基于多源数据的东北地区春玉米涝渍灾害监测研究

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气候变化背景下,极端天气事件增加,频繁发生的农业气象灾害对我国农业生产的影响日益加剧,严重威胁着我国的粮食生产安全。东北地区是我国春播玉米的主产区,同时也是涝渍灾害的多发地区之一,加强东北地区春玉米涝渍灾害监测研究,对于防灾减灾、保障粮食安全具有重要意义。随着3S技术的快速发展,通过GIS、遥感等现代化技术手段,可以为涝渍灾害的监测与评估提供新的方法。本文以东北地区的黑龙江、吉林和辽宁三省为研究区,运用指标模型构建、遥感数据反演等方法,进行了春玉米涝渍灾害的气候变化背景分析,基于多源数据的春玉米涝渍灾害监测方法研究以及春玉米涝渍灾害程度与不同环境因子的关系探讨,形成了东北地区春玉米涝渍灾害监测与评估技术框架。主要研究内容和结论如下:(1)近30年来,东北地区春玉米生长季(4-9月)年均降水在时间变化上,整体呈轻微上升趋势,增长率为0.8 mm/10a,Mann-Kendall(M-K)突变检验出其无显著突变点,在空间分布上,存在很大的差异性,整体在349.0-884.7 mm之间,呈现由东南地区向西北地区递减趋势,M-K趋势检验出大部分地区呈现上升的趋势,小部分地区呈现下降的趋势,但变化趋势均不显著;标准化降水指数(SPI)在时间变化上,整体呈轻微上升趋势,增长率为0.01/10a,M-K突变检验出其无显著突变点,在空间分布上,差异性较小,整体在-0.11到0.11之间,M-K趋势检验出大部分地区呈现上升的趋势,小部分地区呈现下降的趋势,但变化趋势均不显著;基于SPI值的涝渍特征在时间变化上,总涝渍站次比呈扩大趋势,扩大速率为1.7%/10a,不同等级涝渍站次比中,轻度涝渍、中度涝渍站次比均呈扩大趋势,重度涝渍站次比呈缩小趋势,在空间分布上,总涝渍频率整体在0%-20%之间,不同等级涝渍频率中,轻度涝渍频率最大,中度涝渍频率次之,重度涝渍最小。综合表明1989-2018年以来,研究区的大部分地区存在湿润化趋势,春玉米涝渍风险增大。(2)以权重湿润指数(WMI)为基础,通过累积作物需水量替代累积参考作物蒸散量的方法构建改进权重湿润指数(IWMI),确定不同生育阶段东北地区春玉米涝渍阈值,并划分春玉米涝渍影响区。在此基础上,选取更为适用的特征空间构建温度植被指数(TVDI),依据其对涝渍灾害程度的阈值,以春玉米空间分布数据进行掩膜提取,实现了春玉米涝渍灾害程度的动态监测,以最大程度提取法对2017年和2018年东北地区春玉米全生育期涝渍灾害程度监测结果进行综合评估,结果表明,2017年春玉米总涝渍灾害面积占春玉米总面积的20.5%,不同程度涝渍灾害中,轻度涝渍占17.4%,中度涝渍占2.2%,重度涝渍占0.9%;2018年春玉米总涝渍灾害占春玉米总面积的24.0%,不同程度涝渍灾害中,轻度涝渍占20.5%,中度涝渍次占2.1%,重度涝渍占1.4%。将春玉米涝渍灾害影响范围和程度更严重的2018年综合评估结果空间分布与2018年各市春玉米减产率空间分布进行对照,发现综合评估结果中涝渍灾害像元集中分布的长春、白山和鸡西地区,春玉米减产率均同步表现为10%及以上,综合评估结果中发生涝渍灾害像元集中分布的四平、吉林、大庆、哈尔滨、牡丹江、七台河、佳木斯和双鸭山地区,春玉米减产率也均同步表现在5%到10%之间,验证了基于多源数据的东北地区春玉米涝渍监测方法的准确性。(3)东北地区春玉米涝渍灾害受多种环境因素影响,其分布地区有以下特征:从高程条件分析,受灾区多集中在低于等于500m的地区;从坡度条件分析,受灾区多集中在小于等于6°的地区;从土壤质地条件分析,受灾区多集中在壤土和黏土分布的地区;从土壤类型条件分析,受灾区多集中在淋溶土和半水成土分布地区。
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