遙感手段及氣象干旱指數在新疆干旱監測過程中的應用

慈暉，張強*

1.江蘇第二師范學院，江蘇 南京 210013；2.環境演變與自然災害教育部重點實驗室，北京 100875；

3.北京地表過程與資源生態國家重點實驗室，北京 100875；4.北京師范大學減災與應急管理研究院，北京 100875

遙感手段及氣象干旱指數在新疆干旱監測過程中的應用

慈暉1，張強2,3,4*

1.江蘇第二師范學院，江蘇 南京 210013；2.環境演變與自然災害教育部重點實驗室，北京 100875；

3.北京地表過程與資源生態國家重點實驗室，北京 100875；4.北京師范大學減災與應急管理研究院，北京 100875

利用由國家氣象中心提供的新疆50個氣象測站2003─2010年逐日降水、氣溫資料，結合中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站MODIS合成影像逐月歸一化植被覆蓋指數及國家自然科學基金委員會“中國西部環境與生態科學數據中心”提供的2005年全國土地利用類型數據，對比分析了遙感手段及氣象干旱指數在新疆干旱監測工作中的應用，分析了新疆物侯期植被狀態指數及氣象干旱指數間的相關性，進一步探討新疆植被生長狀況與氣象干旱的發生、發展情況。植被長勢對降水、氣溫等氣候因素變化的響應存在一定滯后性，生長季氣象干旱指數與植被狀態指數之間的相關性在時間尺度上同樣存在滯后效應。植被狀況指數（Vegetation Condition Index，VCI）與標準化降水指數（Standardized Precipitation Index，SPI）及標準化蒸散發指數（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）相關性較好，其中SPEI綜合考慮了降水、氣溫對干濕變化的影響。時間尺度上，耕地類型區、林地類型區VCI與SPI24、SPEI24相關性最好，草地類型區VCI與基于短時間尺度（3個月、6個月）的SPI、SPEI相關性最好；空間尺度上，SPEI24與VCI相關程度最高。總體上，全疆基于24個月時間尺度SPEI與基于植被狀況指數的干旱監測效果相關性較好。文章旨在為今后新疆干旱監測工作及進一步探討植被長勢對干濕事件的響應提供重要理論依據，為合理有效地安排農作物生產及植被保護、植被恢復工作提供一定的理論指導。

氣象干旱指數；植被狀態指數；土地利用類型；相關性；新疆

氣候暖化導致洪旱災害等極端氣象水文事件的發生頻率與強度增大，對洪旱災害的監測與防御已引起人們的高度關注。洪旱災害監測一直是極具挑戰性的工作：首先，自然災害的發生隨時間推移不斷發展變化，在干旱事件被預測之前，干旱已經發生，其發生、結束以及歷時的精確時間很難被掌握；其次，干旱強度隨降水量虧缺、空間分布特征的不同而變化；最后，干旱發生的嚴重程度以及干旱事件所造成的影響與該區域經濟、環境及社會條件息息相關（Peters et al.，2002）?；诮邓?、氣溫等氣象數據的氣象干旱指數僅針對特定氣象測站干濕狀況的判斷，較難反映整個區域干濕狀況的空間分布特征（Brown et al.，2002）。20世紀60年代以來，衛星遙感技術得到迅速發展及完善，為大范圍、快速、多時相的干旱監測（尤其是土壤水分及作物長勢變化）奠定了技術基礎（張書余，2008），它可以有效并且詳細地反映整個區域空間尺度上連續變化的信息。20世紀70年代起，國外已開始利用衛星遙感數據進行干旱監測的各項研究（Kahle，1977；Price，1977），而我國采用衛星遙感對土壤水分及干旱事件的監測是從20世紀80年代開始的（黃揚等，1986；田國良，1990）。隨衛星遙感領域的逐步發展，干旱的遙感監測得到了很大程度的完善，并開展了多波段、不同衛星遙感平臺的干旱監測方法及模型研究，干旱遙感監測逐步從理論研究進入實踐應用階段（張書余，2008）。美國國家海洋大氣局和國家干旱減災中心會定期發布基于氣象、水文、農業及衛星遙感監測的多種干旱即時監測產品，且我國國家氣象中心、國家氣候中心和國家氣象中心也會定期發布基于農業氣象、遙感手段等的干旱監測產品（張書余，2008）。干旱問題本身具有復雜性，而干旱監測日益重要，基于遙感手段的干旱監測具有廣闊的發展前景，是目前遙感技術應用研究的前沿領域，更是干旱監測的熱點（王讓會，1994）。采用遙感衛星不同波段反射值計算得到的歸一化植被覆蓋指數（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI），已被廣泛應用到植被長勢監測、作物產量評估及干旱事件的評定過程之中（Benedetti et al.，1993；Moulin et al.，1998）。基于衛星遙感影像的植被指數已成為干濕判斷及評定分析工作中相當重要的一部分內容（Bannari et al.，1995）。

