段居琦 張 強 何雨峰 周廣勝 王有民 肖風勁

1.國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實驗室，北京，100081

2.中國氣象局/河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點開放實驗室，鄭州，450008

3.馬里蘭大學帕克分校地球系統(tǒng)科學交叉學科中心，馬里蘭，20742，美國

4.中國氣象科學研究院，北京，100081

1 引 言

干旱是降水異常減少引起的自然災(zāi)害，廣泛影響自然和社會經(jīng)濟各部門（Vicente-Serrano，et al，2012；Hao，et al，2017）。農(nóng)業(yè)是對氣候條件強依賴的領(lǐng)域。中國地處東亞季風氣候區(qū)，年際降水波動大，干旱災(zāi)害頻發(fā)（Zhang，et al，2015；Su，et al，2018），農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)超過2443 萬hm2/a，因旱災(zāi)造成的糧食損失高達300 億kg/a（張強等，2018）。全球變化背景下，20世紀60年代以來中國北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)（西北地區(qū)除外）干旱呈增加趨勢（Zou，et al，2005），未來干旱化將進一步加劇農(nóng)業(yè)干旱風險（Huang，et al，2018）。因此，開展干旱監(jiān)測、預(yù)警，準確及時地反映干旱發(fā)生、發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)的影響，可為中國干旱災(zāi)害防御和風險管理決策提供基礎(chǔ)信息。

監(jiān)測指標是準確監(jiān)測干旱的基礎(chǔ)。為提高氣象干旱監(jiān)測水平，研究人員已發(fā)展了多種干旱指標，如標準化降水指數(shù)（SPI）、標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）（Vicente-Serrano，et al，2010）、綜合干旱指數(shù)（CI）（Zou，et al，2005；鄒旭愷等，2008）、氣象綜合干旱指數(shù)（MCI）（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2017）、降水量百分位數(shù)（Svoboda，et al，2002）等，是氣象干旱監(jiān)測中的常用指標。但是從農(nóng)業(yè)對干旱響應(yīng)角度來說，上述氣象干旱指標缺乏對植被本身需水狀態(tài)和土壤供水情況的考慮，同時作物生產(chǎn)環(huán)境存在空間變異，因此常導致依此判定的農(nóng)業(yè)旱情偏差較大，特別是在灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)（黃中艷等，2013；Zhang，et al，2019）。為監(jiān)測農(nóng)業(yè)干旱，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/中國國家標準化管理委員會（2016）、Jackson等（1988）發(fā)展了作物水分虧缺指數(shù)、土壤濕度、作物形態(tài)指標等為代表的農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)。作物水分虧缺指數(shù)從作物生理水分平衡角度出發(fā)，科學性強，但在大范圍應(yīng)用時，計算干旱指數(shù)的生物物理參數(shù)準確獲取難度較大，影響了監(jiān)測結(jié)果的準確性（趙晨等，2001）。土壤濕度指標只反映作物生長的根系環(huán)境條件，不足以反映不同作物對干旱的響應(yīng)情況。作物長勢形態(tài)是植株受旱后生理生化過程變化的直接反映和直觀指標，具有較好的指示作用，但其對前期氣象干旱和土壤干旱響應(yīng)存在滯后性，并且引起植被長勢變差的氣候災(zāi)害多種多樣（Chen，et al，2019，Li，et al，2019），大范圍應(yīng)用時需要辨別致災(zāi)因子。因此，有必要在單一指標的基礎(chǔ)上，從氣象干旱和土壤干旱以及植被對干旱的響應(yīng)出發(fā)，整合生物環(huán)境信息與地面氣象觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建綜合干旱指標（Sepulcre-Canto，et al，2012；Hao，et al，2016；Zhang，et al，2019），以便較好地監(jiān)測干旱發(fā)生、發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)的影響。

