旱情监测方法及作用探究

摘要：河南省受季风气候影响较大，降水量时空分布也不均匀，导致干旱成为该省的主要自然灾害之一，给该省的工农业生产和人民生活带来很大的影响。因此需要实时、动态、宏观地对旱情进行监测，以便能够更好地为防旱、抗旱提供决策帮助。文章从干旱的形成原因着手，并针对目前比较常用的旱情监测方法进行了分析。

关键词：旱情监测方法；干旱；土壤热惯量；土壤波谱特征；蒸散模型；植被指数 文献标识码：A

中图分类号：TP79 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

干旱是一种水量相对亏缺的自然现象，相比于其他自然灾害来说，干旱具有明显的持续时间长、波及范围广等特点。所谓的旱情监测就是在确定了旱情监测指标的基础之上，通过实时监测到的旱情资料来计算出当前的旱情指标值，并以此来客观地评价旱情的强度和范围。就目前情况而言，利用遥感技术来进行旱情监测已成为趋势，其中在遥感技术的基础上基于土壤热惯量的旱情监测方法、基于土壤波谱特征的旱情监测方法、基于蒸散模型的旱情监测方法、基于植被指数的旱情监测方法已成为主要的旱情监测方法，具体如下：

1 基于土壤热惯量的旱情监测方法和作用

土壤水分是地球水资源的重要组成部分，其在大气水资源、地表水资源、地下水资源相互转化的过程中起到了纽带的作用，因此土壤水分进行监测对于旱情监测有着重要意义。传统的监测土壤水分的方法有重量法、中子仪法、张力计法和时域反射法等，这些监测方法不仅需要大量的人力和物力，并且很难大范围地获取土壤水分数据资料，同时也不具有代表性。而土壤热惯量是土壤阻止温度变化能力的一个热特性参数，它与土壤水分有着密切的关系，因此近年来，基于土壤热惯量的方法已经成为土壤水分和旱情监测的主要方法。在我国，基于土壤热惯量的旱情监测方法是应用比较早、研究比较广的一种旱情监测方法。在实际工作中，工作人员主要通过建立不同的热惯量模型，利用大量的实时监测数据来建立热惯量和水分之间的稳定关系，从而使得该监测方法在小范围内、单一土壤上精确的进行旱情监测。

但是，我们不能忽略的是基于土壤热惯量的旱情监测方法是有着一定的局限性的。首先，由于其是在遥感技术的基础之上进行的，因此受天气的影响比较大，例如在多云的天气中遥感数据的误差比较大；其次，热惯量计算通常需要计算温度差，而在实际中，温度受植被的影响比较大，这样一来就很难获得土壤表面温度。因此，该监测方法比较适用于裸土或者植被覆盖较低的

区域。

2 基于土壤波谱特征的旱情监测方法和作用

不同湿度的土壤在可见光、红外光等方面表现出不同的波谱特征，这也就成为了利用光学或微波遥感对旱情进行监测的重要理论基础。众所周知，土壤水分的含量对于土壤的介电特性有着很大的影响，而微波对于土壤的湿度又是极为敏感的，因此通过建立土壤含水量和微波后向散射系数二者之间的关系就能够达到对旱情进行全天候的实时监测。目前，微波遥感技术以其全天候、全天时的工作特征以及对植被、土壤有着一定的穿透能力已经成为了最主要的旱情监测方法。

从作用上来看，微波遥感旱情监测方法的作用主要体现在以下三个方面：一是微波遥感能够实时、同步、大范围的提供土壤水分含量信息，遥感图像可以清晰的反映出遥感地区的干旱程度；二是微波遥感技术可以在空间范围内对多源、多时相的信息进行组合、集成、提取等拓扑分析；三是利用遥感信息源，辅以其他的专题信息如专题图件、统计资料等，即可有效地对土壤旱情进行分区、分级、分类的进行制图，从而为防旱、抗旱等决策提供信息支持服务。此外，我们需要注意的是，微波遥感旱情监测技术仍然有着不足之处。首先，利用微波遥感对旱情进行监测，其空间和时间分辨率难以和光学和红外遥感相比，这是由微波成像机理所决定的；其次，微波遥感的后向散射系数受地表粗糙度和植被的影响很大，这也就使得如何降低或消除地表粗糙度和植被对微波的影响成为目前利用微波遥感来对旱情进行监测的主要研究方向。

3 基于蒸散模型的旱情监测方法和作用

蒸散发是衡量一个地区水量是否平衡的重要依据，其不仅在水循环过程中有着极其重要的作用，更是生态过程和水文过程的重要纽带。因此，通过建立蒸散模型来对区域内水量的蒸散发是进行旱情监测的一个重要手段。目前，SEBAL模型及其改进版METRIC模型和SEBS模型已经被成功地用于旱情监测。其主要通过两种方法来估算地表的蒸散量：一是使用遥感表明辐射温度结合气温以及系列阻抗公式来求取显热，通过能力平衡余项表示蒸散；二是在P-M公式的基础之上直接进行蒸散计算。一般来说，前者的计算精准度比较高，而后者则较为简单易用。目前第二种蒸散计算方法应用比较广泛，例如张长春等人采用SEBS模型来对黄河三角洲区域的蒸散量进行了估算，同时结合同时期该地区的降水量，从而确定了该地区的干旱程度。

相比于其他旱情监测方法来说，基于蒸散模型的旱情监测方法的作用主要体现在两个方面：一是该监测方法能够直观地显示出一个地区的水分收支状况，工作人员可以根据该状况结合降水量对该地区的旱情进行正确的估测；二是该监测方法具有较强的地域性，虽然说地域性从某个方面限制了该监测方法的应用范围，使得该监测方法只能应用于局部地区，但从另一个角度来说，也使得该监测方法具有很大的可操作性，简单易行，能够给相关部门的旱情监测带来很大的便利，减少其工作量和人力物力的投入。

4 基于植被指数的旱情监测方法和作用

植被的生长和旱情的发展有着密切的联系，因此相关的工作人员研究利用植被指数来对旱情进行监测。目前已经利用的植被指数主要有三种：植被状态指数、综合植被指数、植被水分指数。其中植被状态指数指的是工作人员根据植被在缺水的情况下其生长状态发生相应的改变原理，结合天气气候中的“距平”概念，从而对植被覆盖地区的旱情做出判断。

不过由于除了干旱之外，洪涝、病虫害等灾害都会对植被的生长状态造成一定的影响，因此利用植被生长状态来对旱情进行监测具有一定的局限性；而综合植被指数是研究人员为了减少植被状态指数局限性提出的一个概念，其包括植被供水指数、植被干旱指数等，其中利用植被供水指数和NDVI值构建的植被综合指数应用比较广泛，当出现旱情时，植被的NDVI比值就会降低，而植被供水指数则会升高，植被供水指数越高则说明旱情越严重。此外，由于研究证明植被水分指数并不适用于植被覆盖率较低的区域，因此在利用植被水分指数进行旱情监测时往往会尽量引入其他判断以减少来自土壤的影响。

参考文献

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[2] 田国珍，武永利.土壤水分遥感监测及关键技术[J].山西农业科学，2013，（9）.

[3] 王君.遥感干旱监测研究进展[J].科技信息，2014，（14）.

[4] 吴炳方，熊隽，闫娜娜，杨雷东，杜鑫.基于遥感的区域蒸散量监测方法——ETWatch[J].水科学进展，2008，（5）.

作者简介：田莉（1982-），女，河南项城人，河南省周口水文水资源勘测局助理工程师，研究方向：水文监测。

（责任编辑：黄银芳）