农业干旱监测预报指标及等级标准

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农业干旱监测预报指标及等级标准
农业干旱指标包括土壤相对湿度、作物水分亏缺指数距平、降水距平、遥感植被供水指数。

上述指标从不同角度反映出农业干旱的程度，但存在各自的优势和劣势。

土壤水分的优势在于能直观地反映旱地作物农田水分多少，但无法进行水田旱情监测，同时也忽略了蓄水量对干旱的抑制作用；作物水分亏缺指数距平虽能反映作物水分的满足程度，但在气候干燥的区域需水量偏大，且灌溉作用无法考虑；降水距平虽能直观反映出雨养农业的水分供应状况，但不能表征降水对作物利用的有效性；遥感方法虽直观，但在云和植被状况影响下，存在较大的不确定性。

因此，需要发挥各种指标的优势，根据所处区域的土壤、气候、植被特点等加权集成综合农业干旱指数作为农业干旱监测预报的指标。

一、农业干旱综合指数计算与等级划分
农业干旱综合指数是对土壤相对湿度、作物水分亏缺指数距平、降水距平、遥感植被供水指数4种农业干旱指标的加权集成，计算方法如式（1）：
∑=⨯
=
n
i
i i
w f
DRG
1（1）
其中，DRG为综合农业干旱指数，f1、f2……f n分别为土壤相对湿度、作物水分亏缺指数距平、降水距平、遥感干旱指数等； W1、W2……W n为各指数的权重值，可采用层次分析法确定，也可由专家经验判定。

农业干旱综合指数的等级划分如表1。

表1 农业干旱等级
序号干旱等级综合农业干旱指数
1 轻旱1＜DRG≤2
2 中旱2＜DRG≤3
3 重旱3＜DRG≤4
4 特旱DRG＞4
二、各种单指标的计算方法
1.土壤相对湿度
土壤相对湿度直接反映了旱地作物可利用水分的状况，它与环境气象条件、作物生长发育关系密切，也与土壤物理特性有很大关系，对于不同作物品种、同种作物的不同发育阶段、不同质地土壤，作物可利用水的指标间存在一定差异。

考虑作物根系发育情况，在旱地作物播种期和苗期土层厚度分别取0-10厘米与0-20厘米，其它生长发育阶段取0-50厘米。

土壤相对湿度的计算如（2）式:
n f w a R i
c i
n
i sm /%)100(1
⨯⨯=∑
= (2) 式中：R sm 为土壤相对湿度（%）； a 为作物发育期调节系数，苗期为1.1，水分临界期（表2）为0.9，其余发育期为1；w i 为第i 层土壤湿度（%）； f ci 为第i 层土壤田间持水量（%）； n 为作物发育阶段对应土层厚度内观测层次（一般以10cm 为划分单位）的个数（在作物播种期n=1，苗期n=2，其它生长阶段n=5）。

土壤相对湿度的农业干旱等级划分如表3所示。

表2 几种主要作物的水分临界期
表3 土壤相对湿度（Rsm ）的农业干旱等级划分表
2.作物水分亏缺指数距平
作物水分亏缺指数为水分盈亏量与作物需水量的比值，直接反映出作物水分需求与供给之间的差值，但由于不同季节、不同气候区域，作物种类不同，蒸散差别较大，难于以统一的标准表达各区域水分亏缺程度，因此，选用作物水分亏缺指数距平以消除区域与季节差异。

某时段作物水分亏缺指数距平（CWDIa ）按公式（3）采用逐日滚动的方法进行计算：
＞0
%
100100CWDI CWDI CDWDI
CWDI CWDI
CWDI CWDIa ⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨
⎧≤⨯--= (3)
式中：CWDIa 为某时段作物水分亏缺指数距平（%）； CWDI
为某时段作物水分亏缺指数（%）；CWDI 为所计算时段同期作
物水分亏缺指数平均值（%）。