計算干旱指標的數(shù)據(jù)是決定干旱監(jiān)測精準度的另一因素。研究初期，氣象站點觀測數(shù)據(jù)是干旱指數(shù)計算的主要信息來源（McKee，et al，1993）。20世紀90年代以后，隨著遙感技術(shù)發(fā)展（范錦龍等，2014），基于衛(wèi)星遙感土壤濕度、植被長勢、冠氣溫差等信息的干旱監(jiān)測指標逐漸得到應(yīng)用，極大地提高了干旱監(jiān)測結(jié)果的空間范圍和分辨率（周磊等，2015）。同時，陸面模式因其對陸面要素歷史的反演優(yōu)勢，使得模式輸出信息為回算干旱歷史提供了重要的數(shù)據(jù)支撐（Li，et al，2015）。陸面模式與遙感信息結(jié)合的數(shù)據(jù)同化技術(shù)兼具遙感監(jiān)測和模型模擬優(yōu)點，減小了陸面模式模擬結(jié)果的不確定性，提升了觀測數(shù)據(jù)的時、空分辨率（Shi，et al，2011），彌補了衛(wèi)星遙感對一些關(guān)鍵環(huán)境變量監(jiān)測的不足，如一般衛(wèi)星僅能監(jiān)測地表土壤濕度，無法監(jiān)測深層土壤濕度，使得陸面同化資料在干旱監(jiān)測研究中具有較大的應(yīng)用價值（Xia，et al，2019）。

東北地區(qū)是中國糧食主產(chǎn)區(qū)，糧食生產(chǎn)受到不同時間尺度的干旱災(zāi)害威脅（蔡菁菁等，2013），干旱脆弱性強、風險高。因此，本研究以東北地區(qū)為研究對象，擬在水分脅迫導致作物長勢變差和產(chǎn)量降低的科學認識基礎(chǔ)上（白莉萍等，2004；姜鵬等，2013；黃巖等，2019），以氣象干旱、土壤干旱和植被干旱存在傳導和響應(yīng)關(guān)系為依據(jù)（Xu，et al，2019；Bae，et al，2019），整合中國國家氣象觀測站、中國氣象局陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)土壤相對濕度和MODIS葉面積指數(shù)等多源數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建反映干旱及其對農(nóng)業(yè)影響的綜合監(jiān)測指標，并在站點和區(qū)域尺度上驗證監(jiān)測效果，以期為提升干旱發(fā)生、發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)影響監(jiān)測評估能力提供技術(shù)方案。

2 研究方法

2.1 綜合干旱指數(shù)構(gòu)建

以表征氣象干旱的標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）（Vicente-Serrano，et al，2010；中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2017）、表征土壤干旱的土壤濕度百分位（SMP）和表征植被干旱的葉面積指數(shù)百分位（LAIP）（Kogan，1995）為基礎(chǔ)，構(gòu)建綜合干旱指數(shù)（CDI）。具體方法如下：

（a）標準化降水蒸散指數(shù)

90 d時間尺度的標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI-90）計算參考國家標準《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2017）（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2017），將標準中使用的月尺度資料精細到日尺度觀測數(shù)據(jù)，使用逐日滾動90 d累計降水和蒸散差作為計算標準化降水蒸散指數(shù)的基礎(chǔ)?？紤]到氣溫資料觀測站點多且容易獲得，有利于實時干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)應(yīng)用，標準化降水蒸散指數(shù)中的潛在蒸散量計算采用桑斯維特方法。

（b）土壤濕度百分位

百分位數(shù)法是一種構(gòu)建干旱指數(shù)的方法，具有較廣泛的應(yīng)用。Kogan（1995）使用百分位數(shù)法構(gòu)建了基于植被指數(shù)的干旱監(jiān)測指標，美國干旱監(jiān)測系統(tǒng)使用土壤濕度的百分位作為干旱監(jiān)測指標（Svoboda，et al，2002）。本研究以土壤相對濕度為基礎(chǔ)，土壤濕度百分位的計算方法如下

式中，S M Pi為某站第i天的土壤相對濕度百分位，SMi為 某站第i天的土壤相對濕度， S Mimin為某站多年第i天的土壤相對濕度最小值， S Mimax為某站多年第i天的土壤相對濕度最大值。

