了旱情監測指標的基礎之上，通過實時監測到的旱情資料來計算出當前的旱情指標值，并以此來客觀地評價旱情的強度和范圍。就目前情況而言，利用遙感技術來進行旱情監測已成為趨勢，其中在遙感技術的基礎上基于土壤熱慣量的旱情監測方法、基于土壤波譜特征的旱情監測方法、基于蒸散模型的旱情監測方法、基于植被指數的旱情監測方法已成為主要的旱情監測方法，具體如下：

1 基于土壤熱慣量的旱情監測方法和作用

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、地下水資源相互轉化的過程中起到了紐帶的作用，因此土壤水分進行監測對于旱情監測有著重要意義。傳統的監測土壤水分的方法有重量法、中子儀法、張力計法和時域反射法等，這些監測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數據資料，同時也不具有代表性。而土壤熱慣量是土壤阻止溫度變化能力的一個熱特性參數，它與土壤水分有著密切的關系，因此近年來，基于土壤熱慣量的方法已經成為土壤水分和旱情監測的主要方法。在我國，基于土壤熱慣量的旱情監測方法是應用比較早、研究比較廣的一種旱情監測方法。在實際工作中，工作人員主要通過建立不同的熱慣量模型，利用大量的實時監測數據來建立熱慣量和水分之間的穩定關系，從而使得該監測方法在小范圍內、單一土壤上精確的進行旱情監測。

但是，我們不能忽略的是基于土壤熱慣量的旱情監測方法是有著一定的局限性的。首先，由于其是在遙感技術的基礎之上進行的，因此受天氣的影響比較大，例如在多云的天氣中遙感數據的誤差比較大；其次，熱慣量計算通常需要計算溫度差，而在實際中，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，該監測方法比較適用于裸土或者植被覆蓋較低的

區域。

2 基于土壤波譜特征的旱情監測方法和作用

不同濕度的土壤在可見光、紅外光等方面表現出不同的波譜特征，這也就成為了利用光學或微波遙感對旱情進行監測的重要理論基礎。眾所周知，土壤水分的含量對于土壤的介電特性有著很大的影響，而微波對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二者之間的關系就能夠達到對旱情進行全天候的實時監測。目前，微波遙感技術以其全天候、全天時的工作特征以及對植被、土壤有著一定的穿透能力已經成為了最主要的旱情監測方法。

從作用上來看，微波遙感旱情監測方法的作用主要體現在以下三個方面：一是微波遙感能夠實時、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的干旱程度；二是微波遙感技術可以在空間范圍內對多源、多時相的信息進行組合、集成、提取等拓撲分析；三是利用遙感信息源，輔以其他的專題信息如專題圖件、統計資料等，即可有效地對土壤旱情進行分區、分級、分類的進行制圖，從而為防旱、抗旱等決策提供信息支持服務。此外，我們需要注意的是，微波遙感旱情監測技術仍然有著不足之處。首先，利用微波遙感對旱情進行監測，其空間和時間分辨率難以和光學和紅外遙感相比，這是由微波成像機理所決定的；其次，微波遙感的后向散射系數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微波的影響成為目前利用微波遙感來對旱情進行監測的主要研究方向。

3 基于蒸散模型的旱情監測方法和作用

蒸散發是衡量一個地區水量是否平衡的重要依據，其不僅在水循環過程中有著極其重要的作用，更是生態過程和水文過程的重要紐帶。因此，通過建立蒸散模型來對區域內水量的蒸散發是進行旱情監測的一個重要手段。目前，SEBAL模型及其改進版METRIC模型和SEBS模型已經被成功地用于旱情監測。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合氣溫以及系列阻抗公式來求取顯熱，通過能力平衡余項表示蒸散；二是在P-M公式的基礎之上直接進行蒸散計算。一般來說，前者的計算精準度比較高，而后者則較為簡單易用。目前第二種蒸散計算方法應用比較廣泛，例如張長春等人采用SEBS模型來對黃河三角洲區域的蒸散量進行了估算，同時結合同時期該地區的降水量，從而確定了該地區的干旱程度。

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

4 基于植被指數的旱情監測方法和作用

植被的生長和旱情的發展有著密切的聯系，因此相關的工作人員研究利用植被指數來對旱情進行監測。目前已經利用的植被指數主要有三種：植被狀態指數、綜合植被指數、植被水分指數。其中植被狀態指數指的是工作人員根據植被在缺水的情況下其生長狀態發生相應的改變原理，結合天氣氣候中的“距平”概念，從而對植被覆蓋地區的旱情做出判斷。

不過由于除了干旱之外，洪澇、病蟲害等災害都會對植被的生長狀態造成一定的影響，因此利用植被生長狀態來對旱情進行監測具有一定的局限性；而綜合植被指數是研究人員為了減少植被狀態指數局限性提出的一個概念，其包括植被供水指數、植被干旱指數等，其中利用植被供水指數和NDVI值構建的植被綜合指數應用比較廣泛，當出現旱情時，植被的NDVI比值就會降低，而植被供水指數則會升高，植被供水指數越高則說明旱情越嚴重。此外，由于研究證明植被水分指數并不適用于植被覆蓋率較低的區域，因此在利用植被水分指數進行旱情監測時往往會盡量引入其他判斷以減少來自土壤的影響。

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作者簡介：田莉（1982-），女，河南項城人，河南省周口水文水資源勘測局助理工程師，研究方向：水文監測。

（責任編輯：黃銀芳）