成 威， 王連喜， 李 琪， 劉 暢， 王 清

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210044； 2.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210044；3.江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210044)

干旱是指長(zhǎng)期無(wú)降水或降水顯著偏少，土壤水分虧缺，不能滿足作物正常生長(zhǎng)所需的水分，影響正常生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降甚至絕收的氣候現(xiàn)象[1]。干旱的發(fā)生是一個(gè)緩慢漸進(jìn)的綜合過(guò)程，可能出現(xiàn)在任何時(shí)間任何地域，受降水、蒸散、地形、灌溉、底墑、種植結(jié)構(gòu)等多種因素綜合影響[2-3]，具有影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)[4]，是全球很多國(guó)家和地區(qū)的的主要自然災(zāi)害之一，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響也極大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年受旱災(zāi)害面積高達(dá)2×107hm2，直接造成糧食損失100多億元[5]，是所有自然災(zāi)害造成糧食損失的一半以上[6]。通過(guò)對(duì)西南地區(qū)干旱的研究，結(jié)果表明西南4個(gè)省份的干旱對(duì)水稻的影響顯著[7]。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)指出，未來(lái)幾十年干旱呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，干旱的頻發(fā)所造成的損害和影響引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[8]。因此，實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)旱情對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有重大意義。

目前國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)干旱的方法主要有2種：一是基于地面氣象站數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)干旱監(jiān)測(cè)方法；二是綜合反映氣象、農(nóng)業(yè)、水文要素的干旱遙感監(jiān)測(cè)方法[9]。前者有：土壤含水量指標(biāo)(常用土壤相對(duì)濕度RSM)、降水指標(biāo)(包括降水距平百分率PA和標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)SPI)[10]、Palmer干旱指數(shù)[11]、綜合指數(shù)CI[12]等。這些方法是通過(guò)對(duì)不同地區(qū)不同站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出干旱指數(shù)，再對(duì)干旱指數(shù)分析來(lái)判斷干旱發(fā)生的時(shí)間、范圍和程度。傳統(tǒng)方法可以針對(duì)某一地點(diǎn)而獲得較為準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)，但由于氣象站空間分布的不均勻性和稀疏性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)獲取困難且難以做到大面積大范圍的干旱研究。后者是遙感干旱監(jiān)測(cè)。遙感監(jiān)測(cè)方法大致可以分為3類(lèi)。第一類(lèi)是基于植被指數(shù)的，例如AVI(距平植被指數(shù))、VCI(植被狀況指數(shù))[13]。但是由于植被指數(shù)易飽和以及滯后于土壤濕度和降水的變化等問(wèn)題，給干旱的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了一定困難。另一類(lèi)是基于地表溫度的，例如TCI(溫度條件指數(shù))和NDTI(歸一化溫度指數(shù))。第三類(lèi)是融合地表溫度和植被指數(shù)的干旱指數(shù)。Price[14]和Carlson[15]等發(fā)現(xiàn)如果植被覆蓋范圍從裸土到完全被植被覆蓋的地面，土壤含水量從完全干旱到水分充足，植被指數(shù)和LST的融合結(jié)果是呈三角形狀的散點(diǎn)圖。例如，TVDI(溫度植被干旱指數(shù)法)[16]、VTCI(條件溫度植被指數(shù))[17]、VSWI(植被供水指數(shù))[18]和WDI(水分虧缺指數(shù))[19]等被廣泛運(yùn)用于不同的時(shí)間尺度和空間尺度，簡(jiǎn)單的計(jì)算和較好的效果使干旱遙感監(jiān)測(cè)方法得到世界各國(guó)研究者的關(guān)注，近幾十年來(lái)取得了豐碩的成果。