（c）葉面積指數(shù)百分位

以植被葉面積指數(shù)為基礎(chǔ)，葉面積指數(shù)百分位的計算方法如下（Kogan，1995）

式中， L AIPi為某站第i天的葉面積指數(shù)百分位，LAIi為某站第i天的葉面積指數(shù)，L A Iimin為某站多年第i天的葉面積指數(shù)最小值， L AIimax為某站多年第i天的葉面積指數(shù)最大值。

（d）綜合干旱指數(shù)（CDI）

構(gòu)建綜合干旱指數(shù)的基本依據(jù)是水分脅迫將導致作物產(chǎn)量降低，并且，氣象、土壤、作物干旱等不同類型干旱指標存在響應(yīng)關(guān)系。在此前提下，干旱影響作物產(chǎn)量形成的過程包括降水脅迫（階段1：氣象干旱）引起土壤水分脅迫（階段2：土壤干旱），進而導致作物長勢變差（階段3：植被干旱）和產(chǎn)量降低等3個階段。因此，構(gòu)建綜合干旱指數(shù)識別干旱發(fā)生、發(fā)展的各階段，可為發(fā)布準確的干旱監(jiān)測、預(yù)警信息及采取針對性的應(yīng)對措施提供依據(jù)。

綜合干旱指數(shù)針對不同干旱發(fā)展階段采用三級預(yù)警標準：輕旱、中旱和重旱。輕旱代表降水偏少，氣象干旱開始出現(xiàn)，僅用標準化降水蒸散指數(shù)表征；中旱代表氣象干旱進一步發(fā)展，影響土壤水分平衡，導致土壤水分偏低，用標準化降水蒸散指數(shù)和土壤濕度百分位共同表征；重旱代表隨著氣象干旱發(fā)展，土壤水分脅迫增強，作物生長受到實質(zhì)性影響，植被長勢變差，用標準化降水蒸散指數(shù)、土壤濕度百分位和葉面積指數(shù)百分位共同表征。重旱的表征方式，限定了監(jiān)測到的作物長勢變差是由干旱脅迫引起的，排除了其他氣象災(zāi)害的影響。國家標準《氣象干旱等級》（GB/T 20481—2017）（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2017）將?1作為中旱閾值，標準化降水蒸散指數(shù)低于?1時為氣象干旱中旱以上等級；Svoboda等（2002）將土壤濕度百分位20%作為中旱閾值，當百分位低于20%時為土壤干旱中旱以上等級。因此，在分級判別旱情時，采用?1、20%和20%作為氣象干旱標準化降水蒸散指數(shù)、土壤干旱土壤濕度百分位和植被干旱葉面積指數(shù)百分位的致災(zāi)閾值，綜合干旱指數(shù)的分級標準如表1。

表1 綜合干旱指數(shù)分級標準及意義Table 1 Grades of CDI and their implications

2.2 綜合干旱指數(shù)干旱監(jiān)測結(jié)果評估與應(yīng)用

根據(jù)各代表站干旱指數(shù)與玉米產(chǎn)量距平的相關(guān)考察綜合干旱指數(shù)監(jiān)測結(jié)果對玉米產(chǎn)量的影響。干旱指數(shù)和產(chǎn)量距平計算方法如下

式中，ID為玉米生育期內(nèi)綜合干旱指數(shù)的干旱綜合強度；n1、n2、n3分別為玉米生育期內(nèi)輕旱、中旱和重旱等級次數(shù)。該綜合干旱強度計算方法考慮了不同等級干旱發(fā)生的頻次及其影響大小。

分析干旱綜合強度與產(chǎn)量距平關(guān)系時，剔除作物生長季4—9月累計降水量超過1961—2020年1個標準差的洪澇年份，以減少洪澇造成的產(chǎn)量變化對分析結(jié)果的影響。

分氣候區(qū)繪制選取的典型站綜合干旱指數(shù)發(fā)生等級與產(chǎn)量關(guān)系，根據(jù)此關(guān)系評估綜合干旱指數(shù)對干旱發(fā)生發(fā)展及玉米產(chǎn)量影響的監(jiān)測效果，進行站點綜合干旱指數(shù)監(jiān)測結(jié)果與產(chǎn)量關(guān)系的進一步分析。