前人已探討基于遙感手段的植被狀況指數對氣象干旱的監測及其滯后效應（沙莎等，2013），并采用MODIS合成數據構建條件溫度植被干旱指數空間分布圖以監測、評價旱情發生的程度（閆娜等，2010）。另外，采用標準化降水指數及植被狀況指數分析埃塞俄比亞北緯高地氣象干旱及農業干旱的時空分布特征，結果表明植被狀況指數與提前兩個月的降水量的相關程度最好（Gebrehiwot et al.，2011）。前人針對新疆地區植被覆蓋變化（鄧朝平等，2006；王桂鋼等，2010；楊光華等，2009）及其對氣候變化的響應（郭鈮等，2008；李秀華等，2009；張生軍等，2009；）已有較多研究，但甚少將關注點集中在基于遙感手段和不同氣象干旱指數的干旱監測對比上，本研究以新疆區域作為研究對象，選擇耕地、林地、草地3種主要土地利用類型，研究新疆物侯期植被狀態指數及多種氣象干旱指數間的相關關系，并進一步探討新疆農業干旱與氣象干旱的發生、發展情況，以期為作物農業氣候區劃及種植制度改進等方面提供指導，并為新疆農業干旱的準確監測提供參考。

圖1 研究區地形及氣象測站分布Fig.1 Locations of (a) study region and (b) meteorological stations

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

新疆地處我國西北邊陲（32°22′～49°33′N，73°21′～96°21′E），全區面積160多萬平方千米，占全國陸地總面積的1/6（孫樹海，1986），遠離海洋，是我國典型的內陸干旱區，容易形成干旱氣候。新疆地區呈“三山夾兩盆”的特殊地形，三大山脈環抱兩大盆地，北有阿爾泰山脈，南有昆侖山脈，天山山脈橫貫新疆內部；北部阿爾泰山脈與天山山脈之間為準噶爾盆地，盆底面積西寬東窄；南部昆侖山脈與天山山脈之間為塔里木盆地，依然西寬東窄，且由東向西傾斜；山地與盆地構成了新疆地區地貌特征的基本單元（張軍等，2008）。山區與盆地氣候對降水變化都非常敏感（Shi et al.，2007），生態環境極為脆弱（圖1a）。近年來，新疆干旱的空間分布及頻率分布對水資源、經濟以及社會造成了顯著影響。區域生態系統對降水量變化非常敏感，即使是氣候條件的輕微變動，都會對社會經濟活動造成嚴重影響。小麥是新疆種植面積最多、分布最廣的糧食作物，在高寒貧瘠地區，適應性廣且能夠保持一定產量水平，在水肥充沛時，增產潛力較大。玉米在新疆糧食作物生產中的地位僅次于小麥，在糧食改制以及提高復種指數等方面均有重要作用。