河南省是我國(guó)的第一糧食生產(chǎn)大省。河南位于我國(guó)華中地區(qū)，氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，在南北過(guò)渡帶中，受季風(fēng)影響大，降水季節(jié)分配不均，多集中在夏季，且降水的空間分布差異大，干旱災(zāi)害發(fā)生頻率高[20]，其中，春旱是河南省干旱發(fā)生幾率最高的干旱[21]，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)春旱的發(fā)生頻率隨著全球氣候變暖加劇而表現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，同時(shí)危害也是最嚴(yán)重的[22]。河南省耕地面積約為717.92萬(wàn)hm2，主要種植的農(nóng)作物是小麥和玉米，春季是小麥的生長(zhǎng)旺盛期，干旱不僅影響小麥生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，還影響小麥的產(chǎn)量。干旱對(duì)農(nóng)業(yè)的影響最深刻最直接，而作為農(nóng)業(yè)大省的河南，當(dāng)干旱發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，嚴(yán)重的旱災(zāi)甚至?xí)?dǎo)致糧食顆粒無(wú)收，嚴(yán)重影響人們的社會(huì)生產(chǎn)與生活。因此，對(duì)春旱進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)小麥生育生長(zhǎng)期出現(xiàn)的旱情，有效地抗旱減災(zāi)，對(duì)河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展有著積極作用。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

河南位于31°23′～36°22′N(xiāo)，110°21′～116°39′E，總面積16.7萬(wàn)km2，耕地面積約為717.92萬(wàn)hm2。地勢(shì)西高東低，北部、西部、南部有山脈，東部和中部是平原。在南北過(guò)渡帶中，受季風(fēng)影響大，降水季節(jié)分配不均，降水區(qū)域分布差異大，氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候。2012年河南省降水量總體呈緯向分布，自北向南逐漸增加，降水量為520～1 430 mm。以信陽(yáng)市為最高，大部分區(qū)域高于1 000 mm，年降水最少的為豫北區(qū)域，不足650 mm，大部分區(qū)域降水量在700～1 000 mm之間。河南省是我國(guó)農(nóng)業(yè)大省，全省小麥總產(chǎn)量約占全國(guó)小麥總產(chǎn)量的1/4，小麥的發(fā)育生長(zhǎng)期是第一年10月下旬至次年的6月上旬[23]，其中春季是小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的重要時(shí)期，極易遭受干旱的脅迫。

1.2 歸一化植被指數(shù)NDVI

植被體內(nèi)葉綠素變化時(shí)其光譜特征也會(huì)隨之發(fā)生變化，NDVI就是通過(guò)光譜特征來(lái)反映植被生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)的指數(shù)。而且NDVI是最簡(jiǎn)單可行的大范圍干旱監(jiān)測(cè)指數(shù)[24]，相關(guān)研究表明NDVI對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)空跨度較大的旱情有明顯優(yōu)勢(shì)[25]。其定義式為：

(1)

αVIR是MODIS第1通道的紅光波段(580～680 nm)的反射率，αRED是第2通道的近紅外波段(840～890 nm)的反射率，反射率可以通過(guò)下載NASA官網(wǎng)提供的TERRA/MODIS系列產(chǎn)品獲取。

NDVI的理論范圍為-1～1，負(fù)值表示有云、水、雪等，0值表示有巖石、裸地等，正值表示有植被覆蓋，與植被分布密度呈線性相關(guān)[26]。NDVI指數(shù)經(jīng)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)更適用于監(jiān)測(cè)植被覆蓋率較高、作物蒸散較強(qiáng)的地區(qū)[24]。本研究采用NASA官網(wǎng)提供的NDVI產(chǎn)品(MOD13A2)，MOD13A2是16 d合成的空間分辨率為1 000 m、時(shí)間分辨率為24 h的歸一化植被指數(shù)NDVI產(chǎn)品，同樣是用最大值合成法得到16 d的NDVI數(shù)據(jù)。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，2012年3月5日至6月8日時(shí)段內(nèi)的NDVI值先經(jīng)過(guò)去負(fù)處理，其中零值所占百分比不超過(guò)5%，說(shuō)明河南省植被覆蓋率很高。

