王 磊 王勝道
(平頂山學(xué)院,河南 平頂山 467000)
農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)系著人們的生產(chǎn)生活。如何發(fā)展好農(nóng)業(yè),是當(dāng)今社會(huì)積極探索的重要內(nèi)容之一。因此,如何預(yù)防農(nóng)業(yè)災(zāi)害便成了社會(huì)發(fā)展的重要議題之一。自21世紀(jì),我國(guó)各產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,自然災(zāi)害發(fā)生頻率也在逐步升高。在這些災(zāi)害中,約70%屬于氣象災(zāi)害,而氣象災(zāi)害中超過50%是干旱災(zāi)害,我國(guó)每年因干旱而產(chǎn)生的損失可達(dá)數(shù)千億元。此外,糧食安全是關(guān)系到千家萬戶的民生大事,因此對(duì)農(nóng)業(yè)干旱的研究具有極大的意義。
平頂山市地處河南省中部,農(nóng)業(yè)發(fā)展在平頂山市具有舉足輕重的地位。但由于近些年來平頂山市農(nóng)業(yè)干旱現(xiàn)象不斷發(fā)生,給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了嚴(yán)重影響。平頂山市地處豫中地區(qū),處于伏牛山地區(qū)向黃海平原的過渡區(qū),農(nóng)業(yè)干旱問題尤為突出。
對(duì)農(nóng)業(yè)干旱的傳統(tǒng)研究方法主要是利用氣象站點(diǎn)收集土壤墑情數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析,然后得出結(jié)論。在小面積范圍內(nèi),這種方法是值得推薦的,但研究范圍擴(kuò)大至一個(gè)地級(jí)市甚至更大的范圍,該方法的局限性就顯而易見。一是站點(diǎn)位置分散,有時(shí)不能涵蓋研究范圍,且站點(diǎn)數(shù)量有限,無法做到大規(guī)模觀測(cè)。二是需耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力及財(cái)力對(duì)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)下可利用衛(wèi)星圖像結(jié)合相關(guān)氣象數(shù)據(jù)及信息在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大面積地區(qū)進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè),在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步分析農(nóng)業(yè)干旱的時(shí)間與空間分布規(guī)律,為農(nóng)業(yè)干旱防御提供依據(jù)。
利用遙感技術(shù)進(jìn)行地面數(shù)據(jù)與信息的采集,同時(shí)結(jié)合國(guó)家氣象網(wǎng)站及平頂山市地方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得氣象數(shù)據(jù),對(duì)利用遙感技術(shù)所采集的地面數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證及補(bǔ)充,最終得出農(nóng)業(yè)干旱在該區(qū)域的時(shí)空演變情況,并總結(jié)出結(jié)論與規(guī)律。根據(jù)溫度植被干旱指數(shù)(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)模型概念,得出植被覆蓋度與溫度之間的線性關(guān)系,利用地表溫度反演圖像、試驗(yàn)日期的彩色衛(wèi)星圖像、氣象歷史數(shù)據(jù)及實(shí)地考察證明植被豐富區(qū)氣溫絕大多數(shù)低于當(dāng)日試驗(yàn)區(qū)裸露及城市部分,并通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算,證明試驗(yàn)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性[1]。
