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欧亚大陆范围广阔,地理环境复杂多样,土地覆盖类型种类众多,其中干旱和半干旱的草原,沙漠和脆弱的高海拔生态区所占面积较大,整个大陆又横跨五个气候带,气候环境和生态环境复杂,干旱是造成损失最为严重的自然灾害,对区域的经济发展造成了一定的影响。在全球气候变暖的背景下,欧亚大陆干旱事件频繁发生,开展欧亚大陆干旱的评估与监测研究,已成为学术界高度重视的热点问题,且具有重大现实意义。
本论文主要基于改进的植被温度干旱指数(TVDIσ)对欧亚大陆进行了干旱时空动态研究,主要包括以下几个内容:
(1)首先评估基于NDVI-Ts的特征空间,通过一次线性拟合提取干、湿边方程的方法计算TVDI指数。结果表明欧亚大陆地区的NDVI-Ts的特征空间呈现出梯形的形状,其干边的拟合度较高,但湿边的拟合度略低;其次评估TVDI结果表明,虽然TVDI能适用于监测欧亚大陆的轻度,中度和重度干旱,但无法正确反映潮湿和特旱的状况;并且TVDI在植被覆盖度较高的地区,如常绿针叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林,对干旱的响应敏感度较低。
(2)鉴于NDVI本身存在的一些不足,有前人提出利用EVI代替NDVI,本文同样也分析了EVI-Ts的特征空间,但针对干、湿边方程的提取,本文尝试提出两种修正方法,一是线性拟合干边,非线性拟合湿边;二是线性拟合干边,去除湿边异常值后再重新线性拟合湿边。最后基于EVI-Ts,根据不同的干湿边拟合方法得到了三个干旱指数TVDIe、NonL-TVDIe和TVDIσ。
(3)基于季节和年际的时间尺度分别评估了TVDI、TVDIe、NonL-TVDIe和TVDIσ在整个大陆和各气候区的适用性。结果表明:去除湿边异常值后的TVDIσ在年际尺度上的表现出了更强的监测干旱能力;若从季节的尺度分析,结果表明TVDIσ在春季和夏季的表现性能要明显优于其余三个指数,尤其是夏季,但是NonL-TVDIe在秋季监测干旱的能力要更强。
(4)基于月、季节和年际的时间尺度分析欧亚大陆2005-2017年3-11月的干旱频率特征。结果表明:中亚大部分地区、西亚大部分地区、中国新疆塔里木盆地和柴达木盆地属于常年干旱地区。俄罗斯地区干旱主要集中在北部和南部地区,以夏旱为主;哈萨克斯坦地区由南向北,干旱频率呈逐渐递减的特征,且在春、夏、秋三季都有高频的干旱发生;蒙古地区干旱主要发生在南部,以夏旱和春旱为主。在中国,华北、长江中下游、东北和华南等地干旱频率较高。
(5)欧亚大陆干旱面积比重分析结果表明:在季节尺度上,春季干旱主要发生在干旱带和热带,夏季干旱主要发生在干旱带和温暖带,秋季干旱主要发生在热带、干旱带和温暖带;在年际尺度上,欧亚大陆在2010的干旱总面积比重最大,在2015年最小;各等级旱情面积比重为:轻旱>中旱>重旱>特旱。
(6)基于季节和年际的时间尺度分别分析了欧亚大陆及各子气候区的干湿变化特征。结果表明:春季东南亚大部分地区、俄罗斯大部分地区、东欧地区、哈萨克斯坦的北部和南部、蒙古南部、以及中国西北地区和华北地区有旱化的趋势;夏季欧洲、俄罗斯中部、西亚大部分地区、以及中国华北和西南地区都有显著变旱的趋势;秋季欧亚大陆地区显示有旱化趋势的范围较少,主要位于俄罗斯远东地区和中国青藏高原。在年际尺度上,欧亚大陆有20.68%的区域显示显著变旱,有35.92%的区域显示显著变湿。
本论文主要基于改进的植被温度干旱指数(TVDIσ)对欧亚大陆进行了干旱时空动态研究,主要包括以下几个内容:
(1)首先评估基于NDVI-Ts的特征空间,通过一次线性拟合提取干、湿边方程的方法计算TVDI指数。结果表明欧亚大陆地区的NDVI-Ts的特征空间呈现出梯形的形状,其干边的拟合度较高,但湿边的拟合度略低;其次评估TVDI结果表明,虽然TVDI能适用于监测欧亚大陆的轻度,中度和重度干旱,但无法正确反映潮湿和特旱的状况;并且TVDI在植被覆盖度较高的地区,如常绿针叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林,对干旱的响应敏感度较低。
(2)鉴于NDVI本身存在的一些不足,有前人提出利用EVI代替NDVI,本文同样也分析了EVI-Ts的特征空间,但针对干、湿边方程的提取,本文尝试提出两种修正方法,一是线性拟合干边,非线性拟合湿边;二是线性拟合干边,去除湿边异常值后再重新线性拟合湿边。最后基于EVI-Ts,根据不同的干湿边拟合方法得到了三个干旱指数TVDIe、NonL-TVDIe和TVDIσ。
(3)基于季节和年际的时间尺度分别评估了TVDI、TVDIe、NonL-TVDIe和TVDIσ在整个大陆和各气候区的适用性。结果表明:去除湿边异常值后的TVDIσ在年际尺度上的表现出了更强的监测干旱能力;若从季节的尺度分析,结果表明TVDIσ在春季和夏季的表现性能要明显优于其余三个指数,尤其是夏季,但是NonL-TVDIe在秋季监测干旱的能力要更强。
(4)基于月、季节和年际的时间尺度分析欧亚大陆2005-2017年3-11月的干旱频率特征。结果表明:中亚大部分地区、西亚大部分地区、中国新疆塔里木盆地和柴达木盆地属于常年干旱地区。俄罗斯地区干旱主要集中在北部和南部地区,以夏旱为主;哈萨克斯坦地区由南向北,干旱频率呈逐渐递减的特征,且在春、夏、秋三季都有高频的干旱发生;蒙古地区干旱主要发生在南部,以夏旱和春旱为主。在中国,华北、长江中下游、东北和华南等地干旱频率较高。
(5)欧亚大陆干旱面积比重分析结果表明:在季节尺度上,春季干旱主要发生在干旱带和热带,夏季干旱主要发生在干旱带和温暖带,秋季干旱主要发生在热带、干旱带和温暖带;在年际尺度上,欧亚大陆在2010的干旱总面积比重最大,在2015年最小;各等级旱情面积比重为:轻旱>中旱>重旱>特旱。
(6)基于季节和年际的时间尺度分别分析了欧亚大陆及各子气候区的干湿变化特征。结果表明:春季东南亚大部分地区、俄罗斯大部分地区、东欧地区、哈萨克斯坦的北部和南部、蒙古南部、以及中国西北地区和华北地区有旱化的趋势;夏季欧洲、俄罗斯中部、西亚大部分地区、以及中国华北和西南地区都有显著变旱的趋势;秋季欧亚大陆地区显示有旱化趋势的范围较少,主要位于俄罗斯远东地区和中国青藏高原。在年际尺度上,欧亚大陆有20.68%的区域显示显著变旱,有35.92%的区域显示显著变湿。