采用最鄰近插值算法得到的10 km×10 km空間分辨率綜合干旱指數(shù)，進行東北區(qū)域2009年夏季一次干旱過程監(jiān)測試驗，監(jiān)測頻率為 1 次/（8 d）。

2.3 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域為中國東北地區(qū)，屬溫帶濕潤、半濕潤大陸性季風氣候，自西向東年降水量為300mm到 1000mm；最冷月（1月）平均氣溫 15.5℃，最暖月（7月）平均氣溫22.6℃。東北地區(qū)是中國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，主要糧食作物為玉米、水稻、大豆等，主要作物生長季為4—9月。

研究數(shù)據(jù)包括常規(guī)氣象、土壤濕度和植被葉面積指數(shù)等。氣象數(shù)據(jù)為中國氣象局在東北地區(qū)的178個氣象觀測站降水、氣溫日值（1961—2016年）；土壤相對濕度來自中國氣象局陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，時間分辨率為天、空間分辨率為0.0625°×0.0625°的 0—10 cm數(shù)據(jù)（2008—2016年），該數(shù)據(jù)集利用多種來源地面、衛(wèi)星等觀測資料，采用多重網(wǎng)格變分同化（STMAS）、最優(yōu)插值（OI）、概率密度函數(shù)匹配（CDF）、物理反演、地形校正等技術(shù)研制而成，在中國區(qū)域質(zhì)量優(yōu)于國際同類產(chǎn)品，且時、空分辨率高；遙感數(shù)據(jù)為中分辨率成像光譜儀（MODIS）葉面積指數(shù) 1 次/（8 d）、500 m×500 m 空間尺度數(shù)據(jù)（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算相應(yīng)的標準化降水蒸散指數(shù)、土壤濕度百分位和葉面積指數(shù)百分位后，采用R語言中的最鄰近插值算法（nearest neighbor，ngb）統(tǒng)一插值到10 km×10 km空間分辨率，根據(jù)表1中的分級標準進行聯(lián)合逐級判別確定綜合干旱指數(shù)。

以年降雨量600 mm作為濕潤和半濕潤地區(qū)分界線，依托中國氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測站網(wǎng)，選取長嶺、榆樹、新民和建昌作為溫帶半濕潤到半干旱地區(qū)的代表站，海城和瓦房店作為溫帶濕潤地區(qū)的代表站，使用這6個農(nóng)業(yè)氣象觀測站的玉米產(chǎn)量（2008—2012年）作為干旱對農(nóng)業(yè)影響監(jiān)測效果的評價依據(jù)（圖1）。

3 結(jié)果分析

3.1 標準化降水蒸散指數(shù)、土壤濕度百分位、葉面積指數(shù)百分位和綜合干旱指數(shù)的發(fā)展與響應(yīng)關(guān)系

本研究對6個采樣站2009年標準化降水蒸散指數(shù)、土壤濕度百分位、葉面積指數(shù)百分位和綜合干旱指數(shù)的發(fā)展與響應(yīng)關(guān)系進行了分析（圖略）。以吉林省長嶺站（圖2）為例：當標準化降水蒸散指數(shù)（圖2a）大于等于?1時，綜合干旱指數(shù)（圖2d）顯示無旱（如2009年3月和4月23日到5月17日），小于?1時，顯示輕旱（如2009年6月），此時土壤墑情良好，植被生長未受到明顯影響；當標準化降水蒸散指數(shù)小于?1，土壤濕度百分位小于20%時，綜合干旱指數(shù)顯示中旱（如2009年7月上、中旬），此時土壤墑情下降明顯，但植被生長還未受到明顯影響；當標準化降水蒸散指數(shù)小于?1，土壤濕度百分位小于20%，葉面積指數(shù)百分位小于20%時，綜合干旱指數(shù)顯示重旱（如2009年8月上、中旬），此時土壤墑情下降明顯，植被生長受到影響。