1.3 陸地表面溫度LST

衛(wèi)星遙感獲得的LST產(chǎn)品綜合反映了下墊面的溫度，裸土區(qū)域可稱為土壤溫度，植被覆蓋區(qū)域可稱為植被冠層溫度。當(dāng)遭遇干旱時(shí)，土壤含水量減少，同時(shí)土壤熱容量也減少，接受太陽(yáng)輻射后的增溫幅度變大，土壤溫度上升。在有植被覆蓋的區(qū)域，遭遇干旱時(shí)，植被供水不足，植被關(guān)閉毛孔來(lái)減少體內(nèi)水分散失，同時(shí)氣孔的關(guān)閉使植被體內(nèi)熱量散失減少，導(dǎo)致植被冠面溫度升高；相反，植被供水充足時(shí)，植被毛孔不關(guān)閉，熱量散失增大，植被冠面溫度降低。LST也是一個(gè)監(jiān)測(cè)干旱的重要指標(biāo)。本研究采用的地表溫度數(shù)據(jù)是NASA網(wǎng)站上提供的陸地表面溫度產(chǎn)品MOD11A2，它是將8 d內(nèi)每天的空間分辨率為1 000 m、時(shí)間分辨率為24 h的陸地表面溫度產(chǎn)品通過(guò)算術(shù)平均法得到的。

1.4 植被供水指數(shù)VSWI

VSWI指數(shù)適用于植被覆蓋多的地區(qū)，重點(diǎn)反映作物受到干旱威脅的程度。其物理意義是：當(dāng)作物供水正常時(shí)，衛(wèi)星遙感獲取的的植被指數(shù)和作物冠層溫度都保持在一定的范圍內(nèi)；若遭遇干旱，作物供水不足，一是作物的生長(zhǎng)受到影響，二是作物的冠層溫度將會(huì)升高，衛(wèi)星遙感獲取的植被指數(shù)將降低。植被供水指數(shù)的定義式為：

(2)

根據(jù)VSWI指數(shù)的定義，一般來(lái)說(shuō)，下墊面是干燥裸土?xí)r，NDVI降低，LST升高；下墊面是濕潤(rùn)裸土?xí)r，NDVI升高，LST降低；下墊面是干燥植被時(shí)，NDVI降低，LST升高；下墊面是干旱植被時(shí)，NDVI降低，LST升高；尤其VSWI受NDVI的影響大[27]，因?yàn)閂SWI比較適用于植被覆蓋好的下墊面。

當(dāng)出現(xiàn)旱情或供水不足時(shí)，植被生長(zhǎng)受迫，NDVI下降，LST升高，VSWI變?。环粗畡tVSWI增大。

1.5 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

采用MODIS遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品：2012年3月5日至6月8日的MOD11A2和MOD13A2數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來(lái)自NASA官網(wǎng)：https：//ladsweb.nascom.nasa.gov/data/add.html)。

另外，本研究用到的地面氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)有河南省15個(gè)農(nóng)氣觀測(cè)站點(diǎn)的3月5日至6月8日的降水?dāng)?shù)據(jù)，同時(shí)還采用河南省氣象局發(fā)布的農(nóng)業(yè)氣象旬報(bào)月報(bào)資料等。

本研究采用MRT和ENVI等軟件對(duì)MODIS影像進(jìn)行預(yù)處理，其中用MRT對(duì)影像進(jìn)行鑲嵌，投影轉(zhuǎn)換為WGS-84，Geographic坐標(biāo)系。由于下載的NDVI(16 d)和LST(8 d)產(chǎn)品的時(shí)間分辨率不一致，所以用ENVI將2個(gè)8 d的LST數(shù)據(jù)合成1個(gè)16 d的LST數(shù)據(jù)，從而使LST產(chǎn)品的時(shí)間分辨率與NDVI數(shù)據(jù)匹配。最后根據(jù)VSWI模型公式在ENVI中用Bandmath算出柵格數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