1.2 數據資料和研究方法

選取由國家氣象中心提供的新疆50個氣象測站2003─2010年逐日降水、日最高溫、日最低溫、日均溫資料進行研究，氣象測站分布如圖1b。針對數據缺測，采用以下方法進行處理（Zhang et al.，2011）：缺測1～2 d數據，用相鄰日的數據平均值進行插補；缺測3 d以上數據，用同期數據資料的多年平均值進行插補。遙感衛星資料為來自中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站（http://www.gscloud.cn）的2003─2010年逐月NDVI數據集，空間分辨率為1 km，時間分辨率為30 d，NDVI數據由來自AQUA星產品的經過合成的月平均值計算得到。新疆2005年土地利用類型數據來自國家自然科學基金委員會“中國西部環境與生態科學數據中心”（http://westdc.westgis.ac.cn）。選用標準化降水指數（Standardized Precipitation Index，SPI）（Mckee et al.，1993，1995）、標準化降水蒸散發指數（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）（Vicente-Serrano et al.，2010）兩種常用的氣象干旱指數對比分析遙感手段及氣象干旱指數在新疆干旱監測過程中的應用。

1.2.1 歸一化植被覆蓋指數

特定區域的植被覆蓋情況能夠對前期氣候條件變化起到指示作用，研究結果表明（Yang et al.，1998），NDVI可以較好地指示植被長勢的好壞、植被生長季節的起止、植被生長率及植被生長周期。作為評判植被健康及植被覆蓋密度的指標（Tucker，1979），NDVI被定義為（Rouse et al.，1974）：

式中，λNIR、λRED分別為近紅外波段、紅光波段的反射值。NDVI即近紅外波段反射值與紅光波段反射值之差與之和的商。NDVI值越大，說明植被光合作用越強（Sellers，1985；Tucker et al.，1991）。前人研究結果均證實多時相NDVI遙感數據的使用有利于監測區域及整體植被動態（Eidenshink et al.，1992；Goward et al.，1985；Justice et al.，1985；Tucker et al.，1985，1987）。

1.2.2 植被狀態指數

植被狀態指數（Vegetation Condition Index，VCI）可以反映當月NDVI與長時間尺度上多年最大值與最小值之間的關系（Kogan，1990）。VCI指數與降水結構一致性較高，被廣泛應用于干旱時空分布特征、干旱歷時以及干旱強度的評價。將植被狀態指數VCI定義為：

式中，NDVIi即某一特定年第i個時期（某旬、某月或某周）的NDVI值；NDVImax及NDVImin分別為NDVI多年同期最大值、最小值，分別反映了當地長時間序列上植被生長的最佳條件和最差條件；NDVImax-NDVImin則在一定程度上反映當地植被覆蓋的生境；特定年的NDVI與長時間序列NDVI最小值的差值越小，植被長勢越差。VCI值所反映的地表植被的生長狀況或健康狀態是以百分數形式體現的，其值分布范圍為0%～100%。VCI值越接近0，即特定時間NDVI越接近長時間尺度的NDVI最小值NDVImin，表明植被長勢狀況較差，存在極端干旱現象。VCI值越近100%，即特定時間NDVI越接近長時間尺度的NDVI最大值NDVImax。VCI值小于35%，表明植被長勢很差；35%～45%表示植被長勢較差，指示有干旱事件發生；45%～65%表明植被長勢適中，氣候條件正常；65%～85%表明植被長勢較好；85%～100%植被長勢旺盛，無干旱發生（Sharma，2006）。

2 結果分析

2.1 不同土地利用類型NDVI變化

根據土地利用類型對氣象測站進行分類，所選取氣象測站主要植被類型有以下幾類：旱地、有林地、草地（高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地）、湖泊、永久性冰川雪地及裸地或低植被覆蓋地（包括沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地及裸巖石礫地）（圖2）。新疆最主要的土地利用類型是裸地或低植被覆蓋地，總面積占全疆60.54%；其次草地，占全疆總面積的29.28%，草地類型區主要分布在阿爾泰山、阿爾金山、天山山脈、昆侖山脈一帶，準噶爾盆地、塔里木盆地邊緣及各流域河流沿岸；沙地占全疆總面積21.31%。草地面積占綠色植被覆蓋面積的86%，分別是耕地及森林面積的8倍、23倍之多（楊紅飛等，2014）。