圖1 研究區(qū)域及采樣站點Fig.1 Study area and experimental stations

8月底至9月初，標準化降水蒸散指數(shù)小于?2.0，根據(jù)《氣象干旱等級》屬于特旱。此時由于持續(xù)的氣象干旱，人們灌溉澆水抗旱，使土壤濕度上升，植被生長恢復，土壤濕度百分位和葉面積指數(shù)百分位高于20%，綜合干旱指數(shù)判定結(jié)果為輕旱，即土壤墑情尚可，作物生長沒有受到明顯影響，給出了比用單一的標準化降水蒸散指數(shù)更切合地表土壤和植被旱情的判定結(jié)果。

3.2 基于綜合干旱指數(shù)的干旱發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)影響監(jiān)測站點結(jié)果評估

在東北溫帶半濕潤和半干旱氣候區(qū)，綜合干旱指數(shù)監(jiān)測到的干旱強度與玉米產(chǎn)量以負相關(guān)為主。4個試驗站中，長嶺、榆樹和建昌為負相關(guān)，其中建昌相關(guān)系數(shù)為?0.99，達顯著水平；新民呈弱的正相關(guān)。在東北溫帶濕潤氣候區(qū)的2個試驗站海城、瓦房店，綜合干旱指數(shù)監(jiān)測結(jié)果與產(chǎn)量距平為正相關(guān)，但沒有達到顯著水平（表2）。

圖2 2009 年長嶺站標準化降水蒸散指數(shù) （a）、土壤濕度百分位 （b）、葉面積指數(shù)百分位 （c） 和綜合干旱指數(shù) （d） 的發(fā)展與響應(yīng)關(guān)系Fig.2 Development and response relationships between SPEI （a），SMP （b），LAIP （c） and CDI （d） at Changling station

在東北溫帶半濕潤和半干旱氣候區(qū)的4個試驗站點，2009年長嶺、榆樹和建昌3個站點在玉米抽雄、乳熟期的8月呈中旱至重旱等級，玉米產(chǎn)量比其他非干旱年份明顯下降（圖3a、b和d）；建昌站在春玉米乳熟灌漿期的8月下旬至9月中旬連續(xù)近20 d重旱，導致產(chǎn)量顯著降低。2010年新民、建昌玉米產(chǎn)量出現(xiàn)降低（圖3c、d），但綜合干旱指數(shù)并未監(jiān)測到玉米生長季內(nèi)出現(xiàn)中旱以上等級干旱；氣象災(zāi)害分析表明，新民、建昌在2010年玉米生長季降水異常偏多，日照時數(shù)偏少（圖略），造成洪澇災(zāi)害和寡照天氣，是引起作物產(chǎn)量降低的主要原因。榆樹站2008年6月17日綜合干旱指數(shù)監(jiān)測到重旱，這一時期玉米處于七葉至拔節(jié)的生育前期，未造成明顯減產(chǎn)。在上述4站其他年份產(chǎn)量穩(wěn)定，沒有監(jiān)測到綜合干旱指數(shù)重旱等級（圖3）。

在干旱災(zāi)害相對較少的東北溫帶濕潤氣候區(qū)的海城、瓦房店2個試驗站點，2008—2012年玉米主要生長季的4—9月，僅瓦房店2008年5月出現(xiàn)中旱，但并未造成春玉米明顯減產(chǎn)；海城2010年受多雨和寡照天氣影響玉米出現(xiàn)產(chǎn)量降低現(xiàn)象，其他年份較少出現(xiàn)中旱以上等級干旱，玉米產(chǎn)量無顯著差異（圖4），其監(jiān)測結(jié)果符合旱情記錄（中國氣象局，2009）。

表2 6個試驗站綜合干旱指數(shù)強度與產(chǎn)量距平相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlations between drought comprehensive intensity of CDI and yield anomaly at six experimental sites

圖3 東北半濕潤、半干旱氣候區(qū)試驗站點基于綜合干旱指數(shù)的干旱發(fā)生發(fā)展與玉米產(chǎn)量監(jiān)測（a.長嶺， b.榆樹， c.新民， d.建昌）Fig.3 Drought development and maize yield monitoring based on CDI at experimental stations in semi humid and semi-arid climate regions of Northeast China （a.Changling， b.Yushu， c.Xinmin， d.Jianchang）