本研究基于研究區(qū)域內(nèi)2012年3月5日至6月8日的遙感影像，運(yùn)用MODIS數(shù)據(jù)中的NDVI和LST這2種植被指數(shù)并構(gòu)建并計(jì)算出VSWI，結(jié)合河南省15個(gè)地面農(nóng)業(yè)氣象站的氣象數(shù)據(jù)從以下3個(gè)方面進(jìn)行分析：一是分析VSWI與降水的變化趨勢(shì)；二是分析VSWI與小麥糧食產(chǎn)量的相關(guān)性；三是用VSWI反演河南省春季干旱的分布情況，分析旱情。

2.1 VSWI與降水的相關(guān)性分析

2.1.1 降水距平百分率 降水指標(biāo)能夠從側(cè)面反映一定時(shí)期內(nèi)研究區(qū)的干旱發(fā)生程度，降水距平百分率指數(shù)能反映降水量偏離歷史同期多年平均降水量的程度，降水距平百分率能夠直觀地反映降水異常引發(fā)的干旱[28]。本研究采用的降水距平百分率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自《河南省抗旱應(yīng)急預(yù)案》[29]：規(guī)定年尺度下，-30%<降水距平百分率≤-15%為輕度干旱，-40%<降水距平百分率≤-30%為中度干旱，-45%<降水距平百分率≤-40%為嚴(yán)重干旱，降水距平百分率≤-45% 為特大干旱。而在規(guī)定季尺度下：-50%<降水距平百分率≤-25%為輕度干旱，-70%<降水距平百分率≤-50% 為中度干旱，-80%<降水距平百分率≤-70%為嚴(yán)重干旱，降水距平百分率≤-80%為特大干旱。

2.1.2 VSWI與降水量的相關(guān)性分析 根據(jù)河南省氣象局報(bào)告，2012年河南省降水量總體呈緯向分布，自北向南逐漸增加，降水量為520～1 430 mm。以信陽(yáng)市為最高，大部分區(qū)域高于1 000 mm，年降水最少的為豫北區(qū)域，不足650 mm，大部分區(qū)域降水在700～1 000 mm之間。為了便于研究VSWI與降水量的相關(guān)性，從豫北、豫南、豫西、豫東和豫中分別選擇安陽(yáng)、信陽(yáng)、三門(mén)峽、商丘、許昌5個(gè)典型地區(qū)的站點(diǎn)，分別將2012年3月5日至6月8日每16 d合成的VSWI與每16 d的累計(jì)降水量進(jìn)行比較(3月5日即2012年的第65天)。從圖2可以看出，研究時(shí)段內(nèi)VSWI的變化趨勢(shì)與累計(jì)降水量基本一致，安陽(yáng)在第82天降水量達(dá)到2.9 mm，而VSWI指數(shù)也達(dá)到研究時(shí)間內(nèi)的最高值，達(dá)到0.001 7左右，其后隨著降水量的逐漸減少，VSWI指數(shù)也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在第81天至145天兩者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.425，表明安陽(yáng)地區(qū)在研究時(shí)間段后期VSWI指數(shù)與降水量的變化趨勢(shì)基本吻合；而在商丘，在第97天降水量達(dá)到19 mm左右，為研究時(shí)間內(nèi)最高值，同時(shí)VSWI也達(dá)到研究時(shí)間內(nèi)最高值，在0.002 2左右，隨后由于降水量的急劇減少，VSWI也呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)，而商丘的VSWI指數(shù)與降水量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.68，表明商丘地區(qū)VSWI指數(shù)與降水量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)吻合很好；而在許昌和三門(mén)峽，降水量與VSWI均呈現(xiàn)較符合的變化趨勢(shì)，VSWI指數(shù)與降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.57和0.64；而在信陽(yáng)，降水量與VSWI的變化趨勢(shì)最為接近，從第65天開(kāi)始，降水量逐步增加，而VSWI也在逐步增加，兩者均在第113天達(dá)到最大值，隨后降水量與VSWI有逐步降低，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.67，表明了降水量與VSWI指數(shù)的變化趨勢(shì)吻合得很好。綜上可以看出，降水少時(shí)VSWI值較低，旱情嚴(yán)重；降水后VSWI值升高，旱情得到緩解。充沛的降水保證土壤供水充足，NDVI值增高，LST值下降，則VSWI增高，反之VSWI降低。