圖2 新疆主要土地利用類型Fig.2 Location of different land use types in Xinjiang

圖3為不同土地利用類型下多年同期NDVI逐月變化情況，由圖可知，耕地、林地及草地所呈現的NDVI變化特征差異較大。耕地、草地NDVI均值峰值均出現在7月，林地NDVI均值峰值出現在8月。4月是新疆小麥光照階段穗分化的重要時期，5─9月水分熱量狀況對水稻產量影響很大，同時該時期是新疆棉花生長的重要階段，因此4─10月是新疆主要作物及植被的生長季節（薩利姆，2009）。4月以后，耕地、林地及草地NDVI均值均有明顯大幅度抬升，而10月以后，NDVI均值下降明顯?？傮w來說，NDVI均值以1、2月最低，且3種類型土地全年NDVI均值最低值表現為草地低于耕地、林地。如圖3b，1月過后林地NDVI最小值降至最低（2月），2─8月持續上升，8─11月不斷下降達到第二個谷值后又持續上升（12月）。草地NDVI最大值年內變化幅度最大（圖3c），其次是耕地，而林地變化幅度較小。草地NDVI最大值兩個峰值分別出現在3、8月，3月是新疆各地牧草主要的返青時期，而8月左右是牧草成熟的關鍵時期（徐德源，1989）。耕地、林地NDVI最小值年內變化較大，而草地、裸地變化平緩，并未表現出明顯的上升或下降趨勢，且生長季3種類型土地NDVI最小值表現為耕地、林地大于草地。

圖3 不同土地利用類型多年同期逐月NDVIFig.3 Monthly NDVI of different land-use types from 1961 to 2010 in Xinjiang

表1 作物生長季節耕地VCI與不同時間尺度氣象干旱指數相關性Table 1 Correlation analysis between VCI and SPI/SPEI based on different time scales across cultivated land

2.2 不同土地利用類型植被狀況指數與氣象干旱指數相關性

分析新疆生長季植被狀況指數與同期、前1個月、前2個月、前3個月各氣象干旱指數（基于不同時間尺度SPI、SPEI）間的相關性（如表1～3），總體上，4、10月VCI與各干旱指標的相關性較差，而5─7月VCI與干旱指數相關程度較高且與通過顯著性檢驗的情況表現得較為一致。從新疆農作物及植被物候期角度來看，5─6月是新疆冬小麥抽穗期，7月為新疆冬小麥成熟期，且6、7月份是新疆

冬小麥收獲與夏玉米播種的過渡時期，這一階段耕地類型區VCI與SPI24、SPEI24相關性最好。6月VCI與提前2～3個月的SPI24、提前1～3個月的SPEI24的相關性均通過置信度為95%的顯著性檢驗；7月份VCI與同期、提前1～3個月的SPI24及SPEI24均表現出良好的相關性，并達到99%置信度水平，表明6─7月植被生長狀況受前期2～3個月氣候條件的影響顯著，VCI對氣象干旱的響應滯后2～3個月。另外，耕地類型區的農業干旱情況與基于24個月長時間尺度的SPI及SPEI干旱指數相關性強。在夏玉米拔節期（7─8月）、抽雄期及收獲期VCI與各氣象干旱指數的相關性較弱甚至并未表現出相關性，由此推斷夏玉米生長發育階段受氣候條件變化的影響較小，這可能是因為夏玉米生長發育階段正好是新疆降水較為充沛的時期（沙莎等，2013）。

表2 作物生長季節林地VCI與不同時間尺度氣象干旱指數相關性Table 2 Correlation analysis between VCI and SPI/SPEI based on different time scales across forest land

表3 作物生長季節草地VCI與不同時間尺度氣象干旱指數相關性Table 3 Correlation analysis between VCI and SPI/SPEI based on different time scales across grassland

草地類型區VCI與多種干旱指數的相關性具有相對一致的變化特點，尤其是5─6月、8─9月期間。5月開始，新疆草地進入生長期，植被生長旺盛，7─8月達到峰值，8月以后進入生長衰落階段（楊紅飛等，2014）。就不同時期的氣象干旱指數而言，VCI與提前1─3月的干旱指數表現出不同程度的相關關系，總體來看，基于短時間尺度（3個月、6個月）的SPI、SPEI與VCI具有較好的相關性。與此同時，SPI3適用于作物生長季節期間的干旱監測，SPI6則能更好地反映出降水結構的中長期變化特征（Gebrehiwot et al.，2011）。

