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极端气候事件是近年来气候变化的热点研究内容。其中对造成全球重大经济损失的干旱自然灾害研究,吸引了学术界和社会的持续关注。本研究针对“区域气象干旱监测”这一重大科学问题,利用微波遥感全天候工作的时间和空间优势,结合地面常规气象站的长期气象观测资料,提出了基于微波土壤湿度的遥感气象干旱监测新指标-土壤湿度状况指数(Soil Moisture Condition Index,SMCI),并集成植被状况指数(Vegetation Condition Index,VCD),共同组成能够监测气象干旱和农业干旱的土壤湿度-植被状况指数(Soil Moisture-Vegetation Condition Index,SMVCI)。并结合微波地表温度对温度状况的监测方法-地表温度状况指数(ScaledLand Surface Temperature,Scaled LST)，实现了对我国北方2003年到2009年的高温和气象干旱的强度、空间范围和持续时间的连续监测,并推广到相应时段的全球尺度气象干旱监测。主要结论如下:
(1)VUA-NASA(Vrije Universiteit Amsterdam-National Aeronautics and SpaceAdministration)降轨土壤湿度与地面观测值存在较强相关关系,相关系数在0.34～0.73之间(p＜0.01),并且随着地面观测深度的增加,相关性下降;同时具有与地面土壤湿度一致的变化趋势。VUA-NASA降轨地表温度与表层土壤温度呈现出相同的时间变化特征,两者之间存在较强相关性,R2在0.41～0.86之间(P＜0.01);VUA-NASA土壤湿度和地表温度对降水的响应敏感,能够正确反映区域、大陆及全球尺度的地表水热特征。
(2)Scaled LST指数与气温异常的趋势相反,两者之间呈现出极显著的相关关系,相关性较强(R2=0.44,p＜0.01),证明地表温度状况指数具备对温度变化及极端事件的监测能力。Scaled LST能够准确监测主要的极端温度事件,如我国北方2008年初的低温和2003年夏季欧洲热浪的详细空间分布特征和时间变化趋势。
(3)1个月SMCI与相同时间尺度的标准化降水指数(Standardized PrecipitationIndex,SPI)存在极显著的强相关关系R2=0.64(p＜0.01),随着SPI的时间尺度增加,与SMCI的相关性下降;其中SMCI与3个月的SPI相关性稍差(R2=0.47,p＜0.01),而与12个月的SPI只有较弱的相关关系(R2=0.15,p＜0.01)。表明,SMCI是个对干旱非常敏感的遥感监测指数,尤其适合短期气象干旱的监测。2009年草地研究区域,干旱严重且频繁发生,其中最严重的干旱发生于8月上半月。降水减少是干旱的主要原因,同时由于高温,加剧了干旱的严重程度。2003到2009年之间,全球2004年的干旱最为严重,2007年和2006年的干旱严重程度次之,2008年的干旱面积和强度最小。
(4)VCI与一个月SPI的相关性为R2=0.35(p＜0.01),与3个月SPI相关性升高到R2=0.50(p＜0.01),随后相关性随时间尺度增加而下降,证明VCI适用于农业干旱监测,对气象干旱监测能力有限。此外,VCI与SMCI极显著相关,R2=0.42(p＜0.01);Scaled LST同其它干旱指数之间的相关关系很弱。植被健康指数(Vegetation Heath Index,VHI)能够提升VCI对气象干旱的监测能力;但对农业干旱监测无明显改善,效果同VCI监测接近。SMVCI指数,不仅仅对气象干旱的监测能力较强,同时也能够较准确地监测农业干旱。与VCI相比,SMVCI指数显著地提升了对气象干旱的监测能力,其表现基本同SMCI相近;同时,SMVCI能够显著提升SMCI、VCI以及VHI对农业干旱的监测能力。