2.2 VSWI與糧食產(chǎn)量相關(guān)性分析

2012年河南省各市的小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于《河南統(tǒng)計(jì)年鑒2013》。研究中合成了每16 d的VSWI圖像6張，每張都用掩膜提取將河南省的18個(gè)市分割出來(lái)，并一一計(jì)算小麥種植區(qū)的VSWI平均值。最后將VSWI平均值與查統(tǒng)計(jì)年鑒得到的每個(gè)地市的小麥產(chǎn)量做相關(guān)性分析(表1)。

小麥的生長(zhǎng)發(fā)育期過(guò)程大致如下：2012年3月8—28日是小麥的返青—拔節(jié)期；3月29日至5月8日是拔節(jié)—抽穗期；5月9日至6月8日是乳熟—成熟期。

從表1分析VSWI和糧食產(chǎn)量的相關(guān)性可看出，雖不是所有指數(shù)都通過(guò)了0.05水平顯著性檢驗(yàn)，即使是在同一片地區(qū)，考慮到不同作物對(duì)干旱的耐受度是不同的，總體來(lái)說(shuō)VSWI和糧食產(chǎn)量是表現(xiàn)為較強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系的。

2011年和2012年連續(xù)2年發(fā)生干旱，雖然2012年春季少降水，但是由于在冬季降水豐富，在土壤底墑的作用下幫助播后出苗[30]。3月，小麥正經(jīng)歷返青期轉(zhuǎn)到拔節(jié)出苗期，正是小麥需水量大的時(shí)期，此時(shí)若遭受到干旱災(zāi)害的威脅，水分不足，影響小麥幼苗的生長(zhǎng)。4月6—21日，此期間河南省迎來(lái)了降水，土壤相對(duì)濕度值升高，一定程度上緩解了3月和4月初的旱情，促進(jìn)了小麥的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，VSWI升高，該時(shí)間段內(nèi)VSWI與糧食產(chǎn)量中等程度相關(guān)。4月下旬至5月下旬是小麥的拔節(jié)期晚期到抽穗期，降水量雖有小幅度減少，但仍比3月時(shí)降水量多，小麥進(jìn)行正常的灌漿但可能后期灌漿不足，該時(shí)間段的VSWI與糧食產(chǎn)量呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。5月下旬至6月上旬，小麥成熟階段，是需水的關(guān)鍵時(shí)期，若降水偏少且高溫，可能出現(xiàn)小麥植株矮小、穗小、粒少的現(xiàn)象。

表1 遙感干旱監(jiān)測(cè)指數(shù)VSWI與糧食產(chǎn)量的相關(guān)性分析

干旱對(duì)農(nóng)作物的脅迫程度與干旱發(fā)生的季節(jié)以及持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短和農(nóng)作物自身品種和對(duì)干旱的適應(yīng)能力有關(guān)，小麥不同生長(zhǎng)時(shí)期的需水量也不同。干旱導(dǎo)致糧食減產(chǎn)主要是因?yàn)橥寥浪痔澣保瑥亩档托←湹墓酀{強(qiáng)度。干旱程度越重，灌漿強(qiáng)度下降幅度越大，正常灌漿時(shí)間減短[31]。若在小麥的各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期都遭遇干旱，各個(gè)時(shí)期造成的減產(chǎn)量不同，多個(gè)時(shí)期干旱造成的糧食減產(chǎn)往往大于單個(gè)時(shí)期干旱疊加的效果。