圖4 2003─2010年生長季節VCI空間分布（a～h：2003─2010年）Fig.4 Spatial distribution of vegetation condition index of growing season from 2003 to 2010 in Xinjiang

不論是基于降水量的單一因子干旱指數還是綜合考慮降水和氣溫共同作用的干旱指數，與耕地及草地相比，林地類型區VCI與各干旱指數的相關性最弱，這是因為耕地及草地植被根系分布較淺，吸收水分能力及持水能力較差，受地表降水影響較為顯著，故對氣候響應更為敏感（嚴建武等，2012）。林地5月VCI與提前2個月均溫相關性達到99%顯著性水平，與提前1個月SPEI6，提前1、2、3個月SPI24、SPEI24相關性均通過置信度為95%顯著性檢驗，且基于其他時間尺度的SPI、SPEI所表現出的相關關系并不一致。

2.3 植被狀況指數及氣象干旱指數特大干旱年的監測

新疆2003─2010年生長季植被狀況指數空間分布情況如圖4，總體來看，新疆植被主要分布在北疆阿爾泰山脈一帶、中天山一帶及南疆塔克拉瑪干沙漠西部邊緣一帶，尤其以天山內部植被覆蓋情況最為突出，北部天山阻擋北部寒流，南部天山抵擋南部熱浪（婁安如等，1994），地勢由西向東逐步抬升，向西敞開的缺口有利于濕氣及暖流匯入，隨地勢不斷抬升而形成充沛的降水。伊犁河谷地帶是全疆氣候最溫和、濕潤的地帶，也是最有利于植被生長發育的地區，多年來植被生長發育良好。2008年生長季期間植被長勢明顯不如往年（圖4f），VCI處于0%～35%范圍的面積較2007年增加了2.16%，而處于65%～85%范圍面積減少了1.98%，大于85%的情況則未出現變化。比較2003─2010年間植被狀況指數空間分布情況，VCI處于0%～35%范圍的植被面積以2008年最大，處于45%～65%、65%～85%、大于85%范圍的植被面積以2008年最小。因此，2008年是近年來新疆植被長勢最差的一年，這與新疆2008年氣候條件變化有密不可分的聯系。據世界氣象組織發布的數據，2008年是自有氣象記錄以來的又一個暖年，世界范圍內許多國家和地區均經歷了嚴重且持續的干旱。新疆氣溫較往年異常偏高，年降水量大幅下降，春夏秋連旱，遭遇了有氣象記錄以來僅次于1974年的嚴重旱災（馬媛等，2009）。綜合考慮氣溫及降水對植被長勢的共同作用，并結合2.2研究結果，認為草地植被生長狀況與基于短時間尺度（3個月、6個月）干旱指數相關性好，而林地、耕地植被生長狀況與基于長時間尺度（24個月）干旱指數相關性較好。相對于SPI而言，SPEI計算過程中綜合考慮了降水、氣溫對干濕變化的共同影響，基于12個月以上長時間尺度的SPEI能夠更好地適用于新疆干濕狀況的評判，且基于12個月尺度SPEI適用性最好（莊少偉等，2013）。另外，基于不同時間尺度前期降水量計算的氣象干旱指數具有不同的物理意義，基于短時間尺度的干旱指數受短時降水、氣溫影響較大，可反映新疆地區短時間干濕變化特征，而隨時間尺度的擴增，基于長時間尺度的干旱指數對短時氣候變化響應越來越小，變化幅度減小，變化頻率降低，干濕變化趨于穩定，表現出長期明顯的干濕周期性特征。時間尺度較短的SPI、SPEI能夠在一定程度上反映短期土壤水分變化，進而指示短期干旱給農業耕作帶來的影響，而時間尺度較長的SPI、SPEI則能反映較長時間的徑流量變化情況（李劍鋒等，2012；Wu et al.，2001）。因此，以2008年為例，選取不同時間尺度的氣象干旱指數（基于3、12、24個月時間尺度的SPEI），進一步分析生長季植被狀況指數與氣象干旱指數在評定新疆干旱過程中的相關性。