使用TVDI模型并利用遙感技術(shù)在不耗費(fèi)大量人力與物力的情況下,對(duì)2015—2018年平頂山市農(nóng)業(yè)干旱情況進(jìn)行了研究,并得出了結(jié)論,為之后該地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)。利用遙感衛(wèi)星圖像,可做到在短時(shí)間內(nèi)對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè),并可連續(xù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè),從而總結(jié)出平頂山市農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生規(guī)律,為農(nóng)民生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有效指導(dǎo),進(jìn)而減少干旱帶來的損失[2]。
遙感圖像選用的是Landsat8的OLI和TIRS圖像,圖像行列號(hào)分別為124-36和124-37,圖像從地理空間數(shù)據(jù)云獲?。╤ttp://www.gscloud.cn/)[3]。選取的圖像總天數(shù)為9 d,共跨越2015年4月至2018年1月,且根據(jù)歷史氣象資料,所選取的9 d中無一天處于陰雨天及選取圖像日期前后兩三天無明顯降水,以保證所選日期的代表性(代表研究區(qū)域的四季)。氣象數(shù)據(jù)來源于歷史氣象數(shù)據(jù),具體從國(guó)家氣象網(wǎng)站獲取。
整個(gè)試驗(yàn)是在ENVI5.3和ArcGIS10.2軟件的共同應(yīng)用下實(shí)現(xiàn)與完成的,之后利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析,并得出結(jié)論。
截至目前,對(duì)TVDI的劃分有多種方法,筆者采用吳黎[4]的農(nóng)業(yè)干旱劃分方法。該方法獲得的TVDI劃分值與實(shí)際地表樣本干旱值吻合度可達(dá)83%,為相對(duì)比較可靠及先進(jìn)的方法。在此劃分方法中,TVDI被分為5個(gè)等級(jí):TVDI值小于0.46時(shí),所在地區(qū)為無旱;TVDI值為0.46~0.57時(shí),所在地區(qū)為輕旱;TVDI值為0.57~0.76時(shí),所在地區(qū)為中旱;TVDI值為0.76~0.86時(shí),所在地區(qū)為重旱;TVDI值大于0.86時(shí),所在區(qū)域?yàn)樘睾担?]。該方法驗(yàn)證區(qū)域與平頂山市年降水量、蒸發(fā)量及其他數(shù)據(jù)相似,因此該方法適用于平頂山市農(nóng)業(yè)干旱劃分。
根據(jù)TVDI模型概念,可得出植被覆蓋度與溫度之間有線性關(guān)系,因此根據(jù)之前制作的地表溫度反演圖像、試驗(yàn)日期的彩色衛(wèi)星圖像、氣象歷史數(shù)據(jù)及部分實(shí)地考察證明植被豐富區(qū)氣溫絕大多數(shù)低于當(dāng)日試驗(yàn)區(qū)裸露及城市部分,并通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算,以證明試驗(yàn)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。
通過對(duì)比所選取不同季節(jié)6日地表溫度圖像和TVDI指數(shù)圖像可得出結(jié)論,即大部分地區(qū)地溫與TVDI值成正相關(guān),再結(jié)合歷史土地用地資料查詢,并選取部分研究區(qū)域中不同種類用地進(jìn)行實(shí)地考察,最終得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論真實(shí)可靠(見圖1)。
圖1 2015年4月23日平頂山市不同時(shí)間地表溫度與TVDI值
平頂山市不同年份不同季節(jié)TVDI值空間分布如圖2至圖5所示。
圖2 2015年平頂山市TVDI值空間分布
圖5 2018年1月5日平頂山市TVDI值空間分布
春季平頂山市干旱多發(fā)生于北部,南部濕潤(rùn)度整體大于北部,大致可從西北到東南做一條30°的平分線,在此線以北,農(nóng)業(yè)干旱情況整體嚴(yán)重于南部,春季干旱較為嚴(yán)重的縣區(qū)集中分布于汝州市、寶豐縣、郟縣及葉縣北部地區(qū)。其中,汝州市北部因山脈阻擋,加之裸地較多,因此易形成干旱。
圖3 2016年平頂山市TVDI值空間分布
圖4 2017年平頂山市TVDI值空間分布
夏季平頂山市干旱中心由北部轉(zhuǎn)移至中部,其中心位置為石龍地區(qū)。