2.3 利用VSWI反演河南省干旱時(shí)空分布

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)地獲取災(zāi)害的信息，植被供水指數(shù)VSWI可以清晰、真實(shí)地反映旱情的發(fā)生、發(fā)展和加重或減輕的過(guò)程。由于國(guó)家相關(guān)部門(mén)沒(méi)有給出嚴(yán)格的基于植被供水指數(shù)的干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)前人研究結(jié)果[32-35]，結(jié)合了研究區(qū)研究時(shí)段的VSWI數(shù)據(jù)，大致分為以下4個(gè)等級(jí)：VSWI值在0～0.000 5為嚴(yán)重干旱，>0.000 5～0.000 8為中度干旱，>0.000 8～0.001 2為輕度干旱，>0.001 2～0.002 0為適宜。在2012年3月5日至6月8日這100多天的天氣情況可概括為持續(xù)少雨、大風(fēng)、高溫(來(lái)自河南省氣象局農(nóng)業(yè)氣象周報(bào))，本研究在前面對(duì)降水量距百分率分析結(jié)果也表明了春季旱情的基本情況。本研究給出了VSWI對(duì)2012年河南省春季干旱監(jiān)測(cè)的結(jié)果，將2012年3月5日至6月8日的每16 d的VSWI計(jì)算出來(lái)后，按照上述的干旱等級(jí)劃分指標(biāo)對(duì)圖像進(jìn)行密度分割和重分類(lèi)后，重旱染紅色，中旱染黃色，輕旱染淡綠色，適宜染深綠色(圖3)。結(jié)合配圖探討基于遙感數(shù)據(jù)對(duì)河南省春季旱情變化趨勢(shì)的響應(yīng)，以植被供水指數(shù)VSWI為例進(jìn)行較為詳細(xì)的分析與描述。

河南省春季旱情的變化趨勢(shì)可以概述為：干旱發(fā)生→嚴(yán)重干旱→干旱減緩→干旱加重。如圖3所示，3月份上旬，河南省北部、南部、西南部旱情已經(jīng)暴發(fā)，由表2可得知達(dá)到嚴(yán)重干旱的地區(qū)面積大約占河南省的43%，對(duì)比染深綠色的適宜程度的地區(qū)在圖3-a中寥寥。然后隨著時(shí)間的推移和降水的到來(lái)，到3月下旬，只有豫北、豫南、西南一部分地區(qū)還是嚴(yán)重干旱，其余地區(qū)旱情從原來(lái)的中旱和輕旱緩解到正常生長(zhǎng)狀態(tài)，南陽(yáng)、平頂山、漯河、駐馬店出現(xiàn)了大范圍濕潤(rùn)狀態(tài)。直至4月中旬，干旱加速蔓延，豫北和西南部的安陽(yáng)、鶴壁、濟(jì)源、三門(mén)峽仍是處于重旱中，豫西也由適宜降到輕旱。但是西北部以及中南部干旱較為嚴(yán)重，其他地區(qū)都是中旱以及輕旱。4月下旬，整個(gè)河南省的旱情大大得到了緩解，適宜地區(qū)大約占河南省的40%，西北部干旱逐漸開(kāi)始緩解，河南省大部分地區(qū)的旱情基本解除。5月，河南省北部、西南部及南部地區(qū)仍有部分地區(qū)處于重旱中，如新鄉(xiāng)、鄭州和信陽(yáng)的部分地區(qū)。而到5月下旬，全省旱情較之前加重了，輕旱及以上的面積達(dá)到85%。到6月上旬，干旱席卷河南省，植被狀況一直很好的商丘、許昌、漯河、周口等地區(qū)呈現(xiàn)大面積的干旱。

