华北平原典型干旱年土壤水分及灌溉特征遥感分析

发布时间：2020-05-12 15:37

【摘要】：华北平原作为我国的粮食主产区,土壤水分是制约作物生长的主要限制因子。本文首次运用土壤水分指数数据,对华北平原土壤水分以及灌溉特征进行空间分析,旨在为区域尺度农田旱情以及农作物产量的实时监测与预报提供相关参考。研究基于1993—2002年华北平原逐旬降雨数据和主动微波遥感反演的土壤水分指数数据,应用地统计分析方法,分析典型干旱年(1999年)该区表层土壤水分时空变异特征,并提取和分析小麦生长期内的灌溉信息;通过对逐旬的降水和土壤水分数据的空间叠置分析,提取区域内的灌溉信息。结果表明:1999年降水量比多年(1993—2002年)平均量少约140 mm;1999年土壤水分变化与降水变化整体保持一致,低于多年平均水平,春季和夏季,土壤水分减少尤为明显,土壤干旱非常普遍;小麦生长期内,大部分地区均存在不同程度的灌溉,其中中部地区灌溉次数最少,占研究区面积的65%左右的南部和北部地区灌溉次数多为2~3旬次。采用降水量和遥感水分监测数据,可以分析土壤水分变化的原因,提取灌溉的范围和时间特征,并可为旱情遥感监测提供科学参考。
【图文】：

t朩I相关计算结果表明，土壤水分时间序列变化趋势与上述降水变化趋势整体保持一致，具有规律性的波动。1999年3—9月土壤水分值均低于同期多年(1993—2002年)平均值，而10、11月由于夏季降水补充，土壤水分含量高于同期多年平均土壤水分含量。1999年土壤水分累积平均月值均低于多年平均月值，说明研究区1999年土壤水分值较多年平均值偏低，因土壤水分缺失而导致的农业干旱较普遍。华北平原1999年3—11月份土壤水分盈亏状态的空间分布图进一步显示:同一时间内不同地区的土壤水分与该地区多年平均土壤水分的差异各不图2华北平原SWI时间变化Fig．2ChangesofSWI(soilmoistureindex)intheNorthChinaPlain相同，华北平原北部地区3月份土壤水分比同期多年平均土壤水分低约5%～10%，而南部地区土壤水分较多年平均土壤水分高约10%，个别地区高约15%(图3(a));同一地区不同时间的土壤水分变化差异显著。例如:河南省周口市春季3—5月份土壤水分均比该地多年平均土壤水分高约5%～10%，夏季8月由于降水较该地多年平均降水减少，土壤水分随之减少;山东半岛地区的烟台等地，除10、11月份受夏末秋初降水补充影响，土壤水分高于多年平均土壤水分外，其他月份均表现为低于多年平均土壤水分，表现为持续干旱，以8、9月份最为显著，比多年平均土壤水分低约10%～20%。3.3灌溉区域和时间分布华北平原灌溉信息提取结果如图4所示，该研究区域内各地区3—5月灌溉的可能性次数，即在降水基本保持不变或者减少的情况下土壤水分增加的次数。从图4可以看出，该研究区内大部分地区均存在不同程度的灌溉，这与该地区2000年土地利用重采样后所分离出来的耕作管理区结果(图5)整体相符，，即图4中所所示灌溉的栅格单元，与图5中所显示的属于耕作管理区的栅格

第5期安淳淳等:华北平原典型干旱年土壤水分及灌溉特征遥感分析图3华北平原SWI空间变化特征(图中各颜色表示1999年SWI距平值与1993—2002年年均SWI的差值所属范围)Fig．3SpatialdistributionofSWIintheNorthChinaPlain(ColorsinthefigureindicatetherangeofSWIin1999relatedtoaverageonefrom1993to2002)部以及天津市东北部，灌溉次数达到4～5次，即可能该地区存在持续灌溉，这也与上图中天津、周口等地3—5月份土壤水分较多年平均土壤水分增加的结果相一致。4结论与讨论1)华北平原1999年降水总量较1993—2002年多年平均降水量低约140mm，表现为气象较干旱的特征，在一定程度上导致该地的农业干旱。2)华北平原1999年土壤水分值低于多年平均值，从而在该年呈现出农业干旱。同一时间内不同地区的土壤水分与多年平均土壤水分的差异不同;同一地区不同时间的土壤水分变化差异显著;山东半岛地区的烟台等地，表现为持续干旱。3)研究区内大部分地区均存在不同程度的灌溉，利用空间叠置分析法，结合降水以及土壤水分数据，对灌溉范围及持续时间进行相关分析，可在一定程度上作为灌溉信息提取的参考。4)本文所使用的土壤水分数据是由主动微波遥感反演而来，由于其空间分辨率较低，故可能在一定程度上对灌溉信息提取的精确度产生影响，相信随着其散射计更新换代以及反演方法的进一步完善，加之其对土壤水分响应敏感且具有较高时间分辨率的优势，再结合较高时间分辨率的降水数据，在一定程度上可以为区域旱情遥感监测与预报提供一定的依据。由于灌溉受降水、植被以及人类活动等多重驱动因子的影响，其时空变化特征较为复杂，文中仅利用降水和土壤水进行试提取分析，其他因素127

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