秋季平頂山市大部分地區(qū)遭受了不同程度的農(nóng)業(yè)干旱,主要集中區(qū)域由夏季的中西部轉(zhuǎn)移至東部,東部大部分地區(qū)為特旱災(zāi)區(qū),西部為重旱災(zāi)區(qū),只有極少數(shù)西南部和南部為無旱區(qū)。其原因主要是降水稀少,同時(shí)由于試驗(yàn)選取日期為初秋時(shí)節(jié),溫度依然較高,蒸發(fā)量較大,加之季風(fēng)已經(jīng)南下,因此產(chǎn)生了大面積干旱。
冬季平頂山市干旱中心由上一年秋季的東部轉(zhuǎn)移至30°平分線的下半部分。其產(chǎn)生原因主要可歸結(jié)為冬季時(shí)西南部山區(qū)大多數(shù)植被和農(nóng)作物干枯,屬于含水量較少的時(shí)節(jié),因此該地區(qū)干旱程度較重,成為新的干旱中心,反而是之前夏季干旱較為嚴(yán)重的中北部地區(qū)干旱程度較其他地區(qū)而言較輕。但是,整體干旱趨勢(shì)較上一年秋季有所減輕,進(jìn)入春季后期隨著降水的增加,整體干旱程度進(jìn)一步減輕。
平頂山市春季與冬季干旱情況相對(duì)較輕,夏秋兩季干旱情況相對(duì)較嚴(yán)重,干旱時(shí)間演變趨勢(shì)可歸結(jié)為春季到秋季呈干旱逐步加重趨勢(shì),秋季至次年春季干旱情況有所好轉(zhuǎn),呈逐漸減輕趨勢(shì)。
根據(jù)表1至表3的遙感圖像TVDI值及氣象資料可知,平頂山市不同干旱區(qū)的時(shí)間變化不同。其中,無旱區(qū)的變化特點(diǎn)是春季到夏季呈減少趨勢(shì),夏季到秋季情況依然不樂觀,變動(dòng)幅度較小,冬季情況有所好轉(zhuǎn),無旱區(qū)面積增大。輕旱區(qū)的變化趨勢(shì)是2015年4月至2016年2月逐步減小,這4個(gè)季度大部分面積還是由中旱和特旱面積構(gòu)成;2016年夏季至秋季輕旱區(qū)面積在不斷減?。ń柚鷼v史氣象資料總結(jié)),到冬季有所上升;2017年春至2018年1月,除2018年春季面積有所擴(kuò)大,其他季節(jié)依然類似輕旱區(qū)上一年時(shí)間的變化規(guī)律,因此可歸納為輕旱區(qū)的面積從春季到秋季逐步減少,冬季則有所增加。2015年,中旱區(qū)秋季所占面積為4個(gè)季度中的最小值,其余3季度皆為所占面積最大值,除2015年秋季面積有所減小外,其他3季度面積整體變化情況不大;2016年,中旱區(qū)在該地區(qū)依然占據(jù)主導(dǎo)位置,除了2016年夏季和秋季面積有所減小外(結(jié)合氣象資料),其余大部分時(shí)間中旱區(qū)為當(dāng)?shù)孛娣e最大的區(qū)域;2017年中旱區(qū)面積從春季到秋季呈小范圍減小趨勢(shì),但整體所占面積依然為5個(gè)干旱劃分區(qū)中最大。重旱區(qū)和特旱區(qū)整體變化趨勢(shì)為春季至秋季逐步增強(qiáng),冬季有所好轉(zhuǎn)。
表1 2015年平頂山市TVDI值
表3 2017—2018年平頂山市TVDI值
平頂山市春季與冬季干旱情況相對(duì)較輕,夏秋兩季干旱情況相對(duì)較嚴(yán)重。平頂山市干旱時(shí)間演變趨勢(shì)可歸結(jié)為春季至秋季呈干旱逐步加重趨勢(shì),秋季至次年春季干旱情況有所好轉(zhuǎn),呈逐漸減輕趨勢(shì)。
表2 2016年平頂山市TVDI值
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析,可歸納出2015年春季至2018年春季平頂山市農(nóng)業(yè)干旱問題嚴(yán)重,因此需做好防御工作。平頂山市主要農(nóng)作物有水稻、小麥、玉米、棉花、大豆、油菜、馬鈴薯和花生等,其中水稻需要的灌溉水資源較多,因此做好水庫(kù)蓄水工作十分重要。2015年春季至2018年春季平頂山市秋旱十分嚴(yán)重,易造成農(nóng)作物生長(zhǎng)需水不足,產(chǎn)量降低,因此需加強(qiáng)利用高新科技及其他方法彌補(bǔ)水資源不足的問題。如今跨流域調(diào)水已在此地實(shí)現(xiàn),但在灌溉技術(shù)方面還需繼續(xù)更新,要大規(guī)模采用滴灌模式,減少水資源浪費(fèi)。平頂山市整體干旱演變情況可歸納為春季至秋季逐漸嚴(yán)重,冬季至次年春季有所緩解。因此,有關(guān)部門要制訂相關(guān)計(jì)劃,有針對(duì)性地預(yù)防干旱,同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)有目的、有計(jì)劃地種植農(nóng)作物。