表2 2012年南省春季干旱遙感監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

最后將每16 d合成的6個(gè)VSWI柵格數(shù)據(jù)在ENVI中作出平均值(圖4)，來(lái)研究河南省春旱的整體情況。從圖4可以看出，豫北、豫南、豫西一直受到干旱的脅迫，部分豫東和豫中的情況大體上保持濕潤(rùn)。計(jì)算了18個(gè)市的小麥單位面積產(chǎn)量(按播種面積計(jì)算)，省單位面積產(chǎn)量為6 057 kg/hm2，VSWI情況較好的區(qū)域如焦作、商丘、周口、許昌，單位面積產(chǎn)量都超過(guò)了7 000 kg/hm2，生產(chǎn)情況最好的是焦作市，單位面積產(chǎn)量為7 666.934 kg/hm2，超出平均值1 600 kg/hm2。

3 結(jié)論與展望

引用前人結(jié)果，基于降水距平百分率，說(shuō)明河南省2012年春季出現(xiàn)降水異常，PA為-56.9%，為重旱。本研究還分析了VSWI與降水量的關(guān)系，得出結(jié)論：研究時(shí)段內(nèi)VSWI的變化趨勢(shì)與累計(jì)降水量基本一致。

降水是影響土壤濕度的重要因素，土壤相對(duì)濕度與平均降水量的變化趨勢(shì)基本一致[32]。水分成為植被生長(zhǎng)的限制因子時(shí)，當(dāng)降水豐富時(shí)，滿足植被生長(zhǎng)的需水量，NDVI增大，LST減小；當(dāng)降水不足時(shí)，植被生長(zhǎng)狀況不佳，NDVI減小，LST增大，總的來(lái)說(shuō)，NDVI與LST呈負(fù)相關(guān)。有學(xué)者指出，在用NDVI和LST進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)時(shí)，二者存在相反的變化趨勢(shì)[33]，本研究得出的結(jié)論與之一致。

本研究針對(duì)性地研究2012年河南省典型的春旱，將VSWI進(jìn)行市域分割，分別與對(duì)應(yīng)地市的小麥產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，顯示較強(qiáng)的相關(guān)性。在小麥的不同生長(zhǎng)時(shí)期遭受的干旱強(qiáng)度不同，各個(gè)時(shí)期造成的減產(chǎn)量不同，多個(gè)時(shí)期干旱造成的糧食減產(chǎn)量往往大于單個(gè)時(shí)期干旱疊加的效果。此外，本研究用VSWI和小麥產(chǎn)量做相關(guān)性研究，所用的NDVI圖像是所有植被覆蓋的，由于時(shí)間因素，并未提取出耕地像元，有待改進(jìn)。

利用遙感影像數(shù)據(jù)構(gòu)建干旱監(jiān)測(cè)指數(shù)VSWI，劃分干旱等級(jí)，實(shí)際應(yīng)用效果較好，可以利用VSWI指數(shù)監(jiān)測(cè)河南省春季旱情。VSWI值較高地區(qū)的單位面積小麥產(chǎn)量比河南省平均值要高出26%。進(jìn)行遙感檢測(cè)時(shí)，下墊面的差異可導(dǎo)致結(jié)果存在差異，因此本研究給出的干旱等級(jí)也只是相對(duì)的。

NDVI是最大值合成法合成的產(chǎn)品，LST是算術(shù)平均法合成的產(chǎn)品，NDVI取最大值時(shí)的時(shí)間和LST取平均值的時(shí)間尺度上不匹配，從而影響VSWI，這也有產(chǎn)品自身的原因，查閱了大量文獻(xiàn)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)更好的解決方法，希望以后在此方面有所改進(jìn)。

河南省春季干旱頻發(fā)，但針對(duì)河南春旱的監(jiān)測(cè)研究很少，希望以后有更多針對(duì)春旱使用其他監(jiān)測(cè)指數(shù)的研究出現(xiàn)。考慮到不同作物對(duì)干旱的耐受不同，以河南省小麥為例，針對(duì)某一區(qū)域的某種作物進(jìn)行旱情檢測(cè)，有必要?jiǎng)澐洲r(nóng)時(shí)和農(nóng)區(qū)。