新疆2008年生長季植被狀況指數空間分布如圖5，4月植被生長狀況最差，隨著生長季節的開始，植被長勢逐漸變好，6─7月植被長勢最好，天山內部伊犁河谷地帶出現了VCI大于85%適宜植被生長的氣候條件，而9─10月也體現了植被長勢對降水、氣溫等氣候條件響應的滯后效應，VCI結果表明植被長勢與前期2～3個月氣候條件變化相關程度最強。

圖5 2008年生長季節期間VCI空間分布（a～g：4─10月）Fig.5 Spatial distribution of VCI of growing season from April to October in 2008

圖6 2008年生長季節期間SPEI3空間分布（a～g：4─10月）Fig.6 Spatial distribution of SPEI3 of growing season from April to October in 2008

新疆2008年生長季基于3個月時間尺度SPEI的空間分布情況如圖6，4月新疆東部出現輕旱，無中度以上旱情出現，5─7月旱情加劇，全疆大部分地區均發生干旱，尤其是5、6月南疆西部、南部及新疆東部均發生重旱，5月中旱面積占全疆33.73%，重旱面積占全疆1.42%。新疆降水量主要集中在夏季，經過水量補充之后，8月全疆旱情在很大程度上得到緩解，僅北疆部分地區出現干旱。2008年9月阿克蘇地區拜城、阿拉爾發生強降水事件，恰逢秋后農作物成熟收獲階段，不利于作物、果實成熟不利，農產品產量受到較大影響。9─10月全疆氣候恢復正常，10月天山中段個別區域甚至表現為輕度濕潤。對比同期基于12個月時間尺度SPEI空間分布情況（圖7），全疆并未表現出大范圍或一定程度上的干旱。SPEI12對旱情等級評定較SPEI3輕，SPEI3所評定的旱情，在SPEI12中表現為正常，甚至表現為濕潤。

新疆2008年生長季基于24個月時間尺度SPEI的空間分布情況如圖8，總體來看，隨著生長季節過渡，新疆干旱呈現出先加重再減輕的趨勢，以夏季干旱最為突出，6月中旱面積占全疆面積35.91%，7月重旱面積最大，占全疆面積2.33%，8月輕旱面積超全疆一半，高達53.24%。4月，南疆西部及新疆東部吐魯番盆地一帶出現輕旱，阿克蘇、拜城一帶表現為中旱；5─7月，干旱范圍不斷擴大且干旱發生等級強度也不斷升高；從8月開始，旱情開始減緩；8─10月干旱范圍不斷縮小，強度不斷下降。

圖7 2008年生長季節期間SPEI12空間分布（a～g：4─10月）Fig.7 Spatial distribution of SPEI12 of growing season from April to October in 2008

圖8 2008年生長季節期間SPEI24空間分布（a～g：4─10月）Fig.8 Spatial distribution of SPEI24 of growing season from April to October in 2008

3 結論與討論

3.1 結論

伊犁河谷地帶是全疆降水最為充沛的地區，水熱條件能夠很好地滿足植被生長所需，是全疆植被覆蓋最好、長勢最佳的區域。在時間尺度上，耕地類型區、林地類型區植被狀態指數（VCI）與基于24個月時間尺度的氣象干旱指數（SPI24、SPEI24）相關性最好，草地類型區VCI與基于短時間尺度（3個月、6個月）的SPI、SPEI相關性最好；而在空間尺度上，SPEI24與VCI相關程度最高。SPEI12較SPEI3、SPEI24表現得更為濕潤，SPEI24考慮24個月時間尺度上的累計水分虧缺狀況，其變化規律較SPEI12更能反映新疆植被作物生長狀況，且更能貼切實際統計災情。因此，總體來說，全疆基于24個月時間尺度SPEI與基于植被狀況指數的干旱監測效果相關性較好。