圖4 東北濕潤氣候區(qū)試驗站 （a.海城， b.瓦房店） 基于綜合干旱指數(shù)的干旱發(fā)生、發(fā)展與玉米產(chǎn)量監(jiān)測Fig.4 Drought development and maize yield monitoring based on CDI at experimental stations in humid climate region of Northeast China （a.Haicheng， b.Wafangdian）

3.3 基于綜合干旱指數(shù)的干旱發(fā)展及其農(nóng)業(yè)影響區(qū)域過程監(jiān)測

根據(jù)基于綜合干旱指數(shù)的 1 次/（8 d）監(jiān)測結(jié)果（圖5），2009年7月底至8月，遼寧、吉林等地出現(xiàn)了區(qū)域性干旱過程。其中，8月13日，遼寧西部、吉林西部出現(xiàn)重旱，干旱使植被長勢變差；遼寧中部、吉林中部出現(xiàn)中旱，土壤墑情變差，但還沒有對植被產(chǎn)生明顯不利影響；吉林東部等地出現(xiàn)輕旱，水分收支不平衡，但土壤墑情尚可，對植被生長沒有明顯不利影響。監(jiān)測結(jié)果與基于氣象干旱指數(shù)的干旱事件報道一致（中國氣象局，2009；肖風勁等，2009），并且進一步評估了不同干旱發(fā)展階段對土壤、植被的影響。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

本研究從氣象干旱和土壤干旱以及植被對干旱的響應(yīng)出發(fā)，整合中國國家氣象觀測站、中國氣象局陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)土壤濕度（0.0625°×0.0625°）和 MODIS 葉面積指數(shù)（500 m×500 m）等多源數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建的基于氣象干旱指數(shù)（標準化降水蒸散指數(shù)）、土壤干旱指數(shù)（土壤濕度百分位）和植被干旱指數(shù)（葉面積指數(shù)百分位）的綜合干旱指數(shù)能夠有效克服單一氣象干旱指數(shù)不能準確反映農(nóng)業(yè)旱情和單一植被干旱指數(shù)會將其他災(zāi)害引起的植被長勢變差誤判為干旱的不足，反映灌溉對干旱的影響，使其能夠監(jiān)測評估干旱發(fā)生發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)的影響，實現(xiàn)了在東北區(qū)域10 km×10 km分辨率上的干旱分級監(jiān)測，生物物理意義明確，指導實踐作用強。本研究構(gòu)建的綜合干旱指數(shù)在干旱發(fā)生發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)乃至植被影響的監(jiān)測、評估和預(yù)測中具有應(yīng)用前景。

4.2 討 論

本研究從氣象干旱和土壤干旱以及植被對干旱的響應(yīng)出發(fā)，構(gòu)建的基于氣象干旱指數(shù)（標準化降水蒸散指數(shù)）、土壤干旱指數(shù)（土壤濕度百分位）和植被干旱指數(shù)（葉面積指數(shù)百分位）的綜合干旱指數(shù)能夠根據(jù)氣象、土壤和植被干旱指標之間的響應(yīng)和閾值判定干旱發(fā)生發(fā)展等級，并表征干旱發(fā)生發(fā)展及其對農(nóng)業(yè)的影響。綜合干旱指數(shù)能夠克服單一氣象干旱指數(shù)監(jiān)測結(jié)果不能準確反映農(nóng)業(yè)旱情的現(xiàn)象。標準化降水蒸散指數(shù)指示嚴重干旱時，并不必然發(fā)生土壤干旱和植被受災(zāi)。這種現(xiàn)象的可能解釋是，隨著氣象干旱發(fā)展，人們意識到干旱可能對作物生長產(chǎn)生不利影響，進而采取了灌溉等應(yīng)對措施。在這種情況下，單一氣象干旱指標的監(jiān)測結(jié)果并不能準確反映農(nóng)業(yè)旱情（范錦龍等，2014）。綜合干旱指數(shù)也能夠克服單一植被葉面積指數(shù)百分位將其他災(zāi)害引起的植被長勢變差誤判為旱災(zāi)的不足。有研究表明，除水分不足脅迫引起的干旱使植被長勢變差外，其他氣候災(zāi)害也能引起葉面積指數(shù)降低，如降水過多引發(fā)的洪澇災(zāi)害造成作物長勢變差等（Li，et al，2019）。將標準化降水蒸散指數(shù)、土壤濕度百分位與葉面積指數(shù)百分位結(jié)合，則約束了基于植被指數(shù)監(jiān)測到的干旱主要是由于水分不足脅迫引起，使綜合干旱指數(shù)的干旱監(jiān)測結(jié)果較為可信。