∑==n
i i CWDI n CWDI 1
1 (4)
式中： n 为30年，.,,2,1n i =
4321----⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=j j j j j CWDI e CWDI d CWDI c CWDI b CWDI a CWDI （5）
式中： j CWDI 为第j 时间单位（考虑到农业干旱为累积型灾害，一般取10天为一个时间单位，采用逐日滚动方法计算）的水分亏缺指数（%）； 1-j CWDI 为第j-1时间单位的水分亏缺指数（%）； 2-j CWDI 为第j-2时间单位的水分亏缺指数（%）； 3-j CWDI 为第j-3时间单位的水分亏缺指数（%）；
4
-j CWDI
为第j-4时间单位的水分亏缺指数（%）； a 、b 、c 、
d 、
e 为权重系数，a 取值为0.3；b 取值为0.25；c 取值为0.2；d 取值为0.15；e 取值为0.1。

各地可根据当地实际情况确定相应系数值。

j
CWDI
由（6）式计算：
%100)1(⨯+-
=j
j j ETc I
P CWDI （6）
式中： P j 为某10天累计降水量(mm)； I j 为某10天的灌溉量(mm)； ETc j 为作物某10天实际蒸散量（mm ）,可由（7）式计算：
ET k ET c j c ⋅= （7）
ET 0为某10天的作物可能蒸散量(采用联合国粮农组织（FAO 1998）推荐的Penman-Monteith 公式计算，具体方
法采用GB/T 20481-2006）
Kc为某10天某种作物所处发育阶段的作物系数或多种作物的平均作物系数,有条件的地区可以根据实验数据来确定本地的作物系数，无条件地区可以直接采用FAO的数值(表4)或国内临近地区通过试验确定的数值(表4-表12)。

作物水分亏缺指数距平(CWDIa)的农业干旱等级划分如表13所示。

表4 FAO主要作物各生育阶段的作物系数Kc的参考值
表5 冬小麦各月作物系数Kc值
表6 春小麦各月作物系数Kc值
表7 棉花各月作物系数Kc值
表8 夏玉米各月作物系数Kc值
表9 春玉米各月作物系数Kc值
表10 早稻各月作物系数Kc值
表11 晚稻各月作物系数Kc值
表12 中稻各月作物系数Kc值
表13 作物水分亏缺指数距平(CWDIa)的农业干旱等级划分表
3．遥感植被供水指数
植被供水指数方法适用于有植被覆盖区域。

它重点反映作物受旱程度。

其物理意义是：作物受旱时，作物冠层通过关闭部分气孔而使蒸腾量减少，避免过多失去水分而枯死。

蒸腾减少后，卫星遥感的作物冠层温度增高，另一方面，作物受旱之后不能正常生长，且叶片萎缩，叶面积指数减少，致使气象卫星遥感的归一化植被指数NDVI下降，因此，可根据植被指数与冠层温度之比监测作物受旱程度。

当植被供水指数的计算方法如(8)式：
VSWI=NDVI/LST (8)
为清除云的影响，以10天为滚动步长,取每个象元最近10天的最大值来代表当日监测结果，即：
==(9)
TNDVI MAX NDVI t t
[()], 1,2,310
VSWI为植被供水指数，NDVI为归一化植被指数，Ts为最大植被指数TNDVI对应的亮温（无云情况下）。

根据植被供水指数划分干旱等级（表15）。

表14 遥感植被供水指数干旱等级
类型植被供水指数
轻旱0.69＜VSWI≤0.725
中旱0.66＜VSWI≤0.69
重旱0.64＜VSWI≤0.66
特旱 VSWI ≤0.64
在实际监测中，需要结合常规资料、灾情信息、卫星遥感地表温度产品和植被监测产品等信息综合分析后确定干旱等级划分标准。

4.降水量距平
降水量距平是表征某时段降水量较气候平均状况偏少程度的指标之一，能直观反映降水异常引起的农业干旱程度，尤其在雨养农业区。

某时段降水量距平（Pa ）按公式（10）计算：
%100⨯-=
P P
P Pa (10)
式中： Pa 为某时段（一般取滚动30天为步长）降水量距平百分率（%）； P 为某时段降水量（mm ）； P 为计算时段同期气候平均降水量。

∑==n
i i
P n P 1
1 (11)
式中： n 为30年，.,,2,
1n i =
表 15 降水量距平指数农业干旱等级
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