3.2 討論

植被狀況指數可反映植被長勢情況，從而反映是否有干旱事件發生，植被狀況指數與氣象干旱指數相比：植被狀況指數所反映的是植被長勢對氣候變化的短時響應，而氣象干旱指數所反映的是短期以及長期氣候干濕條件，植被狀況指數空間分布能夠更快地反映出氣候變化及植被長勢的相對好壞情況；植被狀況指數表現出的植被長勢好壞情況受到除干旱條件以外的諸多因素（洪澇災害、作物輪作制度改變、物候期推遲或提前）影響，并非只對單一干旱因素的反映。采用帕默爾指數等氣象干旱指數研究干旱機理，可反映出干旱發生的整個物理過程，但計算基于的資料及可能需要的部分參數只能靠人為經驗獲取，結果精確度較低，且計算繁雜，數據資料獲取困難；而標準化降水指數、標準化降水蒸散發指數、有效干旱指數等氣象干旱指數則從統計降水量分布規律的角度入手，并未考慮到干旱本身的機理，計算簡單，適用性強（袁文平等，2004），但其對干旱評估的準確程度也受到一定程度的局限。因此，不論是采用干旱指數評估氣象干旱還是采用植被狀況指數判斷農業干旱，都要充分考慮每種指數的優缺點及其對所研究問題的適用程度。另外，在今后的研究工作中，采用更短時間尺度的遙感影像，有利于反映出更加精細的降水內部結構及植被長勢動態變化情況，同時還能更好地反映植被長勢與氣候變化之間的相關關系。

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Comparison of the Vegetation Condition Index and Meteorological Drought Indices in Drought Monitoring of Xinjiang, China

CI Hui1, ZHANG Qiang2,3,4
1.Jiangsu Second Normal University, Nanjing 210013, China; 2.Key Laboratory of Environmental Change and Natural Disaster, Ministry of Education, Beijing Normal University, Beijing 100875; 3.State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology, Beijing Normal University, Beijing 100875; 4.Academy of Disaster Reduction and Emergency Management, Beijing Normal University, Beijing 100875

The performance of vegetation condition index and meteorological drought indices in drought monitoring in different land cover patterns during growing season in Xinjiang have been compared and analyzed in this study.Standardized precipitation index (SPI) and standardized precipitation evapotranspiration (SPEI) index based on different time scales precipitation have been calculated based on daily precipitation, daily average temperature, daily maximum temperature and daily minimum temperature data from 50 meteorological stations.Vegetation condition index have been done with the processing of pixels using Arcgis and Matlab based on monthly NDVI data which has been provided by International Scientific & Technical Data Mirror Site, Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences.And land cover patterns of 2005 is provided by Cold and Arid Regions Science Data Center at Lanzhou.Results showed that there is a time lag between the vegetation and precipitation, temperature value.And also between the VCI and meteorological droughts.VCI has a good correlation with SPI and SPEI, and the calculation of SPEI take precipitation and temperature into consideration.On the time scale, the relationship between SPEI3, SPEI6 and the vegetation growth of grasslands are best, and the relationship between SPEI12, SPEI24 and forest lands, cultivated lands are best.The correlation between SPEI24 and VCI is best in the spatial scale.Results of this study can provide an important theoretical basis for drought monitoring and vegetation responses to wet and dry events in the future, and it can also provide certain theoretical guidance to vegetation growth and reasonable and effective arrangement of crop production and protection.

meteorological drought indices; vegetation condition index; land use patterns; correlation analysis; Xinjiang

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.10.009

X16; X144

A

1674-5906（2016）10-1653-10

慈暉, 張強.2016.遙感手段及氣象干旱指數在新疆干旱監測過程中的應用[J].生態環境學報, 25(10): 1653-1662.

CI Hui, ZHANG Qiang.2016.Comparison of the vegetation condition index and meteorological drought indices in drought monitoring of Xinjiang, China [J].Ecology and Environmental Sciences, 25(10): 1653-1662.

國家杰出青年科學基金項目（51425903）；江蘇第二師范學院博士專項（JSNU2015BZ01）；安徽省自然科學基金項目（1508085MD65）

慈暉（1989年生），女，講師，博士，主要從事區域水文循環與水資源演變的研究工作。E-mail: cathyyyci@163.com *通信作者：張強（1974年生），男，教授，博士，博士生導師，主要從事流域氣象水文學研究、旱澇災害機理、流域地表水文過程及其對氣候變化的響應機制與機理以及流域生態需水等領域的研究工作。E-mail: zhangq68@bnu.edu.cn

2016-04-30