在溫帶半濕潤、半干旱氣候區(qū)綜合干旱指數(shù)監(jiān)測的干旱造成玉米不同程度減產(chǎn)，干旱綜合強度與玉米產(chǎn)量多呈負相關(guān)，驗證了干旱造成作物長勢變差和產(chǎn)量降低的研究結(jié)果（白莉萍等，2004；姜鵬等，2013；黃巖等，2019）。但干旱發(fā)生時的玉米生育階段和持續(xù)時間不同對產(chǎn)量影響程度不同，如2008年榆樹站春玉米七葉至拔節(jié)期發(fā)生短時重旱沒有對產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，2009年建昌站在春玉米乳熟灌漿期的8月下旬至9月中旬連續(xù)近20 d重旱導致產(chǎn)量顯著降低。在濕潤氣候區(qū)，兩個試驗站（海城、瓦房店）綜合干旱指數(shù)與產(chǎn)量距平呈正相關(guān)，一方面可能與作物干旱存在致災(zāi)閾值有關(guān)（陳家宙等，2007；李學文等，2018；Ma，et al，2018），當干旱程度沒有達到致災(zāi)閾值時不會引起作物生長指標顯著變化及產(chǎn)量降低，也不會造成干旱災(zāi)害損失，甚至一定時期適當?shù)乃痔澣蹦軌蛱岣咦魑飳Ω珊档倪m應(yīng)能力，進而提高產(chǎn)量和水分利用效率（山侖等，1991）；另一方面，濕潤氣候區(qū)雨量充沛，在沒有達到干旱致災(zāi)閾值的相對少雨時期，氣溫較高，日照時數(shù)較長，氣候條件利于作物生長和產(chǎn)量提升。

本研究立足中國氣象干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀及可用的高質(zhì)量陸面模式同化土壤濕度、衛(wèi)星遙感MODIS葉面積指數(shù)資料，發(fā)展了Sepulcre-Canto（2012）提出的綜合干旱指數(shù)。研究中使用逐日計算90 d尺度的標準化降水蒸散指數(shù)代替標準化降水指數(shù)，考慮了溫度變化對氣象干旱評估結(jié)果的影響（Vicente-Serrano，et al，2010）；使用土壤濕度數(shù)據(jù)代替土壤水勢，并引入中國氣象局陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)資料代替水文模式直接輸出結(jié)果，使綜合干旱指數(shù)更通用，數(shù)據(jù)源質(zhì)量更好（Shi，et al，2011；朱智等，2014）；使用葉面積指數(shù)代替光合有效輻射吸收比率，與現(xiàn)代氣候模式輸出預(yù)測要素保持一致（周文艷等，2018），使綜合干旱指數(shù)不僅可用于干旱監(jiān)測，而且在干旱預(yù)測中也具有應(yīng)用前景。構(gòu)建綜合干旱指數(shù)時使用的植被葉面積指數(shù)具有表征植被長勢特征的普適性，使得該指數(shù)在干旱對植被長勢影響監(jiān)測評估中也具有應(yīng)用價值。

本研究受所使用的中國氣象局陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)土壤濕度和MODIS 葉面積指數(shù)時間序列長度的制約，可能對監(jiān)測結(jié)果有一定影響。玉米作物受人為管理影響，在成熟收獲后，葉面積指數(shù)會急劇下降（翟治芬等，2012），在實際使用綜合干旱指數(shù)時需要加以注意。本研究采用已有方法確定綜合干旱指數(shù)各子指標干旱閾值，屬于靜態(tài)閾值，沒有考慮植被對干旱響應(yīng)過程的復雜性及自身的適應(yīng)恢復能力（Chaves，et al，2003；Ma，et al，2018）。